研究方向

Research Direction

研究方向 当前位置:首页>研究方向

生物质气化炭气电肥联产技术

更新日期:2017-05-12 浏览次数:2950

生物质气化炭气电肥联产技术

一、生物质和生物质能源

1、简介

生物质是一种将能源转换并储存下来的生命有机体。狭义的生物质是指生物体通过光和作用,将太阳提供的能量以化学能的形式储存在生物体内,这种能够储存能量的载体称为生物质。常见生物质如农作物秸秆及其附属物、林业废弃物、草类等等。广义的生物质资源不仅包括树木、农作物、草类,还包括城市垃圾、污水污泥以及工农业废弃物等。

生物质能又称“绿色能源”,它是指通过植物的光合作用而将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源,属于可再生能源。生物质能的应用,有不同的形式,可以将树木、干草、秸杆等直接作燃料,也可以通过一定的方式将生物质转化为可燃气体、酒精等,再作为燃料。开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。“绿色能源”有二层含义:一是利用现代技术开发干净、无污染新能源;二是化害为利同改善环境相结合,充分利用城市垃圾、淤泥等能源。许多国家通过实施“绿色能源”政策,缓解了本国能源不足的矛盾,而且显著地改善了环境。

目前对生物质的研究利用主要集中在农林废弃物范畴。生物质主要特点如下:

(1)生物质资源丰富,分布广泛,具有可再生性;

2)生物质的多样性,决定了生物质品种和形态的多样性;

3)生物质原料价格低廉,多为废弃物;

4)生物质一般结构松散、密度低、挥发分高、热值低;

生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量方式。生物质利用太阳光合作用,将CO2H2O转换成了生物质内的碳水化合物,储存了太阳能。生物质能具有良好的环保优点,应用过程中二氧化碳零排放,氮、硫化合物排放量少,改善了农村生活环境。

2、我国生物质资源现状

我国每年产生7亿多吨秸秆,按每两吨秸杆就相当于一吨标煤的能量来计算,如果能全部综合利用,每年可以为国家节省约3亿吨标煤。由于我国的土地政策,土地大都分散在各家各户,极少大规模种植,所以对于秸秆的收集利用难度较大。现在秸秆利用主要是还田、青储饲料、作为燃料燃烧和气化原料。秸秆还田,一是受地理位置限制,多数丘陵或山区难以实现;二是农机设备制约,秸秆还田后对农作物的种植不利三是秸秆还田变肥过程过于漫长,影响后期的种植和收成。基于以上因素,秸秆还田的发展逐渐萎缩。养殖业的青储饲料仅仅对某些特殊秸秆可以,而且也只有总量的18%左右。

随着人们生活水平的提高,农民不再将秸秆作为主要的燃料来源粮食收集后,将大量秸秆丢弃在田间地头雨季来临,秸秆腐烂,及污染了环境,又存在一定安全隐患尤其是当前国家倡导的美丽乡村建设,更需要将农作物秸秆进行集中处理,避免再污染乡村的环境。

如果把这种所谓的“废料”利用起来转化为电能和热能,就可以有效地解决部分偏远中小型企业的用热和城乡集中供热问题。秸秆收集采用从农民手中收购的方法,可以增加农民收入,符合我国关于建设社会主义新农村的政策;秸秆气化后的底灰、炭灰是一种优质有机肥料,含有丰富的钾、镁、磷和钙元素,可直接施用于耕地,作为化肥使用。建设生物质能综合利用项目必将给国民产生带来巨大效益。

3、当前生物质利用的必要性

1)节能环保

在我国,大部分秸秆用于炊事、取暖或在农田里直接焚烧掉,处于低效利用状态,其转换效率仅为10%—20%左右,不仅造成能源的大量浪费,不能产生任何经济效益,而且燃烧秸秆时所产生的废气烟尘等有害物质严重污染大气。据相关报道可知,每年麦收和秋收季节,由于农作物秸秆焚烧浓烟而造成的航班延误或取消、高速公路关闭、突发交通事故等事件频频发生;同时生物质秸秆的堆放也容易引发火灾,腐烂后还将污染大气。综合以上,生物质的问题必须严肃对待,否则会带来无法估量的社会危害。如果能够将这些秸秆综合利用起来,这些危害社会的现象将会彻底根除。尤其中国煤炭资源的现状,发展应用秸秆综合利用技术的步伐更要加快。

2)替代部分化石能源

随着一次化石能源的不断开采利用,其储存量也在逐年减少。我国每年石油进口量占使用总量的60%,目前已探明的煤炭储量仅够开采35年能源紧张限量开采和经济发展的矛盾,亟需开发和利用新的能源,以缓解不可再生能源煤炭和石油的供应短缺局面。在这种形势下,作为世界储量第四位的生物质能源利用将是最佳选择。

3)温室气体减排

2009,在哥本哈根召开的联合国气候变化会议上,中国首次宣布温室气体减排清晰量化目标,即到2020年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放2005年减少40-45%。另外,2020年中国实现可再生能源占一次能源消费的15%。以上目标的实现,一是提高一次能源的能源利用效率,减少排放量二是加强可再生能源的利用。可再生能源中,生物质是唯一量固定下来能源该能源可运输、可储存、可转换对于生物质能源的整个生命周期来说,其能源利用实现了二氧化碳零排放(生物质生长过程吸收二氧化碳,燃烧过程释放二氧化碳

4)国家政策鼓励

国家发改委、农业部联合发布的关于十三五秸秆综合利用实施方案的指导意见,对生物质综合利用提出了新的要求,到2020年,秸秆综合利用率达到85%以上。对于秸秆利用,提出了向肥料化、饲料化、燃料化、基料化和原料化 “五”发展。当前山东环霸的秸秆转化设备,可用于生物质气化、生物质碳化以及气炭肥联产的转化,满足了其中的 “三化”

2017年5月,山东省发展和改革委发布了《山东省新能源和可再生能源中长期发展规划(2016-2030年)》,《规划》提出了山东省新能源和可再生能源产业“十三五”发展目标并确定了发展方向和重点。2017年10月份,根据国家发展改革委《关于做好2018年中央预算内投资计划草案编制工作的通知》(发改投资〔2017〕1212号)和国家发改委环资司《关于做好2018年资源节约和环境保护中央预算内投资计划草案编报的补充通知》、《关于做好2018年资源节约和环境保护领域中央预算内投资计划下达准备工作的通知》要求,为加快节能减排重大工程实施,促进资源利用效率提高和环境质量改善。要求重点支持的项目中,包含如下内容:“秸秆热解气化清洁能源利用工程及副产物规模化利用项目。支持河北、山西、辽宁、吉林、黑龙江、安徽、山东、河南、湖北等省及新疆生产建设兵团、黑龙江农垦总局,以秸秆为主的农林废弃物热解炭(肥)、气(热、电)和油等多联产项目,支持秸秆收储运系统、预处理系统、热解气化系统、生物质燃气输配系统、生物质燃气利用系统、副产品利用系统等项目;秸秆热解气化副产物规模化利用项目。支持项目的秸秆利用能力需达到3万吨/年以上,农村供气供暖500户以上。”

2005年以来,国家相继出台一系列政策,《中华人民共和国可再生资源法》,电网企业全额收购可再生能源电量监管办法,《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》等,大力推行可再生能源的开发利用。根据国家电力监管委员会下发的《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》,国家要求电网企业全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目上网电量。电网企业应按照国家核定的可再生能源发电上网电价、补贴标准和购售电合同,及时、足额结算电费和补贴。实践中,山东省可再生能源发电机组上网电价由省物价局根据《国家发展改革委关于完善农林生物质发电价格政策的通知》(发改价格[2010]1579号)的规定批复执行,生物质发电上网电价为0.75元/度。山东省物价局《关于梁山前能生物质能发电项目上网电价的批复》(鲁价格发〔2011〕114号)中也明确提出,该项目上网电价预计为0.75元/度。

二、生物质气化技术

1、技术优越性

生物质是一种可再生资源,只要人类活动存在,生物质就可以循环再生,取之不尽,用之不竭。从环保角度看,生物质几乎不含有硫,燃烧后氮化物、硫化物排放量极低,CO2为零排放。从能源利用效率看,目前生物质利用率偏低,基本上还是以直接燃烧为主,造成能源资源的浪费,并对环境造成污染。

生物质能属于一种低品位能源,外形差异较大,水分含量高,堆积密度小,长距离里运输成本高,因此对于生物质能源利用不适合大型化,应以中小型区域化利用为佳。即使现在建设了一些生物质直燃电厂,但对于生物质原料也是有选择性的,而且目前大部分生物质发电厂也面临原料不足问题,从而造成发电成本偏高。中小型化的直燃项目,由于环保设备的投资大,运行费用高,且容易出现掺煤现象,不易控制;同时直燃项目也不能满足部分地区当前的环保政策,所以生物质能源利用最佳技术是气化技术。

2、技术原理

生物质气化技术的基本原理是把以农林废弃物为主的生物质原料,通过气化设备,按照热化学工艺转化为可燃气, 再对可燃气进行实际应用的技术。基本原理是生物质通过不完全氧化反应(即缺氧状态下的不完全燃烧),将原料中的碳、氢、氧元素成分转化为以一氧化碳、氢气和甲烷等可燃成分为主的可燃气体。其在气化反应器中的转化大致可分为四个过程:干燥、热解、氧化和还原。生物质气化工艺流程主要包括原料输送系统、气化系统、燃气净化系统、燃气利用系统。其中原料气化系统主要由气化炉、原料输送、排灰、燃气输送等部件组成;燃气净化系统由除尘器、冷却净化部件组成;燃气利用系统主要以用户最终要求,配备燃烧器或发电机组,对燃气进行合理应用。

3、技术流程


blob.png


生物质气化流程:秸秆或碎木屑等生物质原料,经过自然晾晒或者设备烘干到水分在25%以下,通过切割机或破碎机进行预处理,将原料制作成小颗粒,尺寸控制在10-50mm即可,少量碎末类原料也可以混合在一起进行气化。原料经过输送装置进入到气化炉内,经过气化后所得可燃气由引风机引出,根据不同应用设备,对燃气进行不同处理。如图所示,对于给锅炉或窑炉之类设备提供可燃气系统,可将热煤气直接输送到锅炉内燃烧,既增加了减少了燃气净化环节,又提高了能源利用率。如果是有特殊用途,发电、合成气或民用,那将热态可燃气经过净化装置后,得到较为洁净燃气后进行应用。对于其他产物,炭粉可根据原料或工艺不同,分别制成机制木炭或炭基肥料。木醋液可以进行提纯作为叶面肥或直接出售给相关企业。焦油可以用重新加入到气化炉进行二次裂解;或加热后,利用特制燃烧器,进行燃烧;或直接出售给相关企业。

对于给锅炉或窑炉提供燃气系统的项目,在整个利用过程中不产生焦油和冷却水,只有炭粉,而且系统简单,是目前最为理想的锅炉燃料替代产品。

三、单位简介

1、本单位简介

山东省科学院能源研究所成立于1978年10月,是山东省唯一的综合性能源研究机构,也是目前国内能源利用技术领域规模较大、功能较完备的综合性研究机构之一;主要从事热能利用、能源节约、废弃物资源化、太阳能热利用和能源决策咨询等领域的技术综合研究和装备开发,熟悉国内外节能技术的现状及发展动态,并提供最先进权威的能源技术、节能评估、节能诊断、能源审计和咨询服务等。山东省科学院能源研究所下设先进能效与节能、生物质能、太阳能、先进能源材料、能源软科学等五个研究室,拥有国家秸秆气化技术研究推广中心、山东省生物质气化技术重点实验室、山东省干燥过程节能重点实验室、山东省太阳能热水控制系统工程技术研究中心、山东省生物质资源化利用工程技术研究中心、山东省生物质热解气化技术研究推广中心、山东省节能干燥技术研究推广中心等,并已成为山东省新能源技术创新与公共服务的重要平台和技术依托单位。先后承担了国家“七五”至“十二五”科技支撑计划及“973”、“863”、自然科学基金项目、科技成果推广计划项目和山东省重大科技专项、科技攻关、自然科学基金重点项目等200余项,先后获得国家发明奖、省科技进步一、二、三等奖多项,其中“秸秆能源”项目获得2007年“全球能源奖”一等奖,成为我国唯一的获奖项目,赢得了世界的关注和赞誉。

山东省科学院能源研究现有固定人员80人,其中高级技术职称人员28名,博士14名、硕士36名;博士生导师1人,硕士生导师5人。其专业构成为生物工程、工程热物理、热能技术、煤化工、化工机械、化工工艺及机电一体化等。

山东省科学院能源研究所是国内首家研制成功并进行推广的农村生物质气化集中供气系统,该技术荣获山东省科技进步一等奖和国家科技进步四等奖,收到当时的国家科委、农业部和建设部的联合推广,在国内建立农村集中系统近千家。

2、技术合作单位简介

山东省科学院能源研究所与山东环霸环保节能设备技术有限公司密切合作,进行生物质气化技术的研究开发。

山东环霸环保节能设备技术有限公司位于山东省临沂市,是一家专注于生物质气化领域的高新技术企业。主要进行生物质气化技术的研发、推广和工业领域的应用。

公司技术研发、生产制造依托山东能源重型装备制造集团,位于山东省新泰市。主要生产经营压力容器设备设计制造;高效煤粉锅炉制造、安装;各类热水、蒸汽锅炉制造及配套辅机,具有环保工程总承包三级资质,压力管道GB2、GC2级安装资质; A2压力容器特种设备制造许可资质;锅炉B级制造资质; 2级锅炉特种设备安装、改造、维修许可资质。公司还在山东临沂鑫海木业有限公司建设了生物质气化装备中试基地。作为励志为能源和环境危机作出贡献的生物质能源公司之一,公司坚守开发优质新型清洁能源的信念,经过几年的积极探索和潜心研发,环霸科技公司掌握了国内领先的生物质能工业化实用技术,并凝聚了生物质能行业的精英,成为发展生物质能事业的高效团队。

研制开发的HB系列生物质气化设备属于固定床旋转炉排上吸式气化技术。采用上吸式气化方式产气热值较高,一般在1300kcal/m3,而流化床和下吸式固定气化方式产生的燃气一般在1000-1200 kcal/m3左右目前该技术有如下优点

(1)气化设备运行稳定

作为工业化应用的固定床气化技术,一直以来都存在这样那样的问题,致使市场上真正应用的气化设备不多,关键一点是设备运行不稳定。一般来说,工业生产属于连续化作业,这样对于设备的运行就要求稳定并且连续化由于生物质种类繁多,材质偏差较大,尤其是堆积密度、热值、灰分及灰熔点等参数的不同,对气化设备的要求也不同。但是一些厂家为了经济利益,夸大自身产品的性能,最终导致大多数所上项目无法正产运行。

采用炉膛内压板结构,不管使用哪种原料,通过压板的调节,保证炉膛内原料推挤密度基本相同,从而确保了气化运行的稳定性。采用上吸式低温气化方式保证每种原料灰分不结渣,运行温度低于所有生物质的灰熔点,从而确保了设备连续可靠的运行。

(2)气炭联产技术

现在纯粹生物质气化生产燃气的经济性不高,主要是原料收集成本较高。因此对于气化技术的推广,根据原料特性,研究多联产经营方式,提高整个项目的经济性,这符合市场需求的新模式。此气化技术,通过调节炉膛内气化温度和炉排转,控制气化过程,根据用户需求和原材料品质,生产不同碳含量的生物质炭粉。优质炭粉可以作为活性炭、机制炭的原材料;差点的炭粉,可以用做炭基肥的原材料,经过适当微量元素的配比,加工成为生物质炭基肥。目前经过炭产品开发,气化项目的经济性明显提高

(3)燃气热值高,炉膛出口温度低

气化设备采用上吸式气化技术根据气化原理可知,该气化方式的燃气热值较高,且由于可燃气经过生料层,使得燃气出口温度较低减少后期设备投资可燃气可直接被引风机吸出,送入锅炉窑炉等用能设备减少中间环节,降低投资费用。















上一条:
下一条:沼气与循环农业废弃物综合利用