气体燃料替代化石燃油的间接混燃技术

6.4.1.1　供热

生物质气化供热是指生物质经过气化炉气化后，生成的生物质燃气送入下一级燃烧器中燃烧，为终端用户提供热能。这项技术已实现商业化，并在世界很多地区广泛应用。

以我国为例，20世纪90年代，我国建造了70多个生物质气化系统，以提供家庭炊事用的燃气。该系统以自然村为单位，将以秸秆为主的生物质原料气化转换成可燃气体，然后通过管网输送到居民家中用作炊事燃料，每个系统平均每小时可为900～1600户家庭输送200～400 m3的燃气。另外，该技术还广泛应用于区域供热和木材、谷物等农副产品的烘干等。自1994年在山东省桓台县东潘村建成中国第一个生物质气化集中供气试点以来，山东、河北、辽宁、吉林、黑龙江、北京、天津等省市陆续推广应用生物质气化集中供气技术。据农业部统计，截至2010年年底，全国共建成秸秆气化集中供气站900处，运行数量为600处，供气20.96万户，每个正在运行的气化站平均供气约350户。在气化燃气工业锅炉/窑炉应用方面，中国的科研单位和企业也进行了探索。广东省已建立生物燃气工业化完整的产业链基础，近几年来成功地完成了几十个生物质燃气项目，典型项目包括常州运达印染、珠海丽珠合成制药、深圳华美钢铁和广州天天洗衣等项目。目前主要发展途径为以生物质燃气替代化石燃油、燃气作为锅炉/窑炉燃料。

国内开展生物质气化供热研究和应用的单位主要有中国农业机械化科学院、中科院广州能源研究所和中国林科院林化所等。中科院广州能源研究所在湛江模压木制品厂、三亚木材厂和武夷山木材厂，应用循环流化床气化炉将木材加工厂的锯末或碎木屑进行气化，然后用生物质可燃气作锅炉燃料，产气量比固定床气化炉提高近10倍，可燃气的热值也提高了40%左右，并使气化炉实现了长期连续运行。2004年至2006年，中国林科院林化所利用自主研发的锥形流化床生物质气化供热技术，分别在安徽舒城友勇米业公司进行5220 MJ/h稻壳气化替代燃油干燥粮食的示范应用，在江苏太仓牌楼进行5220 MJ/h稻壳气化供热花苗圃采暖应用，在辽宁海城复合肥料厂进行替代燃煤5220 MJ/h干燥鸡粪应用，并向马来西亚出口生物质气化（6000 m3/h）燃气瓷窑烧制装置。

印度一家公司成功地进行技术改造，运用生物质气化技术来为系统干燥提供热能，以替代原来燃烧柴油的系统，并于2001—2002年成功地做到不再燃用任何柴油，从而取得了很好的经济和环境效益。瑞典也将生物质气化技术集成到区域供热（DH）中。

6.4.1.2　热电联产

生物质气化供热和发电并非完全独立的。进入20世纪90年代，人们首次将热能生产和电能生产结合起来，即同时向某个区域供热和供电，称作热电联产。热电联产通过热水等提供热能，使用燃气轮机等设备生产电能，电能除自用之外，还可以输送到电网。

生物质气化发电/CHP可以通过蒸汽轮机、内燃机、燃气轮机和燃料电池等多种方式实现。可根据终端用户的需要灵活配置，选用合适的发电设备，规模一般在20 kW～10 MW，非常适用于分布式发电系统。目前应用最广的是内燃机发电，如图6-26所示，其负荷可调性高，20%以上负荷就能运行，也可以多台并联运行。

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图6-26　生物质气化内燃机发电/CHP示意图

生物质气化燃煤耦合发电技术是指将生物质在气化炉中转化为燃气，再送入燃煤锅炉与煤混合燃烧发电，如图6-27所示。该技术也称间接混燃技术，适用于以油、天然气为燃料的火电厂。使用该技术时，需要在燃煤锅炉设备基础上增加独立的生物质气化系统，并根据生物质燃气在锅炉内的燃烧段位置增加燃气燃烧器或局部改造原有的煤粉燃烧器。从气化炉出来的高温燃气直接进入锅炉燃烧，燃气显热和焦油的能量得到充分利用。该技术可以利用现役大容量、高效率燃煤机组，发电效率可达40%～46%，依托燃煤热电联产机组发电并供热，综合能源利用效率可达到70%以上。

BIGCC将布雷顿循环和朗肯循环联合，如图6-28所示，具有较高的发电效率。BIGCC是20世纪90年代的研究热点，最初目的是更高效地利用甘蔗渣，目前仍处于发展完善阶段。国内生物质气化联合循环发电系统效率可达25%～35%，但技术仍未成熟，尚处于示范和研究阶段。瑞典Värnamo电厂是世界上首座BIGCC电厂，发电净效率为32%。电厂采用Foster Wheeler公司的加压循环流化床气化技术，以空气为气化剂，燃气经冷却器冷却至350～400℃后，由高温管式过滤器净化。

爱尔兰自1993年开始利用下吸式气化炉为一所高校提供100 kW的电量和120 kW的热量。奥地利的CHP Guessing则是一个典型的热电联产的生物质气化电厂，它采用了双床气化系统生产燃气，燃气经处理后燃烧供热，并通过燃气轮机发电。该厂于2001年开始运行，为当地提供的净热功率为4.5 MW，净电功率为1.8 MW。

图6-27　生物质气化燃煤耦合发电示意图

图6-28　生物质综合气化联合循环发电示意图

除用于集中供热之外，CHP还可用于更小的场合（称之为小规模CHP或微规模CHP），比如各类商业建筑。这种系统的发电规模为5～50 kW，主要的发电设备有内燃机、微型汽轮机、燃气轮机、燃料电池等。由于其潜在的发电效率较高，因此主要的工作是实现其进一步的商业化。此外，捷克研究人员还将一个热泵系统集成到生物质气化过程中，从而实现了热、电、冷三联产。