1、生物质燃气清洁利用关键技术研究生物质燃气清洁利用关键技术研究2015.12.05目 录l 背景l 生物质气化技术简介l 生物质气化设备发展现状l 已开展的工作l 前景展望背景资源丰富资源丰富u 国家发改委：全国秸秆理论资源量为8.4亿吨，可收集资源量约为7亿吨u 国家林业局全国林业生物质能源发展规划（2011-2020）:林木生物质资源潜力约180亿u中国环境状况公报，2012年全国工业固体废物近33亿吨能源化利用生物质废弃物既是环境污染源又是重要的低碳能源 可再生：唯一可直接作为燃料的可再生能源；可再生：唯一可直接作为燃料的可再生能源；可储存：唯一可储存，也能稳定利用的可再生能源。可储存：唯
2、一可储存，也能稳定利用的可再生能源。 长远来说，生物质能主要用途是作为石油的重要补充，具有战略性的意义。 “十二五”规划的天然气目标，年消费量将达2300亿立方米，需进口900-1000亿立方米，对外依存度将迅速增至40%； 预测到2020年，中国石油消费量将达6亿吨以上; 国内供应量2.5亿吨，缺口达4亿吨, 对外依存度将达70以上。背景资源丰富能源化利用能源化利用天然气资源用量分析图生物质工业生物质固废农作物秸秆林业三剩物禽畜粪便城镇生活垃圾藻类等直接燃烧技术热化学转化液化技术有机垃圾能源化处理技术用炉灶燃烧技术锅炉燃烧技术生物质与煤的混合燃烧技术等生物质气化干馏快速热解液化技术提炼植物油
3、技术制取乙醇、甲醇等技术生物转化技术小型户用沼气池大中型厌氧消化农作物秸秆农作物秸秆林业三剩物林业三剩物工业生物质固废工业生物质固废热化学转化热化学转化生物质气化生物质气化干馏干馏快速热解液化技术快速热解液化技术燃气燃气利用转化技术背景目 录l 背景l 生物质气化技术研究l 生物质气化设备发展现状l 已开展的工作l 前景展望光合作用光合作用气气化化设设备备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源高品质能源（电、热、气等）（电、热、气等） 释放出氧气（O2） 生物质气化是在一定的热力条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳CO、氢气H2和甲烷CH4等可燃气体
4、的过程。气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气用途 1. 1.生物质热解气化技术生物质热解气化技术技术简介光合作用光合作用气气化化设设备备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源高品质能源（电、热、气等）（电、热、气等） 释放出氧气（O2） 干燥热解氧化还原气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气用途技术简介光合作用光合作用气气化化设设备备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源高品质能源（电、热、气等）（电、热、气等） 释放出氧气（O2）气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气应用 预处理u粉碎u干燥u气化剂处理 热解气化u温度变化u化学反应
5、u催化剂 燃气净化u焦油脱除u焦油热裂解u焦油裂解 高温燃烧u高温粗燃气u焦油u高温显热 终端利用u清洁燃气u燃气发电u气热电联供 终端利用u工业蒸汽u集中供暖u热电联产中小规模应用方式规模化应用方式技术简介光合作用光合作用气气化化设设备备灰（做肥料）释放二氧化碳(CO2)吸收二氧化碳（CO2）用户高品质能源高品质能源（电、热、气等）（电、热、气等） 释放出氧气（O2）u生物质气化制取清洁的可燃气体u替代燃油、天然气等化石能源u用于供气、供热、发电、工业供能等。气化原理气化过程工艺过程工艺过程燃气用途技术简介固定床流化床下吸式开心式上吸式横流式双流化床携带床单流化床循环流化床运行方式气化炉类型
6、上吸式固定床下吸式固定床流化床原料种类秸秆，废木秸秆，废木稻壳，木屑，秸秆粒度/mm51002010010气化温度/11001000650850气化效率7075756575气化强度/kg/m2.h20030020060010002000应用领域锅炉供热、发电集中供气，锅炉供热锅炉供热、发电技术简介分类分类生物质气化系统的研究重点生物质气化系统的研究重点生物质燃气与生物质燃气与终端利用设备终端利用设备耦合耦合生物质燃气与生物质燃气与终端利用设备终端利用设备耦合耦合是生物是生物质气化燃气利用的关键技术，主要原因是质气化燃气利用的关键技术，主要原因是生物质气体的品质难以满足相关设备的运生物质气体的品
7、质难以满足相关设备的运行要求。行要求。相关技术尚存在许多不足之处。相关技术尚存在许多不足之处。气化制气化制气气燃气燃气净净化化已经初步形成了已经初步形成了气气化基础理论系统化基础理论系统。2.12.1基础研究基础研究技术研究2、技术研究前沿研发领域前沿研发领域技术创新技术创新u生物质气化系统中焦油的净化生物质气化系统中焦油的净化u如何提高生物质气化燃气的品质如何提高生物质气化燃气的品质u如何提高生物质气化燃气的热值如何提高生物质气化燃气的热值u气化炉结构创新气化炉结构创新1 1）双燃烧的固定床气化炉双燃烧的固定床气化炉2 2）自加热式固定床气化炉自加热式固定床气化炉3 3）主动配风式固定床气化
8、炉主动配风式固定床气化炉u生物质气化系统工艺创新生物质气化系统工艺创新两段式固定床低焦油气化技术两段式固定床低焦油气化技术2.22.2前沿研发与技术创新前沿研发与技术创新技术研究 维也纳科技大学维也纳科技大学125kW双燃烧的固定床气化炉双燃烧的固定床气化炉维也纳科技大学在总功率为2MW，发电输出功率550 kW的热电联产项目基础上，设计了双燃烧的双燃烧的固定床气化炉，开发了125kW的热电联产系统，采用木材作为原料，燃气低位热值达到5.8 MJ/Nm3 巴西研制了双层气化剂进给双层气化剂进给固定床气化炉，旨在提高气化燃气品质，并降低焦油含量，通过调整两层气化剂的进给，实现对内部的气化反应进行
9、调控，通过40kW气化炉的中试研究，气化效率达到68%。巴西双层气化剂进给固定床气化炉研究巴西双层气化剂进给固定床气化炉研究2.22.2前沿研发与技术创新前沿研发与技术创新技术研究 丹麦科技大学研发的两段式气化技术，采用螺旋滚筒采用螺旋滚筒裂解床与下吸式固定床相结合裂解床与下吸式固定床相结合，生物质首先在螺旋反应器内发生热解反应，热解产物进入固定床反应器内，并通入空气作为气化剂，在固定床内实现部分燃气燃烧产生高温，从而使焦油裂解转化，最终获取的焦油浓度可以达到5mg/m3。丹麦科技大学丹麦科技大学两段式气化两段式气化技术技术日本双燃料发电机实现发电日本双燃料发电机实现发电日本东京技术研究所设计
10、采用双燃料发双燃料发电机实现发电电机实现发电，系统综合气化效率达到66%，热效率达到27%。技术研究2.22.2前沿研发与技术创新前沿研发与技术创新 广州能源所在两段式固定床气化装置进行了试验，验证了当量比、富氧浓度和水蒸气对于燃气组分和焦油产率具有影响。上海交通大学研制60KW两段式气化装置，通过调整空气当量比，燃气品质和焦油产量均得到有效地改善。广州能源所两段式气化技术研究上海交通大学60KW两段式气化研究技术研究2.22.2前沿研发与技术创新前沿研发与技术创新 2.22.2前沿研发与技术创新前沿研发与技术创新技术研究山东大学与山东百川同创能源有限公司联合开发了主动配风式固定床气化炉，实现
11、了炉内反应层调控和气化系统生产的连续性，可满足大型生物质气化供气、供热和发电的需要。气化炉原理图山东省科学院能源研究所双流化床生物质气化试验装置东南大学串行流化床装置2.22.2前沿研发与技术创新前沿研发与技术创新技术研究丹麦科技大学基于研究Viking两段式固定床气化技术，通过对技术的集成，建立了75KW的中试示范，并进行了2000 h的示范应用，证实该气化技术基本可以实现焦油的脱除转化，生物质气化发电的综合效率为25%。丹麦科技大学Viking两段式固定床气化示范工程2.3集成示范与成果转化集成示范与成果转化技术研究 高邮市林源科技开发有限公司4MW高效生物质固定床气化发电工艺产业化成套技
12、术及装备。项目以单炉产气量大于5000立方米/时的规模化成型生物质固定床气化技术为核心，创造性地组合了焦油催化裂解、高效电捕、冷凝酚水回用和深度脱硫脱氯等高新燃气生产技术，彻底解决了生物质燃气净化的技术难题，该工程年需生物质燃料约3万吨，电厂以35千伏接入电网。高邮市4MW生物质固定床气化发电示范工程2.3集成示范与成果转化集成示范与成果转化技术研究面临的主要挑战面临的主要挑战技术挑战产业发展模式挑战规范与管理挑战原料挑战产业化的诸多挑战u装置设备技术挑战；u燃气净化处理技术挑战；u高效集成和控制技术挑战；u电气热冷炭等联产技术挑战。u原材料季节性明显；u易燃易腐，储存运输难。u发电成本高，运
13、营影响因素多；u需探索生物质气化发电的多元化商业模式。u尚未建立相关技术标准；u缺乏统一的施工规范规程；u面临市场不良竞争。技术研究目 录l 背景l 生物质气化技术简介l 生物质气化设备发展现状l 已开展的工作l 前景展望国外生物质气化现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国外生物质气化设备规模较大，自动化程度高，工艺较复杂，主要以供热、发电和合成燃料为主，各种利用都在增长，CHP（热电联产）的增长尤其快，已成为目前最主要的利用方式。欧洲生物质气化CHP项目分布图国外生物质燃气应用模式发展现状国外生物质气化现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状类型公司说明固定床Bioneer（被Foste
14、r Wheeler收购）上吸式，以空气和水蒸气为气化介质，使用含水量达45%的原料，产气焦油含量50100g/m3；在芬兰和瑞典建有9个46MW的商业化工程，大部分用于区域供热；工厂全自动化操作，投入极少。BabcockWilcox Volund上吸式，以湿空气为气化介质，使用含水量高达55%的原料；以位于Harboore的5MW商业工程为典型，最初为锅炉燃烧供热，2000年被改造成热电联产，发电效率28%，系统总效率93%。流化床Carbona2004年在丹麦Skive建设100-150t/d规模的低压（0.51052105Pa）BFB气化系统，采用石灰石床料和焦油催化裂解，利用 32MWe
15、带余热回收的燃气内燃机和210MW燃气锅炉进行热电联产，以木质颗粒和木屑为燃料，发电净效率28%，系统总效率87%。Foster Wheeler2001年在芬兰Varkaus建立第一个商业化工程，以液体包装回收公司回收的废料为原料，以空气和蒸汽为气化介质进行常压气化，BFB气化炉输出为40MW，发电净效率达40%。CFB技术非常成熟，燃料适应性较强，能使用湿度20%60%的原料；1993年被用于瑞典Varnoma IGCC示范工程，加压CFB气化炉稳定运行约8500h，发电净效率32%，系统净效率83%。1997年芬兰Lahti建设了生物质气化混燃项目，气化炉在4070MW下稳定运行超过300
16、00h，系统可用性超过97%。多段式气化维也纳技术大学已成功用于8MW规模的Gssing热电联产系统，系统总效率为81.3%，其中，发电效率和热效率分别为25%和56.3%。丹麦科技大学已建成75kW的热电联产示范工程，以木块为原料，气化效率约93%，发电效率25%，产气中焦油含量约15mg/m3。国国外外典典型型气气化化工工艺艺发展现状国外生物质气化现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国家气化炉类型原料效率/%规模/td-1应用美国Taylor双流化床气化炉可降解垃圾和废木料发电效率35-40300-400热电联产美国Silvagas双流化床气化炉木材发电效率35-40540热电联产和柴
17、油美国Range Fuels气流床气化炉林业废弃物、木材热效率70125乙醇和混合醇美国Pearson气流床气化炉废木料、锯末、稻杆等热效率70.543乙醇和混合醇德国CHOREN气流床气化炉能源作物、木材热效率90.5198合成柴油丹麦Carbona鼓泡流化床木材发电效率28100-150热电联产芬兰VIT循环流化床林业废弃物和副产物60合成柴油芬兰Foster循环流化床塑料、木材、轮胎、枕轨336热电联产瑞典CHRISGAS循环流化床木材、秸秆86热电联产德国Uhde循环流化床MSW气化效率8115燃料油加拿大Plasco等离子体气化炉MSW、塑料热效率75100发电美国InEnTec等离
18、子体气化炉轮胎、炉渣、医疗废物218热电联产氢气、甲醇和乙醇国外气化炉应用发展现状国外生物质气化现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状 美国生物质能发电的总装机容量已超过10000MW，单机容量达1025MW；占美国可再生能源发电装机的40%以上，一次能源消耗量的4%；建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平。v 典型国家应用现状发展现状THANK YOUSUCCESS2022-5-12国外生物质气化现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状 德国拥有140多个区域热电联产的生物质电厂，近80个在规划设计或建设阶段。茵贝尔特能源公司(ImbertEnergie
19、technikGMBH)设计制造的下吸式气化炉内燃机发电机组系统，气化效率可达60%90%，热值为(1.7-2.5)104kJ/m3。v 典型国家应用现状发展现状国外生物质气化现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状 在国外发展已经成熟， Bio-SNG的热值可以达到6000kcal/m3，主要成分为甲烷，具有与天然气相似的性质，是将来替代天然气的重要开发方向。 能够提供成套技术的主要有德国的Lurgi公司，丹麦的Haldor Topsoe公司、英国的Davy公司以及美国的巨点能源公司等，基本采用固定床甲烷化技术。其中，Lurgi工艺和TREMPTM（托普索甲烷化循环工艺）较为成熟，均属于绝热
20、循环稀释甲烷化技术，Lurgi工艺已经被商业化利用，TREMPTM工艺也处于工业化推广阶段。生物 质燃气甲烷化CO2气化气化甲烷甲烷化化净化提纯农业废弃物林业废弃物电力供热发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国内生物质气化现状 我国自行研制的集中供气、发电、供热、户用气化炉等产品，已形成了多个系列的气化炉可满足多种物料的气化要求，在生活用能、发电、供暖等领域得到应用，目前应用的有固定床和流化床气化技术等，作为核心技术的气化技术正日趋成熟。发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国内生物质气化现状气化炉类型气化效率%热值MJm-3规模应用研究单位下吸式JQ-C系列75-78%5.5-
21、6.510MW气热电联产山东百川同创能源有限公司循环流化床75-78%5.0-6.510MW气热电联产山东百川同创能源有限公司上吸式GSQ1100755.010802630MJ/h供热中科院广州能源所下吸式ND系列65754.86.1500650MJ/h供热中国农业机械化研究院下吸式HQ/HD280704.55.0810 m3/h户用气化中国农业机械化研究院下吸式XFL72755.0100500户集中供气山东能源研究所热管式气化炉8.010.0热电联产南京工业大学能源学院LZ 干馏热解气化炉28.814.01000户集中供气大连市环科设计研究院GB210W22000型干馏气化热解气化炉1004
22、0t/d城市生活垃圾处理上海万强科技开发有限公司锥形流化床气化炉67.54.06.03MW供电、供气、供热中国林业科学研究院林产化学工业研究所下吸式固定床气化炉755.56.50.05MW发电辽宁市能源所流化床气化炉784MW发电中科院广州能源所国国内内典典型型气气化化炉炉应应用用情情况况发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国内生物质气化现状 气化-内燃机+余热锅炉-汽轮机，组成联合循环 装机规模为5MW 年消化生物质量4万吨，年发售电量3000万度v 典型案例发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国内生物质气化现状 3台大型上吸式固定床秸秆气化炉，单台产气范围10005000m
23、/h 2套电捕油等配套净化系统 10台500Kw发电机组，发电容量4MW 20套生物质压块成型系统 投资3300万，其中技术研发900万v 典型案例发展现状国外生物质气化现状国内生物质气化现状国内生物质气化现状 纸业项目纸业项目 钢铁项目钢铁项目 可口可乐项目可口可乐项目 特纸项目特纸项目塑胶项目塑胶项目 制药项目制药项目发展现状目 录l 背景l 生物质气化技术简介l 生物质气化设备发展现状l 已开展的工作l 前景展望u山东大学自1997年以来，一直在从事生物质气化技术的研究开发；u与山东百川同创能源有限公司等相关单位形成了“产、学、研”紧密结合体，共同致力于生物质能源化技术研究与应用；u研究
24、技术涉及生物质原料收集、清洁转化和高值利用的三个关键环节，包括生物质气化集中供气（热）、生物质气化发电、生物质固化成型技术、高湿基工业类生物质废弃物转化为蒸汽、大中型沼气应用、水热水热液化(TCC/HTL)(TCC/HTL)技技术术技术等进行了深入研究，为生物质清洁能源产业链的建设提供了技术支撑。 围绕围绕规模化连续气化、燃气无污染净化和高效清洁燃烧与热电联产规模化连续气化、燃气无污染净化和高效清洁燃烧与热电联产集成三个关集成三个关键环节，进行研究、技术集成、示范应用键环节，进行研究、技术集成、示范应用。u研发了研发了规模化连续式固定床规模化连续式固定床热解气化技术与设备热解气化技术与设备u生
25、物质生物质循环流化床循环流化床热解气化关键技术与装备热解气化关键技术与装备u开发了开发了基于化学吸收基于化学吸收的生物质的生物质燃气净化燃气净化技术与工艺技术与工艺主要核心技术主要核心技术生物质生物质流化床气化流化床气化技术及装备应用示范技术及装备应用示范设备参数额定处理量：500-3000kg/h原料粒径：5000 kJ/Nm3；气化效率70%；燃气含氧量1%；焦油含量10 mg/Nm3；H2S含量10 mg/Nm3 实现MW级连续规模气化，建立了生物质热电冷联供系统（B/CCHP），系统生物质能综合利用效率达到72 74%，为发电及多元化应用提供了技术与装备。规模化固定床生物质热解气化关键
26、技术及装备开发农林生物质原料输送机生物质气化炉生物质燃气净化系统燃气贮气柜炊事燃气燃 气 供 热 锅炉燃气与供热用户炊事发电机组电网/电力用户清洁燃气清洁燃气清洁燃气电力已开展的工作基于生物质成型燃料的高效低氮直燃锅炉 其主要参数：容量0.3514MW、热效率8387%、排烟温度90%、烟尘排放浓度50mg/cm3、氮氧化物100mg/m3、二氧化硫浓度100mg/Nm3。该设备可以燃烧生物质原料替代中小燃煤、燃油锅炉，用于洗浴、供热等。已开展的工作已开展的工作取得成果:0余项u 制定或参与制定行业相关标准8项；山东省科技进步一、二等奖u 发表相关论文篇，其中SCI、EI收录50篇；u 承担或
27、完成国家“863”科技计划、“十一五”、“十二五”科技支撑计划、国家重大科学仪器设备开发专项、山东省重大专项、山东省科技发展计划等多项国家、省部级项目20余项。效益:累计生产燃气18亿m3减少燃烧标煤170.2万吨减排二氧化碳达89.7万吨u 应用行业及领域 民用、军用、活性炭、医药行业 等民用生物燃气示范工程军用生物燃气示范工程气热炭多联产项目示范工程工业生物质能源化利用示范工程目 录l 背景l 生物质气化技术简介l 生物质气化设备发展现状l 已开展的工作l 前景展望前景展望050001000015000200002500030000350004000045000500002020年2030
28、年2040年2050年可可能能源源化化利利用用资资源源量量（万万吨吨标标准准煤煤）能源作物类废弃物类林业剩余物类农业剩余物类资源总潜力：资源总潜力： 2020年，年，3.0亿吨标准煤亿吨标准煤 2030年，年，3.7亿吨标准煤亿吨标准煤 2040年，年，4.5亿吨标准煤亿吨标准煤 2050年，年，4.8亿吨标准煤亿吨标准煤前景展望050001000015000200002500030000350002020年2030年2040年2050年万吨标准煤万吨标准煤生物液体燃料生物燃气生物质能供热生物质能发电010000200003000040000500006000070000800002020年2
29、030年2040年2050年万吨二氧化碳万吨二氧化碳生物液体燃料生物燃气生物质能供热生物质能发电20502050年能源替代量年能源替代量3.23.2亿吨标准煤亿吨标准煤20502050年二氧化碳减排量年二氧化碳减排量7 7亿吨标准煤亿吨标准煤前景展望增加就业：增加就业：340340万人万人 农民就业：农民就业：270270万人万人2102903403401702302702700501001502002503003502020年2030年2040年2050年万万人人增加就业农民就业840151017802010050010001500200025002020年2030年2040年2050年亿亿元元农民增收：农民增收：20002000亿元亿元国家政策的支持国家政策的支持能源的迫切需求能源的迫切需求先进技术与装备支撑先进技术与装备支撑环境保护的要求环境保护的要求资源丰富前景展望生物质气化技术具有广阔的发展前景！生物质气化技术具有广阔的发展前景！ THANK YOUSUCCESS2022-5-12
