绿色能源气化发电技术应用综述(5)

2019-08-31 18:18

单位电费对原料的要需求量为1.5~1.8lg/kW?h(谷壳),或1.25~1.35lg/kW?h木屑。但由于气化工艺的影响,在不同的温度下进行气化,气化生成的燃气质量和气化效率有明显的变化,具体变化情况见表10~表12。

表10 温度对木粉的气化发电系统技术参数的影响

影响因素 产气率(m3/kg Fuel)

气化效率(%) 气体热值(MJ/m3) 碳的转化率(%)

620℃ 1.5 44 7.06 57.2

750℃ 1.9 57.79 5.83 79.56

820℃ 2.4 67.96 4.3 81.4

表11 气化炉在不同操作温度下的气体质量(谷壳)

操作温度(℃)

CO2 CO CH4 CnHm H2 N2 O2

气体热值(kJ/Nm3)

730 730 750 760 760 790 820 820 830 830 830 15.4 19.0

16.2 18.6

16.0 17.4 7.99 1.63 54.3

15.15.5 7 7.3

3 4 8.78 18.15.

15.14.15.15.14.7 9 6.8

6 8 1

3 1 5 5 5 6 1 4 2

15.15.16.16.15.

5.06.77.58.4

15.3 16.1 4.06 7.68 53.9

气 体 成 分 %

6.8 7.3

1.7 1.6 1.6 1.6 1.5 1.5 1.4 1.3 1.5 1.0 1.2 3.7 51.7

1.39 53.5

1.30.49 3

4 9 54.56.

2.3

7.13.12.52 5

7 1

1.5

56.54.56.55.57.5

3 6 5

1.7 1.4 1.1 1.2 1.7 1.3 1.6 2.0 1.2 1.5 1.6 6152

6113

6234

6236085

3

4665445665995779

9

7 1 2

5061

表12 温度对气体质量的影响

温度℃

H2 9

620

.4 7

750

.7 6

820

.4

CO 29.8 23.5 19.9

CO2 7.2 10.7 8.7

CH4 7.1 5.3 4.7

气体质量 C2H6 0.83 0.25 0.09

C2H2 0.21 0.11 0.28

N2 45.5 52.4 59.9

LHV

8

6.2

5.1

由于气化工况对运行效果影响很大,所以中型生物质气化发电系统的运行控制是使用生物质气化发电技术的一个关键。 1)气化炉的运行控制

气化炉点火成功后,即进入运行状态,在循环流化床谷壳气化反应中,谷壳对温度反应非常敏感,当温度超过850℃ 时,谷壳灰便会发生熔融结渣现象,堵住炉内排渣口,影响气化炉的正常运行,因此,炉内温度的控制十分关键。正常情况下,气化炉的反应温度应稳定在700~800℃之间,当炉内温度显示低于600℃并继续下降,或高于800℃并继续上升时,需及时调节,具体方法是:当温度小于600℃时,适当减少进料量或稍微加大进风量,使温度回升至正常范围;当温度高于800℃时,加大进料量或减少进风量,使炉温下降至正常范围。

同其它生物质相比,谷壳的灰份含量高达12%以上,气化后仍残余大量灰份,这些灰份必须及时排出炉外,在图10所示系统中采用的是螺旋干式排灰机构,排灰连续而均匀,谷壳进料量和排灰量形成一种相对稳定的平衡状态,保证气化炉顺利运行,当排灰螺旋排灰出现不均现象或无灰排出时,应及时排除故障,否则,炉内灰份越积越多,气化炉反应层逐渐上移,最终将导致加料口堵塞而停机,此外,由于排灰不均匀,炉内灰份时多时

少,谷壳气化的稳定状态受到干扰,其结果是炉内温度不均,局部温度过高并出现结渣现象,气化炉无法正常运行。

从气化效率的角看,气化炉温度的控制对气化效率有绝对的影响,不同气化形式及不同的原料对最佳的气化温度都有影响。木粉气化发电系统典型的结果见表10。

2)净化装置的运行管理

由于净化装置中文氏管除尘器及喷淋洗气塔都采用水封结构,因此,气化炉点火启动前必须先启动水泵以确保水封结构有充足的水起密封作用,防止燃气通过水封口外窜引起意外事故;其次,应定期清除文氏管喇叭口处的灰垢,一般每星期清理一次较为合理。 3)发电量大小的调节

1000kW循环流化床谷壳气化发电系统可根据生产负荷的需要对发电量进行调节,调节范围为200~1000kW,其方法是控制谷壳进料量及相应的进风量,先缓慢加大进料量,同时加大进风量,使炉内温度稳定在700~800℃之间,加料量的多少可由加料螺旋电磁调速电机的转速来确定。

由于气化炉的温度直接决定与空气量与加料量的比例,所以根据负荷以及调节炉温的需要,空气量有一定变化。例如在700kW的负荷下,一般正常的加料量约900kg/h,为了保证气化温度在700~800℃之间,所需的空气量约为1000m3/h。这是因为如空气量加入太少,木粉燃料氧化产生的热量不足以满足木粉中的碳不完全燃烧所需的热量,如加入太多,一方面,导致气体成份中的有效热值气体完全氧化;另一方面,可燃气体被空气带入的大量随性气体N2所稀释,因此导致气体热值下降。

6.2.2.

中型气化发电系统的经济性

气化发电系统的投资成本和经济效益是影响用户应用积极性的关键因素,规模小于200kW的发电系统国内目前采用固定床气化装置,总的经济效益较差,循环流化床谷壳气化发电对于处理大规模生物质具有显著的经

济效益,表12是600、800、1000kW谷壳气化发电的投资成本和运行费用估算表。

表13的结果表明,在开工率70%,电价0.8元/度条件下,气化发电的投资回收期约一年,若开工率不变,而电价降为0.6元/度,则600、800、1000kW三种规模的投资回收期分别是22.5、21和17.8个月,在实际应用过程中,由于各地的人工成本和电价差异很大,这两种因素将对投资回收期构成重大影响,但无论如何,流化床谷壳气化发电的经济效益是显著的。需要指出的是,流化床谷壳气化发电设备的气化原料不仅局限于谷壳,它还可用于处理木屑,从表13的运行费用中可以看出,废料成本所占的比例高达50%,(见图11)。对木料加工厂而言,木粉、木屑是一种废料,有时不但没有任何价值,还需花费一笔不小的处理费,因此,对有废料的加工厂,木粉气化发电的运行成本明显比谷壳低,投资回收期将大大缩短。

表13 流化床谷壳气化发电投资成本及运行费用估算表

发 电 规 模 项 目 600kW 195 133 800kW 262 170 1000kW 290 207 总投资(万元) 设备投资(万 投 资 成本 元) 基建投资(万元) 安装调试费用(万元) 谷壳输送设备(万元) 污水处理(万元) 运 运行天数 10 12 15 10 12 15 8 8 8 35 250(开工率70%) 40 45 250 250 行 费 用 运行人数 总发电量(万度/年) 原料费用(万元/年) 人工费用(万元/年) 维修费(万元/年) 办公费(万元/年) 总开支(万元/年) 4人/班*3班=12 360 12 12 480 600 49 65 82 21.6 21.6 21.6 20 25.5 31 9.6 11.2 13.5 100.2 123.3 148.1 资金成本(万元/年) (利率按6%计) 发电费用成本(元/度) 年毛利(万元/年) 11.7 0.31 ①176 ②104 15.72 0.29 ①245 ②149 17.4 0.276 ①315 ②195 ①11投资回收期 ①13.3个月 ②22.5个月 ①12.8 个月 ②21个月 个月 ②17.8个月 注: 1. 毛利①以电价0.80元/度计算。毛利②以电价0.6元/度计算 2.人工费用以人均月工资1500元计算


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