600kW 800kW 1000kW
图11 不同条件下运行费用的大小及构成
6.3. 大型生物质气化发电系统
在国际上，大型生物质气化发电系统的技术远未成熟，真正进入商业应用的例子还未见报道，主要的应用仍停留在示范和研究的阶段。下面以瑞典的Varnamo示范电站为例，分析国外大型生物质气化发电站的技术经济性。Varnamo生物质IGCC发电项目指标参数见表14。
瑞典的Varnamo生物质示范电站是欧洲一个BIGCC发电项目，它是由瑞典国家能源部、欧盟资助，由瑞典南方电力公司、福斯特·威勒公司等企业合作建设的一个示范项目。它的主要目的是建设一个完善的生物质IGCC示范系统，研究生物质IGCC各部分的性能特点，所以该生物质发电站更适合于生物质气化发电的研究开发活动，而不是完全的商业化运行。
由于Varnamo生物质气化发电项目主要是以示范研究为目标，所以其投资和运行成本都非常高，目前很难做出准确的计算。有关方面对今后生物质IGCC项目的经济性做出了评估，假设技术成熟后，当发电规模为55MW时， 生物质IGCC系统的投资大约为1500美元/ kW左右，但对于15MW左右的发电项目， 投资将达到2300美元/Kw.生物质IGCC的发电成本与燃料价格、发电规模关系很大>通过理论分析测算，对于70MW出力的生物质IGCC发电系统，在生物质价格为250元/t时， 其发电成本大约为0.35元/t，几乎与小型的煤发电成本相当。由于70MW的发电规模需要的生物质量（约2000t/d）非常大，而且投资也很高，有条件建设这种项目的国家或企业都很少，所以这种项目近期要进入实际应用是相当困难的。
表 14 Varnamo生物质IGCC发电项目指标参数
供热能力 原料种类 发电效率 热效率 气化压力/温度 气体热值 蒸汽压力/温度 9MW 木片（水分15%） 32% 83% 1.8MPa/950℃ 5MJ/m3 4MPa/455℃ CO：16%-19%；H2：9.5%-12% 气体成分 CH4：5.8%-7.5%；CO2：14.4%-17.5% 气体中重焦油含量 气体中轻焦油含量 7. 生物质气化工艺的设计与选择
9-50g/m3 1.5-3.7 g/m3 生物质的气化有各种各样的工艺过程。从理论上讲，任何一种气化工艺都可以构成生物质气化发电系统。但从气化发电的质量和经济性出发，生物质气化发电要求达到发电频率稳定、发电负荷连续可调两个基本要求，所以对气化设备而言，它必须保证燃气质量稳定、燃气产量可调，而且必须连续运行。在这些前提下，气化能量转换效率的高低就是影响气化发电系统运行成本的关键。
气化形式选定以后，从系统匹配的角度考虑，气化设备应满足以下要求：1）燃气尽可能干净，以减少后处理系统的复杂性，使焦油含量达到内燃机允许的标准。如果后续净化系统选用催化裂解工艺，还要尽可能使原始气中的焦油具有易于催化裂解的特点；2）燃气热值要高而且稳定，以提高内燃机的输出功率，从而提高整个系统的效率；3）气化炉本体及加料排渣系统的设计，应充分考虑原料特性，实现连续运行；4）充分利用显热，
提高能量利用率。
表15是各种气化炉的特性，是气化发电系统选择气化炉形式和控制运行参数的制约条件。表16是固定床和流化床气化炉性能的比较，表17是在各种不同的发电规模上所采用的气化发电技术。
表 15 几种气化形式对气化发电系统性能的影响
项目 上吸式 适应不同形状原料适应性 及尺寸的原料，含水量为15%-45%时可稳定运行 下吸式 大块原料不经预处理可直接使用 H2含量增加，焦油经高温区裂解，含量减少 与直径相同的固定床比，产气量大4倍，焦油较少，燃后处理过程简单 生产强度是固生产强度是固定床的8-10倍，流化床的2倍，单位溶剂的生产能力最大，故障处理容易，维修费用低 负荷适应能力强，启动、停车容易，调节范围大，运行平稳 焦油含量少，产气量大，气体热值比固定床气化处理简单 原料尺寸控制较严，需预处理 鼓泡流化床 循环流化床 能适应不同种类的原料，但要求为细颗粒，原料需预处理 H2和CnHm含量燃气特点及后处理过程 少，CO2含量高，焦油含量高，需要复杂的净化处理工艺 气成分稳定，炉高40%左右，后设备实用性、单炉生产能力、结构复杂程度、制造维修费用 生产强度小，结构简单，加工制造容易 生产强度小，结定床的4倍，构简单，但受气流速度容易实现连续加料 的限制，故障处理容易，维修费用低 操作安全稳与发电系统的匹配性 工作安全，稳定 安全、稳定，负荷调节定 幅度受供气速度的限制 表 16 固定床气化炉与流化床气化炉性能比较
类型 固定床气化炉 流化床气化炉
种类、形状和尺寸可不一致；颗粒尺寸较小
90%左右
高，必须对燃气进行除尘净化处理
特定种类、形状、尺寸90%-99一致；颗粒尺寸较大
%
低
碳转化率
燃气中飞灰含量
结构简单，坚固耐用；容
技术性能
综合经济性
使用原料
建设投资
量小；加热缓慢；床内温低，运行投度不均匀；运行负荷可在资高；综合设计负荷的20%-110%之
间变动
经济性一般
结构复杂；容量大；加热建设投资
迅速；床内温度均匀；运高，运行投行负荷只能在设计负荷的资低；综合50%-120%之间变动
经济性好
表 17 各种生物质气化发电技术的特点
规模 小型系统＜200kW 中型系统500～3000
kW 大型系统＞5000 kW
常压流化床气化、高压
气化
内燃机+蒸汽轮
汽轮机
常压流化床气化
内燃机
气化过程 固定床气化 流化床气化
发电过程 内燃机组 微型燃气轮机
主要用途 农村用电 中小企业用电 大中企业自备电站、小型上网
电站 上网电站、独立能源系统
流化床气化、双流化床机、燃气轮机+蒸
从实际应用上考虑，固定床气化炉比较适合于小型、间歇性运行的气化发电系统，它的最大优点是原料不用预处理，而且设备结构简单紧凑，
燃气中灰分含量较低，净化可以采用简单的过滤方式；但它最大的缺点是固定床不便于放大，难以实现工业化，发电成本一般较高。
各种流化床气化技术，包括鼓泡床、循环流化床、双流化床等，比较适合于气化发电工艺。流化床运行稳定，而且流化床的运行连续可调，最重要的一点是它便于放大，适于生物质气化发电系统的工业应用。当然，流化床也有两个明显的缺点，一是原料需进行预处理，使原料满足流化床与加料的要求；二是流化床气化产生的燃气中飞灰含量较高，不便于后续的燃气净化处理。它不适合于小型气化发电系统，只适合于大、中型气化发电系统。
8. 生物质气化发电的关键问题 8.1. 原料问题
由于秸秆等农业加工剩余物原料较为分散、能量密度低，并且存在明显的区域性和季节性，所以收集、运输及贮存费用是生物质成本的主要部分。另外原料预处理(干燥和破碎等)也需要设备投资。原料运输、原料储存和种类互补是决定生物质发电规模和电力生产成本的重要影响因素。由前可知，生物质气化发电成本中原料的收集、运输和预处理等费用占到了一半以上的份额，在我国现有的技术情况下，只有当原料成本低于150元/t时才具有较好的经济性。大型生物质气化发电系统相对而言具有较高的气化效率和较低的运行成本，虽然目前技术还远未成熟，只处于商业示范的阶段，但是随着运行经验的积累和技术的逐步成熟，必将成为今后生物质电力供应中的主力军。而大型生物质气化发电系统对原料的要求更高。例如对于一个70MW出力的生物质IGCC发电系统，每天所需要的生物质量非常大，每天约2000t。因此，如何有效的解决原料的收集、降低原料的成本是降低发电成本、提高生物质气化发电技术经济性和市场竞争力的一个关键