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这种Battelle/FERCO工艺与传统的气化工艺
不同,它充分利用了生物质原料固有的高反应特性。
生物质的气化强度超过146000kg/h•帘,而其他气化系统的气化强度通常小于1000kg/h•m。
Battelle气化工艺的商业规模示范建在弗蒙特州的柏林顿McNeil电站,该项目的一期工程,用Battelle技术建造日产200吨燃料气的气化炉,在初始阶段生产的燃料气用于现有的McNeil电站锅炉。
二期工程,将安装一台燃气轮机来接受从气化炉来的高温燃气,组成联合循环。
该气化设备于1998年完成安装并投入运行。
表1Battelle示范电厂气化炉产气组分和热值
气体组分(%
热值(MJ/m3)
CO
H2
CH4
CO2
C2H4
C2H6
44.4
22
15.6
12.2
5.1
0.7
17.3
再汽轮机
纟
贞辿汽
©
占橹的户iftr
余呂调炉
塩堆机
眾
图1Battelle/FERCO工艺流程图
2.1.2瑞典VARNAMO
瑞典VARNAMOBIGC电厂是由SydkraftAB公司投建的,于1993年正式运行,是世界上首家以生物质为原料的整体气化联合循环发电厂,电
厂装机容量为6MW/供热容量为9MW整体电效率为32%(除自用电外)。
系统流程见图2。
生物质原料(主要是木屑和树皮)经过干燥粉碎后,在带有密闭阀门的上下料斗中加压后进入气化炉。
电厂采用FosterWheeler公司生产的增压CFB气化炉,操作温度为950〜1000C,压力为1.8MPa,采用空气作为气化剂,从燃气轮机的压缩机抽调10法右的空气,经二次压缩后由流化床底部布风板通入。
产气经过旋风分离器分离后,进入烟气冷却器冷却至
350〜400C,然后通过高温管式过滤器净化,净化后燃气组分和热值见表2。
净化燃气通过TYPHOON气轮机(4.2MW发电;
燃气透平排气进入余热锅炉,连同烟气冷却器一起产生蒸汽
(4MP455C),蒸汽进入汽轮机发电(1.8MW,同时供热(9MW。
VARNAMO厂从1993年开始运行,系统整体运行时间达3600h/a,验证了生物质增压气化和高温烟气净化系统的可行性,得到了一些宝贵的运行经验。
在运行中出现了冷却器的沉灰和结垢等现象,实验表明,使用MgO^床料和采用底灰再循环方式可以有效解决这些问题。
系统采用陶瓷管式过滤器,在运行1200h左右后发生机械应力破碎,在1998年改用金属管式过滤器,正常运行时间达2500h,可以有效地过滤飞灰和重焦油。
通过对燃气轮机的燃烧室、燃烧器和空气压缩机进行改造,使低热值产气
(3.4〜4.2MJ/m3)能稳定燃烧,燃气轮机能在40%〜100%的电厂负荷下稳定运行,但低负荷运行时C排放量较大(>0.02%)。
表2VARNAMO!
厂气化炉产气组分和热值
气体组分
热值
八、、|J=L-
CO(%H2(%CH4(%CO2(%N2(%苯(mg/卅)轻焦油(mg/m'
)
3
(MJ/m)
16-199.5-125.8-7.514.4-17.548-525000-63001500-2200
5.0-6.3
图2瑞典VARNAMOBIGC电厂系统流程示意图
2.1.3意大利TEF
2002年6月,意大利TERTHERMIENERGFARM
BIGC咏范电厂在Cascina建成。
该电厂生物质消
耗量为8230kg/h,发电容量为16MW发电效率为31.7%(除自用电外)。
电厂投资4100万欧元(欧盟THERMI出资34%,建设成本为2300欧元/kW。
该系统流程见图3。
电厂采用Lurgi制造的常压CFE气化炉和常温湿法烟气净化系统。
原料(短期轮作物和木屑)在微负压环境下,利用余热锅炉乏气进行干燥,空气经压缩和预热后由气化炉底部布风板进入。
产气通过空气预热器和烟气冷却器进行冷却,再通过二次旋风分离和布袋除
尘,然后在水洗塔内彻底清除焦油和其它污染物(NH3HCNHCI等)。
除尘器捕集的飞灰与灰渣一起排放,水洗塔排水经处理后排放。
净化燃气经过冷却压缩后,其组分和热值如表3所示。
燃气与经过压缩比为15.4的多级空压机压缩的空气在燃烧室内混合燃烧。
燃气轮机采用NuovoPignone的pgtIO机组,发电容量为11MW燃气轮机排气经余热锅炉回收热量,连同烟气冷却器一起产生蒸汽(5.5MPa,470C),蒸汽进入汽轮机发电(5MW。
表3TEF示范电厂气化炉产气组分和热值
CH4CnHm
N2
H2O
17
42
13
41
1
7.4
图3意大利TEF示范电厂系统流程图
2.1.4英国ARBRE
英国ARBREBIGOC厂于1999年建成,发电容量为8MWV系统整体电效率为31%电厂所用原料来自电厂周围种植的柳树和白杨树,气化炉和催化裂解炉的灰渣及处理污水所得的污泥用作树木的有机肥料。
电厂采用2台TPS常压CFB炉,一台作为气化炉,操作温度为850〜900C,另一台加入催化剂作为催化裂解炉。
燃气通过冷却器换热后,经过布袋除尘和水洗,除去焦油和其它污染物。
净化后的燃气压缩至2MP后进入燃气轮机(AlstomPower公司的TYPHOO燃气轮机)发电。
整体系统与意大利TEF示范电厂大致相同。
2.2国外生物质气化项目概括
大型生物质气化循环发电系统包括原料预处理、循环流化床气化、催化裂解净化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电等设备,适合于大规模处理农林废物。
表4给出了国外生物质气化项目的概括。
表4国外生物质气化项目概括
工程组织/项目名
工程概况
国家
原料
规模
备注
FOSTERWHEELER司,原
奥斯龙公司
常压/压力CFB气
化发电
芬兰
木片,树皮,泥煤
2t/h-27t/h
该公司的全尺寸CFB气化
炉,以MSW为原料已在瑞
典投入商业运行
THERMIE能源农场项目
BioeletticaS.P.A.
速生能源林示
范,Lurgi公司
CFBIGCC技术
意大利
木片
11.9MW
1994年开始计划组织,常压鼓空气循环床气化
VarnamoIGCC项目
(Sydkraft)
压力循环流化床
IGCC,空气气化
瑞典
废木材
6MW-9MW
第一座成功运行的生物质
IGCC电厂
BGF项目(Westinghouse,
PICHTR/IGT,DOE
压力鼓泡流化床
IGCC
美国
蔗渣,能源
林
100t/d
在1997年8月到11月期
间试运行
BIOSYN项目
氧气气化产品气
加拿大
木头
已投运
合成甲醇
BattelleColumbus双流VERMON工程BURLINGTONBattelle工艺的
电力公司
IGCC示范
200t/d
化床工艺,燃气热值
16-18MJ/Nm
IMTRANVOIMA
水蒸气干燥,注
蒸汽联合循环
高水分木柴,泥煤,
造纸废液
鼓空气压力气化,注水蒸
气联合循环
木头,农业
已有3台木柴流化床气化
JWPENEPG0RODUCT蟄司
流化床气化
废弃物,
25MW
装置分别在Oregon,
RDF
CalifomiaandMissouri
循环流化床气化
LURGIUMWELTTECHNGMBH发电、水泥、石灰窑供热
德国
RDF;
木头,树皮等
14MW
50-100MW
POWERSOURCES
INC.
不同的供热、发
电、产蒸汽商用
气化装置
木片,稻壳,造纸废液
最大达
330t/d
已有2台废木材气化器,
一台稻壳气化器投运
THERMOCHE^(MTCI)
脉动燃烧水蒸气
20t/d-50t/d
间接加热流化床气化,燃烧增加传热,典型燃气热
值9-12MJ/Nm3
PRODUCERSRICEMILLS
ENEGYSYSTEM公司
多区固定炉排气化器,产热、蒸
汽和电能
稻壳,秸秆,树皮,
10-1000t/d
在美国,澳大利亚,马来
西亚和哥斯达黎加有18套系统投运
SUR-LITECORP.
流化床气化,产煤气和蒸汽
木片,秸秆,稻壳等
120t/d
已有4-5个商业运行装置
TPSTERMISKAPROCESSOR流化床气化器
AB(原STUDSVIK公司)(IGCC)
木柴,树皮,泥煤,秸秆,RDF
最大50MW
其技术已应用于许多大型
气化系统
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