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木质生物填料/滤料


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生物质气化气的特征和市场拓展

日期:2022-09-04 18:12:29 来源:爱游戏注册平台 作者:爱游戏全站app下载

  近年来,生物质利用成为行业热门话题,生物质气化作为生物质利用的细分领域,一段时间以来更是得到了长足发展。除了生物质能利用企业,诸多城燃公司也正在或者尝试进入这一领域。

  本周四(2019年9月5日)晚8点的“天然气之夜”空中论坛,我们有幸邀请到本群资深群友,福建安然燃气有限公司原副总经理,福建中燃清洁能源有限公司原副总经理(主持工作),中广核节能公司原市场部负责人董跃进先生为我们带来“生物质气化气的特征和市场拓展”专题分享。

  董跃进:本群资深群友,福建安然燃气有限公司原副总经理,福建中燃清洁能源有限公司原副总经理,中广核节能公司原市场部负责人,在城燃行业有丰富的经验;经常在他的朋友圈、“天然气与法律”等公众号分享其对行业的独到见解。董总从中广核退休后一直从事生物质利用领域。

  生物质燃气是天然气的拾遗补漏,也是燃气公司继续生存发展的新领域、新机遇。今晚的讨论旨在抛砖引玉,共同探讨生物质气化的技术特点和市场前景,共同进步;在服务用户的前提下,为公司创利。

  各位群友、各位专家,大家晚上好!今天有幸与大家共同探讨生物质气化的特征和市场开发。图一,是广东宝杰公司的20吨气化炉,先给大家一个直观印象。本次讲解分为七部分,亦在图一列明。

  生物质能源是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源。生物质能源大致有四种利用方式,直接燃烧、压块颗粒、液化和气化国家发改委、原农业部《关于印发编制秸秆综合利用规划的指导意见的通知》【发改环资(2009)378号】指出“秸秆能源化利用技术:秸秆热解气化是以农作物秸秆、稻壳、木屑、树枝以及农村有机废弃物等为原料,在气化炉中,缺氧的情况下进行燃烧,通过控制燃烧过程,使之产生一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体作为农户的生活用能。”根据有关部委的文件精神,生物质燃气包括生物质天然气和生物质气化。一个是发酵,一个是热裂解。各有优缺点。我们主要介绍生物质气化气业务。简单说就是生物质原料在气化炉中通过高温裂解,缺氧燃烧产生可燃气体。

  生物质能源历史最悠久,来源广泛,依据来源不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。

  利用方式主要有四种:直接燃烧、颗粒压抉燃烧、液化燃料、气化燃料。气化方式又分为微生物发酵(沼气)和热裂解(气化气)。从效费比和环保角度考虑,气化气比沼气有更成熟的商业模式和投资效益。

  2、 生物质气化炉可以分为流化床和固定床,固定床主要有上吸式和下吸式。各有优缺点。比较多的是上吸式固定床。图二是几个不同类型的气化炉示意图

  (1)固定床结构简单,坚固耐用;后者结构较复杂,安装后不易移动,但占地较小,容量一般较固定床的容量大。

  (2)启动时,固定床加热比较缓慢,需较长时间达到反应温度;流化床加热迅速,可频繁起停。

  (3)固定床的运行负荷可在设计负荷的20%~110%之间变动,而流化床只能在设计负荷的50%~120%之间变化。

  (4)流化床对原料的要求较固定床低。固定床宜使用种类,形状、尺寸尽可能一致的原料;流化床使用的原料的种类、进料形状、颗粒尺寸可不一致。前者颗粒尺寸较大,太小会造成炉膛堵塞;后者颗粒尺寸必须比较小,否则无法在炉膛内流动。

  (5)固定床气化的主要产物是低热值燃气,含有少量焦油、灰分,如燃烧锅炉可以不做分离、净化处理。流化床产生的气体中焦油含量较低,但燃气中固体颗粒较固定床多。

  (6)原料在固定床中停留时间长,故碳转换效率高,一般达90%~99%。流化床出炉燃气中固体颗粒较多,造成不完全燃烧损失,碳转换效率一般只有90%左右。

  (7)环境效益固定床燃气飞灰含量低,而流化床燃气飞灰含量高。其原因是固定床中温度可高于灰熔点,从而使灰熔化成液态,从炉底排出;而流化床中温度低于灰熔点,飞灰被出气带出一部分。

  简单的说就是上吸式的最简单,下吸式产气率高、焦油少一些,横吸式是用木炭作为原料的,它的可燃气体的质量也是最好的。

  第一个生物质气化( wood gas )发生炉是德国化学家比朔夫(Ka1Gustav Christophbischof , 1792 -1870)于1839年建成的,距今已经有180年历史。我国在新中国成立初期,以及近些年某些油料紧缺的国家都使用过生物质气化气作为车船燃料。近十几年来生物质气化气经过不断研发创新,以其独特的环保和经济优势得到各级政府的积极支持,和广大用户的欢迎。仅宝杰公司就有52个生物质气化供热项目20吨以下36台、20吨13台、25吨2台30吨1台。

  广东宝杰公司这52台气化炉都是上吸式,;而且全部用于供热;供热只是生物质燃气运用的一个方面,也是主要的方面。图三是一台老汽车,它后面的桶也是气化炉。

  图四是一张德国的微型生物质气化热电联产设备。国外的生物质气化技术已经很成熟,大家对生物质气化项目要树立信心!

  各类生物质原料的热值有差异,一般木质原料热值高一些,秸秆热值低一些。图中表格取中间数值。生物质气化主要参数受原料、设备、环境影响有所不同。气化炉的原料可以是散料、颗粒和压块。一般来讲散料成本最低,但秸秆散料使用不方便。

  至此,生物质能源种类与利用方式、生物质气化的历史和现状、生物质气化相关数据,三个方面的内容就介绍完了。

  图七中间有一个净化系统,按照目前的实践,如果该系统用于供热,可燃气体在燃烧前并不做净化,而是在燃烧后做净化。

  图八是生物质燃气供热系统示意图,目前生物质燃气52%都用于供热,因此在市场开发时,应主要在供热方面下功夫。

  图九是气化炉的一些参数,在实践中经常有用户问:“占地面积多大?”现在我们可以从图表看到:15吨以下的炉,约用半亩地;15吨以上的炉,大约需要一亩地,其中包括设备的安装和原料的存放。原料不宜放在室外,以免环境会对原料的质量有影响。

  有些设备厂家还有两吨、四吨、六吨、八吨的气化炉,但十吨以下的锅炉基本就没有合同能源管理的价值,管理成本太高,最好仅卖设备。一般情况下,至少要十吨以上的气化炉做能源管理比较好,想要投资效益理想,应该做15吨20吨以上的气化炉。

  (1)2005年颁布《再生能源法》,2009年国家又修订了该法。生物质发电、供热得到国家的鼓励。

  (3)2008年国务院办公厅《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》【(2008)105号】指岀:“积极利用秸秆生物气化(沼气),热解气化、固化成型及炭化等发展生物质能。”

  (4)2017年12月国家发改委能源局印发了《关于促进生物质能供热发展的指导意见》

  (5)国家发改委、能源局《关于开展秸秆气化清洁能源利用工程建设的指导意见》

  (1)3.5公斤生物质散料气化后的热值约等于1方天然气,大概按热值计算相当于1方天然气为1.4元/方。成本最低,但审批难度大一些。

  (2)2.2 公斤颗粒气化后的热值约等于1方天然气。按实际热值计算相当于1方天然气1.95元/方。虽然成本高一些,但热值相对稳定,审批相对容易。

  (3)2.5公斤的颗粒直接燃烧,其热值大概等于1方天然气,即按热值计算相当于1方天然气约等于2.25元。虽然节省了气化设备投资,但环保低一个档次,日常燃料成本比颗粒气化高10%左右。

  各种燃料的价格和质量是波动的,但如果仅计算燃料成本,不考虑气化设备投资,生物质气化供热成本与煤炭相差不大。生物质燃料比天然气更经济、比煤更环保。

  图十二对生物质燃气的两种气体做了比较。通过比较可以看出:生物质沼气的适应性好,生物质气化气的成本低廉;各有优势和劣势。

  从同热值的投资效益上看,生物质气化气的投资效益明显大于生物质沼气提纯。某央企投资生物质燃气项目。项目预计总投资暂估为3.14亿元。项目日产3.84万方天然气,项目建成投运后,年产生物天然气约1265.6万立方米。对应生产一方天然气年固定资产投资额是25元/年生物质气化气项目。投资约300万固定资产可以为20吨的锅炉生产蒸汽,其热值相当天然气1600立方米/小时,全天等于生产天然气约3.8万立方米,年产气化气相当于1250万方天然气。对应一方天然气的固定资产投资额是0.24元/年。

  生物质气化项目的前期投入比沼气便宜,比天然气点供项目略贵。但是与天然气点供综合比较,以日供气30000方的项目为例:天然气点供固定资产投入比生物质气化项目少,但占地面积大;输出同等热量,用天然气比用生物质气化气的成本高一倍左右。综合来看:生物质燃气的投资比、消费比是最好的。

  最近天然气和液化石油气的价格下跌,比如福建LNG送到价格大约是3500元/吨,大概相当于每方2.4元左右,比管道气的门站价格还低一毛多。

  那么生物质气化气是不是就没有竞争力了?我们知道生物质气化气的优势就是价格,否则它将被挤出能源市场。我大概计算了一下:

  以900元一吨的生物质颗粒为气化原料时,气化气相当于天然气约2元左右;以生物散料为原料,相当于天然气1.45元左右。由于生物质气化气需要购买气化设备,并占用较大场地,我们再把其燃料成本增加10%,即颗粒气化相当于天然气约2.2元/方,散料气化相当于天然气1.6元/方。

  我们可以有一个底线,即天然气终端价格低于2元/方的时候,除非生物质燃料也同时下降,否则生物质气化气基本就没有价格优势了,但其依然有消纳农林废弃物的环保功能。

  董总认为:以上最有想象空间、融资能力、具有持续发展能力的是园区集中供热和热电联产,投资回报比较快、比较高的是为单一优质用户供热。农村供气供热可以做,但投资效益可能比较差。

  某企业有一台20蒸吨锅炉,一个月蒸汽用量为6000蒸吨,现企业需要煤改气,用户选择我方做合同能源管理,在不投资新锅炉的情况下,供热价格为220元/蒸吨。

  (1)燃料成本. 一吨参考价450元/吨。一吨生物质燃料可以产生3.5吨蒸汽计算,每吨蒸汽燃料费为129元/蒸吨。

  (3)人工成本.项目总计需要7人,人工工资5000元/月核算,人工成本约为6元/蒸吨。

  (1)设备投资:气化设备投资300万元(各厂家价格不同,取广东宝杰公司价格),锅炉利用原有锅炉进行技改。如需投资新锅炉的项目,则上调承包蒸汽价格,待锅炉成本回收之后蒸汽价格下调。

  (2)锅炉改造费用。20吨锅炉改造及费用约为5万元。故我方投资费用为305万元。

  以上是一个项目投资的模拟,如果能达到这些条件的,那么做生物质燃气供热项目回报率是非常好的。当然要达到这个标准条件,也不是很容易,需要在谈判中有一些博弈;但是总体来看,220元/蒸吨供热价格并不高。据了解目前在福建,广东、湖南、江苏、湖北,价格从240-280元/蒸吨都有,当然也可能更低。

  (3)通常使用客户原有锅炉进行技改,从而降低投资成本,否则要增加锅炉的投资。

  (4)如果是园区集中供热必须考虑到管道的投资和热力在输送中的损失,基本上毎公里降低一公斤,也即20度,10%左右。

  (6)如果不允许使用生物质散料,使用生物质颗粒作为气化原料则成本将增加,大概毎蒸吨增加50元。可以折中采用生物质压块替代散料和颗粒。

  董总在实践中也遇见过几个类似的问题:一是生物质燃料,价格波动比较厉害;二是有些政府、管理部门要求用生物质颗粒,这样就增加了使用成本;三是集中供热园区还达不到一定规模,前期经营亏损;第四就是蒸汽管道输送的损耗问题。

  目前生物质气化气主要用于烧锅炉,因为相对发电或烧制陶瓷等方面,烧锅炉对燃气的质量要求较低。以下图片展示了生物质燃气的应用。

  图十三,一个是应用在广东的服装企业。还有一个人是用在安徽的纸业,即造纸厂;造纸厂用量比较大,大家可以关注一下。

  图十五,一个应用于粮食的烘干,还有一个应用于铝锭的熔炼。这两方面目前运用的比较少,还有讨论和拓展的空间。

  一、生物质能源资源丰富,是未来主要的清洁能源之一。生物质燃气是生物质能源的重要组成部分,生物质燃气分为生物质天然气(沼气提纯),和生物质气化气(高温裂解)。生物质气化炉是德国人发明的,距今已经有180年的历史。

  二、生物质碎块,颗粒进入气化炉,通过高温裂解和氧化还原反应,产生可燃气体。主要成分是氢气,一氧化碳,甲烷和其它多烃类气体。热值大概1200大卡/立方米。

  1.成本优势。每吨生物质气化气在同等热值条件下大概相当于天然气1.5元/立方米,具有很强的竞争力。

  3.投资优势。在投入产出上,生物质气化气的投资强度大大低于沼气提纯项目,综合考虑也比LNG点供项目低。

  1.争取获得园区供热的特许经营权,以生物质气化气或多能互补方式,达到环保效益和经济效益的平衡。

  3.可以与园区管委会,当地优势能源企业或重点供热用户合作,共同开发市场。

  5.关注生物质气化热电联产项目。比天然气分布式能源又更大更多的政策优势和成本优势。

  1、 由于灰分和焦油,生物质气化气不适合对燃气清洁度要求高的用户,比如大部分陶瓷企业。

  总的来说,第一点:生物质燃气在同等热值情况下,相当于天然气1.5元/方。即只要天然气不低于两块钱生物质燃气都是有竞争力的;第二点:生物质燃气有一些焦油和灰份,所以目前还不能用在陶瓷企业。若用在发电企业,由于生物质燃气需要净化,因此成本会比较高。若利用燃汽轮机净化,理想情况下,费用可以控制在上0.4元甚至0.3元。第三点要注意的是:气化气中含有焦油和灰份,在长途运输时,温度变化可能会使焦油还原。这会对管道产生堵塞,所以气化气不适合长途输送,应用中,一般将气化气燃烧后通过管道输送蒸汽。

  答:这是我们与用户交流时经常遇到的问题。根据国家部委的有关文件表述,生物质气化气属于生物质燃气组成部分,但不是生物质天然气。

  其中的原因不在于气化的路线不同,而在于气体的成分差别很大。生物质气化气的可燃成分是一氧化碳,氢气和少量的烃类物质,生物质天然气主要成分是甲烷,基本与传统天然气一样。

  生物质气化气的路线是热裂解,而生物质天然气的路线是发酵。两种路线各有优缺点,生物质热裂解气投资少,产气快,但热值低,与天然气不兼容,在氧化反应时有生物质燃烧过程。生物质天然气用沼气提纯,热值高,与传统天然气兼容,但投资大,产气慢,商业化模式不成熟,离不开政府补贴。

  在国家部委的有关文件中对农林废弃物热解气化,从来没有规定必须将农林废弃物固化或颗粒化以后才能作为气化的原料。不过这个问题有时候会产生扯皮,因为2014年国家能源局520文件规定:不得直接燃用未成型的生物质散料。对于这个问题我的理解是,生物质原料在热裂解气化过程中的氧化反应是气化过程的一部分,不能等同于生物质散料的直接燃烧。尽管如此有的用户为了减图少麻烦干脆用生物质颗粒作为一名物质热裂解气化的原料,因为以在干嘛颗粒为燃料是国家鼓励的生物质能源利用的主要途径。

  有的省份将生物质热解气化表述为生物质“碳化”,因为生物质燃料热解后主要有两样东西,可燃气体和生物质炭。

  答:我们也常常讨论生物质制气生产的稳定性。我认为用生物质散料制气不太稳定,因为受到含水量和成分影响,用生物质颗粒相对来说比较好。

  答:项目推进中散料肯定比颗粒便宜,但为什么有的管理部门会说要用颗粒呢,因为国家能源局有一个520文件,这个文件里面提到,严禁直接燃烧生物质散料,所以就碰到这个问题。实际上,在国家各个文件里面,从来就没有说生物质气化必须用颗粒。在厦门审批项目的时候,厦门市环保部门也没有这个要求。我认为:厦门市作为一个环保标杆城市,它对此没有做要求,对大家来说在信心上是个鼓励。我不赞成我们去做生物质颗粒,我认为这没必要。因为专业的人做专业的事,我们只要把气化部分做好就行了。此外,作为燃气公司,我们要尽快的把园区的集中供热抓起来,不赶紧抓起来的话,将来别人用集中供热去拿特许经营权就等于把你的市场瓜分掉一块了。

  答:是的,生物质气化气热值比较低。主要由于几个问题,第一,生物质原料本身热值较低,一公斤大概只有4000大卡;第二,我们在制作生物质燃气的过程中,为了节约成本,选择用空气混合,如果用氧气混合,热值就比较高了,若用氢气混合热值更高了,甚至可以超过天然气的热值。但是成本太高,无法商业化运作。

  答:目前在审批的时候环保部门,都是按照天然气的标准来考核,生物质燃气的,所以一般来讲,如果没有达到天然气的排放标准,项目就无法通过。比如广东,就是这样。关于焦油问题,因为现在大部分用的是上吸式气化炉,焦油可以被分离出来,分离出来以后既可以雾化燃烧,也可以直接卖掉,因为焦油有一万多大卡的热值,我的印象中焦油大概2000元/吨。

  问题六:网友提供广东原来限制生物质项目的文件《广东省环境保护厅关于转发珠海市生物质成型燃料利用污染防治技术指引的通知》,《珠海市生物质成型燃料利用污染防止技术指引》。

  答:目前在广东大湾区,生物质燃气项目是比较难批的。在粤北粤西,目前还有一些项目落地。

  问题七:网友提供“天然气与法律公”众号相关文章《北美地区关于奶牛场废弃物制取的生物甲烷并入现有天然气管网的指引文件》,《以乳业废料为原料制取的生物甲烷引入现有燃气管网》。

  答:这个朋友说得很对啊,禽畜的一些粪便呢,它本身甲烷的含量是比较高的,所以有的时候大家说禽畜养得多产生温室效应,就是因为动物排放的气体里面有一半儿是甲烷。

  问题八:国家税务总局发布了《支持脱贫攻坚税收优惠政策指引》:“如果是农林废弃物发电供热增值税即征即退,秸秆等发电按90%计算所得税收入总额。”这是前两天国家税务总局发的一个文件,我觉得对我们生物质能源的发展,从税收角度给了项目一个很大的支持。

  答:大家先仔细看附图。您会发现上吸引气化炉与下吸式气化炉的下部不一样。下吸式的最底部是还原层,次底部是氧化层;而上吸式气化炉的最底部是氧化层,次底部是还原层。这样就产生一个问题:即在上吸式气化炉中,生物质在热分解层分离出来的焦油,没有经过氧化层高温的裂解转化,直接混入可燃气体。下吸式气化炉在热分解层产生的焦油要通过1200度高温的氧化层(即燃烧)发生裂解后才进入还原层,所以下吸式气化炉的气体焦油少,热值相对高。

  所谓还原层主要是二氧化碳在缺氧条件下还原为可燃气体一氧化碳,而下吸式气化炉的下行气体含有水蒸气,在还原层也与炭发生反应产生可燃的氢气和一氧化碳,故下吸式气化炉的可燃气体中氢气含量也比上吸式气化炉高。既然我们知道下吸式气化炉的气化率更高,则上吸式气化炉炉渣的含碳量比下吸式高也就顺理成章了。

  我们也不必对上吸式气化炉焦油含量高顾虑太多,因为作为锅炉的燃料,焦油含量高一点问题不大。焦油本身也是一种化工原料,热值也有一万大卡左右。

  上吸式,下吸式,横吸式三种气化炉,对原料的要求越来越高,成本为逐步提高,同时气体的质量也一个比一个好。

  不同之处:1.性质不同。前者是再生能源,后者是化石能源。2.成分不同。前者的可燃成分是一氧化碳,氢气和少量烃类,后者主要是甲烷。3.热值不同。由于前者在商业化运营中混有大量氮气故热值大概只有1200大卡/立方米,天然气的热值一般有8000多大卡/立方米。4.用途不尽相同。前者有少量焦油和灰分,单位热值较低,限制了生物质气化气的使用范围,后者更洁净,用途广泛。5.政策优惠不同。由于前者具备较强的环保功能,故在秸秆收集,项目运行,发电上网,增值税,所得税方面都有政策扶持。

  问题十一:有没有生物质碳化气的介绍?挥发份烧蒸汽,剩下的卖碳,这个才是最低成本。

  答: 有的,但要减少蒸汽产量。气碳一体这个题目大家讨论了很多,根据能量守恒的定律,要产碳,产蒸汽就肯定少了。现在气碳一体用的方法一般就是干馏。还有就是“开花炉”还是“开心炉”,我对这个还没有很认真去探讨过。

  问题十二:江苏的网友问,原材料容易获得吗?针对原材季节性和其他因素导致的不稳定性,一般是怎么考虑的呢?我们研究用散料。

  答:江苏的木质散料确实比较少。但是我发现江苏的生物质颗粒比较便宜,因为我们最近一直在江苏泰州推进园区集中供热项目。他们有的人报价一吨还不到500块,这样就跟生物质木质散料差不多了。生物质燃料价格的季节性非常大,一般来讲,上半年便宜,下半年贵。所以说如果说你有场地,可以尽量多储存一些。散料肯定好,那个因为秸秆不做颗粒或压块,在炉膛里容易产生的空腔,不好用。那目前来看,压块的成本比颗粒成本会低一些。

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