生物質直燃發(fā)電的研究現狀及發(fā)展前景

羅冰 秦虹 田嫚 楊敬杰

摘 要：從多角度介紹了生物質直燃發(fā)電的機理，概括和總結了不同種類生物質直燃發(fā)電的工藝和現狀，指出生物質發(fā)電所存在的問題，并提出有關產業(yè)的前景分析，根據相關問題，尋求其高效可持續(xù)發(fā)展的方法。

關鍵詞：生物質；直燃技術；流化床；垃圾焚燒；清潔能源

引言

生物質能是重要的可再生能源，也是唯一能夠連續(xù)生產，規(guī)?？煽?、可儲存、可運輸的全能性能源。生物質作為火的載體，以生物質為燃料的直接燃燒技術是最原始、最實用的利用方式，生物質直燃發(fā)電成為大規(guī)模利用的主要形式之一。發(fā)改委發(fā)布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》和國家能源局《生物質能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中明確指出，到2015年生物質發(fā)電裝機容量達到1300萬kW，力爭到2020年生物質發(fā)電裝機容量達到3000萬kW的發(fā)展目標。

受國際國內關于生物質發(fā)電發(fā)展趨勢影響，投資主體紛紛投入到生物質直接燃燒發(fā)電行業(yè)，對其抱有極大預期和熱情。我國可開發(fā)生物質能資源豐富，生物質直燃發(fā)電技術的推廣與應用順應我國能源利用多元化和綠色低碳經濟可持續(xù)發(fā)展的需求。目前，關于生物質直燃發(fā)電的現狀與發(fā)展趨勢研究較多：王文總結了生物質直燃發(fā)電遇到的部分問題，給出了生物質直燃發(fā)電的發(fā)展趨勢；李昕蔚在介紹生物質能源和生物質直燃發(fā)電的基礎上，站在國能生物發(fā)電的角度，指出生物質直燃發(fā)電“功在當代、利于千秋”；楊圣春圍繞安徽省生物質電站的現狀及存在的問題提出了完善的調控及價格補貼政策。但相關工藝、有針對性的存在問題及相關建議鮮有報道。

本文從秸稈汽化直燃技術、林業(yè)流化床燃燒技術，以及垃圾直燃工藝多方面介紹生物質直燃發(fā)電的機理、發(fā)展工藝，提出了生物質直燃發(fā)電存在的問題和建議，指明了生物質直燃發(fā)電的可觀前景。對于推動我國生物質能源利用規(guī)?；?、高效利用、清潔利用具有重大的作用。

1生物質直燃發(fā)電的機理

本文從三方面對生物質進行直接燃燒加工處理，使其進行燃燒發(fā)電，能源結構多樣化。三種燃燒發(fā)電工藝的從原料成分不同，以及不同的處理方式加工，但都對煙氣、污水，及固體殘渣進行處理回收，防止對環(huán)境造成污染。氣化發(fā)電以氣化反應產生可燃氣體進行發(fā)電；層燃和懸浮燃燒是常見的燃燒方式，而流化床鍋爐燃燒介于二者之間，與煤燃燒有異曲同工之妙；而垃圾燃燒以固體廢棄物直接燃燒為主，進行負壓處理，最終從不同方面對生物質進行利用，推動能源產業(yè)發(fā)展。

2生物質直燃發(fā)展工藝

2.1農業(yè)直燃發(fā)電（秸稈）的工藝

生物質氣化發(fā)電技術是生物質能高效潔凈利用的重要方式之一，如圖1所示。經預處理過的生物質原料，如秸稈、稻草、稻殼、甘蔗渣等由進料裝置在氣化爐內生氣化反應生成可燃氣體，再經過除塵除焦凈化后，被送至燃氣發(fā)電機進行發(fā)電。

在中型氣化發(fā)電技術的基礎上，利用高壓氣化、燃氣輪機技術和高溫除塵技術，可發(fā)展為氣化-燃氣輪機聯合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，并大規(guī)模加以運用，能耗比常規(guī)系統(tǒng)更低，總體效率可>40%，但關鍵技術仍未成熟，尚處在示范和研究階段。

2.2林業(yè)廢棄物直接燃燒發(fā)電的工藝

流化床鍋爐工藝是目前能夠與林業(yè)廢棄物直接燃燒發(fā)電匹配較好的一項工藝。層燃和懸浮燃燒是常見的燃燒方式，而流化床鍋爐燃燒介于二者之間。高速氣流通過流化床底部的空氣分布板使流化煤體吹起，氣流速度控制在剛剛能夠是顆粒懸浮，并且不被吹走。質量大的在床底部干燥、分解、燃燒，質量輕的被氣流帶到床上部繼續(xù)燃燒。為了提高燃燒效率，使用旋風分離器使飛出的顆粒重新回到底部繼續(xù)燃燒，而煙氣則被排出去。通過流化床燃燒過后，就和原煤燃燒發(fā)電工藝相差無幾。

2.3垃圾的焚燒和發(fā)電利用工藝

垃圾是大家日常生活中必然會產生的物質，大部分是固體、液體。由于它們的生產量大，成分很復雜，且大部分都具有污染性和難聞的氣味，所以我們需要將他們無量化、資源化、減量化和社會化，來保護我們的自然環(huán)境。如果不妥善處理，將會造成環(huán)境污染、資源浪費、甚至會危害大家人生的健康。生物質資源化的利用目前是全球的熱門課題之一，我們的世界政府正在高度重視這一技術。

垃圾有很多我們大家都知道的危害。有各種重金屬垃圾和化學廢品垃圾是極其危險的，處理不當會危害人體。另外還有一些難降解的垃圾，好比塑料袋，會構成白色污染。還有城市中的家庭廢水和工業(yè)上的工業(yè)廢水。目前垃圾生物質資源化是一個全球熱門重點話題，對于這個課題，垃圾生物質發(fā)電也就很重要了。

具體過程：在垃圾稱重之后，將垃圾卸到垃圾儲存坑中，然后垃圾在坑內發(fā)酵脫水后，由吊車將垃圾送人給料器，并進人焚燒爐內進行焚燒。送風機從垃圾儲存坑中吸入空氣使坑中保持負壓，避免臭氣外漏。燃燒產生的熱量和煙氣經過預熱鍋爐進行能量回收，產生的蒸汽推動汽輪機發(fā)電；鍋爐出來的煙氣經煙氣處理系統(tǒng)除塵除酸后排人大氣；除塵設備收集的飛灰和灰渣由廠處理。

3存在問題及發(fā)展建議

生物質能發(fā)電產業(yè)剛剛起步，難免存在許多的問題，這是所有新興產業(yè)發(fā)展的必然階段。其中農業(yè)生物質能直燃發(fā)電主要存在的問題有：

（1）工藝技術不成熟。我國生物質供應鏈雖不長，但涉及的板塊也不少。對于生物質垃圾發(fā)電技術，我們的國家發(fā)展時間并不長，而且不像太陽能發(fā)電和煤發(fā)電那么為人們所知。且對于中國的教育來說，這種技術對很多人來說都是很陌生的人，就更不用說要人們理解對他的發(fā)電技術。

（2）能源利用率低下。由于工藝的不成熟，導致能源利用率底下。農業(yè)廢料不能充分的利用，剩余物較多，使得資源嚴重浪費，造成污染。垃圾如何合理的搜集和我們應該形成垃圾分類的自主思想。在發(fā)達國家和發(fā)展中國家，各國的垃圾焚燒利用率是不同的，且發(fā)達國家大部分否有垃圾自主分類的意識，但是發(fā)展中國家在此方面的意識就很薄弱，合理分配垃圾后才能合理的集中焚燒垃圾。城市的發(fā)展和人口的增加，帶來了城市垃圾也在日積月累的增加，如果我們不能合理的分配垃圾，這將對我們的生活帶來比較大的危害。

（3）原料分散，收集成本高。我國農業(yè)生產分布較分散，使得原料收集困難。且農民對于生物質能發(fā)電不了解，導致很多人寧可放田里腐爛，也不愿意出售，廠家只能提高價格收購。

（4）原料尺寸不一。由于林業(yè)廢棄物主要包括一些浪費的木料、木屑、以及木材的枝干、樹葉。這些原材料有大有小，有粗有細，在進行流化床直接燃燒之前就需要很多的準備。原材料尺寸的大小是一個很重要的標準，因此需要對大型的廢木料、枝干進行干燥、粉碎等一系列的操作工藝，對粉末狀的木屑或者樹葉等，則需要添加石英砂來維持正常的燃燒。燃燒完以后的飛灰相對于原煤燃燒的飛灰來說較硬，鍋爐的受熱面容易磨損，加入了石英砂的灰渣也很難再綜合利用。

針對相關問題，給出如下相關建議：

（1）綜合利用生物質資源，提高發(fā)電經濟效益。在電廠選址時盡量選址應充分考慮多種資源的選擇和利用。比如大型農場附近，原料資源豐富且便于收集。同時運輸成本也低。多方面拓寬電站的燃料種類，現在主要以秸稈為主，可嘗試回收如玉米芯，玉米外皮等廢棄物，掌握更多更廣的燃料供應途徑。同時流化床技術能夠使林業(yè)廢棄物維持在850℃穩(wěn)定的燃燒，為發(fā)電提供一個穩(wěn)定的熱源。但是較高的流化床床溫，使得整個工藝的耗電量較大，運行成本相對偏高。

（2）因地制宜，資源分類處理。因為垃圾焚燒后產生的能源很多樣，所以目前焚燒是目前最要的方法。但是其中涉及很多的問題，垃圾如何合理的搜集和我們應該形成垃圾分類的自主思想。在發(fā)達國家和發(fā)展中國家，各國的垃圾焚燒利用率是不同的，且發(fā)達國家大部分否有垃圾自主分類的意識，但是發(fā)展中國家在此方面的意識就很薄弱，合理分配垃圾后才能合理的集中焚燒垃圾。在收集垃圾中，很多垃圾是不能再一起焚燒的，有的焚燒后有劇毒，有點只能人工降解，所以合理進行垃圾分類及其分類燃燒是及其重要的，以此來提高垃圾焚燒利用率。

（3）加大自主研發(fā)力度。生物質供應鏈雖不長，但涉及的板塊也不少。如何構建起一個高效的循環(huán)運行產業(yè)鏈，通過技術升級促產品體系升級，促行業(yè)發(fā)展升級，是當下需要關注的問題，也是其巨大市場潛力噴薄的基礎。發(fā)展自主的農業(yè)生物質直燃發(fā)電技術，使之與我國的實際情況相適應。使得設備成本也較引用國外技術設備成本降低。為我國生物質燃燒發(fā)電做出巨大貢獻。

（4）完善相應政策支持，提高相關企業(yè)的盈利能力。一是制定生物質能發(fā)電相關補貼措施。如：設備維護補貼，環(huán)境保護補貼。二是落實財稅優(yōu)惠政策可考慮比照現行發(fā)電實行增值稅即征即退的政策。三是原料補貼，由于現行原料收集成本過高，實行原料補貼可降低企業(yè)的運行成本，緩解企業(yè)盈利壓力。使企業(yè)能夠長久發(fā)展。

4 生物質直燃發(fā)電發(fā)展前景

（1）生物質發(fā)電是國際清潔能源發(fā)展的趨勢。發(fā)達國家的直燃發(fā)電技術成熟，北歐的印度、巴西和東南亞的一些發(fā)展中國家也積極研發(fā)或者引進技術建設生物質發(fā)電項目。其符合清潔生產大趨勢，切中了全國治氣、治土、治水的環(huán)境保護主題，也獲得了國家和地方的大力支持。以綠色環(huán)保為核心，以節(jié)能減排為向導，生物質能產業(yè)兼具商品屬性和環(huán)保屬性，前路可期。

（2）針對我國生物質能源的現狀，燃燒發(fā)電是大規(guī)模利用的主要形式之一。不僅解決了廢棄木料隨處堆放的問題，還浪費了清潔能源。收購原料在發(fā)展新能源的同時又是對農民進行了有效的幫扶，有助于解決貧困問題。由于加工工藝成本較高，使得多數發(fā)電廠出現嚴重的虧損，國家應加大對于生物質發(fā)電的扶持。生物質發(fā)電行業(yè)：乙醇汽油、生物質炭等等，其符合清潔能源的價值觀，對應了國家出臺的要保護環(huán)境的政策，也獲得了當地政府的大力支持。以綠色環(huán)保為焦點，以節(jié)能減排為領導，生物質能的期望很高。

（3）大力發(fā)展生物質燃燒技術有助于減少溫室效應，優(yōu)化我國能源利用結構，維持可持續(xù)發(fā)展有較大意義。雖然和歐美等發(fā)達國家相比各個層面仍有較大的差距。國內多數生物質能發(fā)電廠仍然以直接引入國外技術為主。同時，我國是農林業(yè)大國，生物質原料主要是農作物秸稈，廢棄木料、木屑、枝干、樹葉等。而國外生物質原料以林業(yè)廢棄物為主，與我國國情不符。國外引進的技術適用性不強。因此，因地制宜發(fā)展具有自主知識產權并符合我國國情的高效生物質燃燒技術將是我國現階段生物質能燃燒發(fā)電的主要方向。

結論

隨著人類對清潔能源的質量與種類需求增加，發(fā)展生物質發(fā)電技術是能源利用的迫切任務，其對低碳減排和環(huán)境保護也具有戰(zhàn)略性意義。無論是在技術層面還是現實應用層面，我國生物質直燃發(fā)電與發(fā)達國家比擬都具備較大差距。因此研究經濟高效的燃燒和優(yōu)化技術以及促進建立生物質燃料收集、預處理和配送體系是急待解決的問題。生物質具有可再生性、環(huán)境友好性，并且可以儲存，所以大力發(fā)展生質能利用及燃燒發(fā)電技術前景良好且意義重大。

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作者簡介：

羅冰（1987-），女，四川蒼溪人，講師，博士研究生，主要從事固廢資源化利用研究.發(fā)表論文10余篇.

*基金項目：學科團隊建設項目（2019XKJS03）.