生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)淺述

摘 ?要：中國(guó)生物質(zhì)資源豐富，但利用效果不好。本文主要論述了生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)路線，希望通過(guò)實(shí)施生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)，推動(dòng)生物質(zhì)資源的有效利用，為老百姓和企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收入。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì);耦合發(fā)電

引言

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源十分豐富，各種農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈6億噸，其中可以作為能源使用的約4億多噸。全國(guó)林木總生物量約190億噸，可獲得量為9億噸，可作為能源利用的總量約為3億噸。

雖然歷年來(lái)，政府部門對(duì)燃燒農(nóng)作物秸稈明令禁止，并且作為季節(jié)性的核心工作來(lái)抓，禁燒的效果雖有，但卻是“年年禁，年年燒。”究其原因，就是沒(méi)有方便、有效的利用方式，農(nóng)作物秸稈不能及時(shí)處理，就地堆放占用耕地，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，雖然有些地方有集中存放地，但火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較大，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。

盡管國(guó)家出臺(tái)了一系列文件，提倡發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，生物質(zhì)電廠也迅猛發(fā)展，但制約發(fā)展的瓶頸也較為顯著：生物質(zhì)鍋爐參數(shù)普遍較低，基本上是中溫中壓或者次高溫次高壓，單純靠生物質(zhì)直燃技術(shù)很難將蒸汽參數(shù)提高。生物質(zhì)鍋爐容量較小，燃料供應(yīng)量、燃料特性決定了生物質(zhì)直燃鍋爐不可能做的太大。整體熱效率低，發(fā)電成本高，受到季節(jié)性影響較大，發(fā)電小時(shí)數(shù)無(wú)法保證。對(duì)耐腐蝕特殊鋼材要求較高，鍋爐受熱面所用的鋼材與超臨界機(jī)組近似，制造成本居高不下。煙氣污染物排放水平低于常規(guī)流化床，NOx排放難于實(shí)現(xiàn)超低排放，因?yàn)椴捎肧NCR或者SCR，對(duì)反應(yīng)溫度要求較高，在生物質(zhì)鍋爐中很難找到合適的溫度區(qū)段進(jìn)行脫硝裝置的布置。

基于以上的各種研究困難，生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)悄然興起，利用原有的鍋爐進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料與煤炭的耦合發(fā)電，這種技術(shù)可以大大提高機(jī)組整體熱效率，降低了發(fā)電成本，降低單位造價(jià)，節(jié)約投資，煙氣污染物可以達(dá)到超低排放水平。

1生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)種類及對(duì)比

生物質(zhì)耦合發(fā)電方式主要有3種：1、生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù);2、生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù);3、生物質(zhì)直燃耦合發(fā)電技術(shù)。

1.1生物質(zhì)氣化耦合發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)氣化發(fā)電是指生物質(zhì)在氣化爐中氣化生成可燃?xì)怏w，經(jīng)過(guò)凈化后驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)或小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。生物質(zhì)氣化是通過(guò)生物質(zhì)在高溫（800℃ ～ 900℃）下不完全氧化將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為H2、CO、CO2及CH4 等無(wú)害氣體，這些混合氣體放在一起就可以為發(fā)電裝置提供動(dòng)力。氣化爐是氣化反應(yīng)的主要設(shè)備，生物質(zhì)在氣化爐中完成了氣化反應(yīng)過(guò)程，并轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)燃?xì)狻?/p>

利用生物質(zhì)進(jìn)行氣化耦合發(fā)電主要包括三個(gè)步驟，一是將生物質(zhì)進(jìn)行氣化處理，將固體物質(zhì)在發(fā)電的過(guò)程中轉(zhuǎn)換為氣體燃料，二是對(duì)收集到的氣體進(jìn)行凈化操作，去除氣體內(nèi)富含的雜質(zhì)，三是供給發(fā)電裝置。

1.2生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)

整體生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是將生物質(zhì)氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)。它由兩大部分組成，即生物質(zhì)的氣化與凈化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。

第一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、生物質(zhì)燃?xì)鈨艋O(shè)備，第二部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。BIGCC的工藝過(guò)程如下：生物質(zhì)經(jīng)氣化成為中低熱值生物質(zhì)燃?xì)猓?jīng)過(guò)凈化，除去燃?xì)庵械姆蹓m等污染物，變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料，然后送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶鞴Γ細(xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。

大規(guī)模的氣化—燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為先進(jìn)的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，能耗比常規(guī)系統(tǒng)低，總體效率高于40%，但關(guān)鍵技術(shù)仍未成熟，尚處在示范和研究階段。

1.3生物質(zhì)直燃耦合發(fā)電技術(shù)

這種發(fā)電技術(shù)就是在原來(lái)的燃燒煤炭等礦物燃料的基礎(chǔ)上，在鍋爐中又添加了一些生物質(zhì)，將生物質(zhì)和礦物燃料共同燃燒發(fā)電。這是目前生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展路徑。它具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是發(fā)電效率高，二是當(dāng)混合燃料中生物質(zhì)的比例小于20%的時(shí)候，可以直接使用火力發(fā)電的技術(shù)、裝備，并不需要對(duì)其進(jìn)行改造。也就是說(shuō)，這種技術(shù)可以直接應(yīng)用到現(xiàn)在所有的火力發(fā)電廠，而且不會(huì)耗費(fèi)太多的成本。

我國(guó)電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃中，就要求加快燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電是當(dāng)前高效且清潔利用生物質(zhì)的技術(shù)路線。

生物質(zhì)耦合發(fā)電機(jī)組與直燃生物質(zhì)鍋爐相比，避免了因生物質(zhì)燃料短缺造成的機(jī)組停運(yùn)，提高了機(jī)組的可利用小時(shí)數(shù)。

我國(guó)首臺(tái)農(nóng)林生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電機(jī)組于2005年在山東十里泉發(fā)電廠投產(chǎn)。該廠采用了煤與生物質(zhì)（秸桿）混燃技術(shù)，改造后的鍋爐可將農(nóng)林生物質(zhì)與煤粉混燒，也可繼續(xù)單獨(dú)燃用煤粉，每年可燃用秸稈10萬(wàn)t左右。按機(jī)組年利用6000h，秸稈發(fā)電量占機(jī)組發(fā)電量20%計(jì)算，該機(jī)組可節(jié)約標(biāo)煤約57184t，年利潤(rùn)總額約139.16萬(wàn)元。

2010年徐礦電廠在300MW循環(huán)流化床機(jī)組上也進(jìn)行了生物質(zhì)直接混合燃燒試驗(yàn)，利用原上煤系統(tǒng)，在煤場(chǎng)進(jìn)行農(nóng)林生物質(zhì)與原煤的混合摻配后，通過(guò)鍋爐原給煤系統(tǒng)進(jìn)入爐膛燃燒，在農(nóng)林生物質(zhì)摻燒比重不大于20%的工況下，機(jī)組在60-100%負(fù)荷區(qū)間，運(yùn)行工況良好。

2結(jié)論

上述3種生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，生物質(zhì)直燃耦合技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）技術(shù)性能：技術(shù)成熟，原料預(yù)處理過(guò)程簡(jiǎn)單，可以適應(yīng)多種生物質(zhì)原料，擴(kuò)大了原

料的來(lái)源。

（2）環(huán)境效益：由于生物質(zhì)燃料取代部分燃煤，減少了CO2、SO2的排放，符合節(jié)能減排政策。

（3）經(jīng)濟(jì)性：初始投資少，由于利用既有大型高效發(fā)電系統(tǒng)，極大地提高了生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能的效率。

（4）靈活性：直燃耦合技術(shù)路線可以適用于不同容量等級(jí)的燃煤發(fā)電機(jī)組，可以充分利用電廠大型火力機(jī)組既有的高效發(fā)電設(shè)備，保證在任何規(guī)模下都有較高的發(fā)電效率。

農(nóng)林生物質(zhì)燃料直燃耦合技術(shù)與超臨界超低排放循環(huán)流化床技術(shù)的融合，在既有的優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，發(fā)揮超臨界機(jī)組效率高、污染物排放低、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬等特性，改造成本最低，節(jié)約初投資及運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

超臨界循環(huán)流化床鍋爐農(nóng)林生物質(zhì)燃料直燃耦合發(fā)電技術(shù)符合國(guó)家能源局《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》中應(yīng)用推廣類T11項(xiàng)，此項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，必將引領(lǐng)生物質(zhì)燃料發(fā)電的行業(yè)變革，開創(chuàng)循環(huán)流化床鍋爐農(nóng)林生物質(zhì)燃料摻燒的新領(lǐng)域，破解當(dāng)前生物質(zhì)綜合利用的難題，降低環(huán)境污染，提高可再生能源的利用效率，符合國(guó)家節(jié)能減排，降低對(duì)化石能源的依賴的要求，具有巨大的推廣價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

作者簡(jiǎn)介：劉源，江蘇徐州人，現(xiàn)任徐礦集團(tuán)新疆阿克蘇熱電公司總經(jīng)理助理，工程師職稱，研究生學(xué)歷。