中國生物質(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，希望通過實施生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)，推動生物質(zhì)資源的有效利用，為老百姓和企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟收入。

　　中國是一個農(nóng)業(yè)大國，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，政府部門對燃燒農(nóng)作物秸稈明令禁止，并且作為季節(jié)性的核心工作來抓，禁燒的效果雖有，但卻是“年年禁，年年燒。”究其原因，就是沒有方便、有效的利用方式，農(nóng)作物秸稈不能及時處理，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)險較大，對人民生命財產(chǎn)安全造成威脅。

　　盡管國家出臺了一系列文件，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)電小時數(shù)無法保證。對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排放難于實現(xiàn)超低排放，因為采用SNCR或者SCR，對反應(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)可以大大提高機組整體熱效率，降低了發(fā)電成本，降低單位造價，節(jié)約投資，煙氣污染物可以達(dá)到超低排放水平。

生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)種類及對比

　　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.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)過凈化后驅(qū)動內(nèi)燃機或小型燃?xì)廨啓C發(fā)電。生物質(zhì)氣化是通過生物質(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)電的過程中轉(zhuǎn)換為氣體燃料，二是對收集到的氣體進(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。

　　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發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。BIGCC的工藝過程如下：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的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動燃?xì)馔钙阶鞴?，燃?xì)廨啓C排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機作功。

　　大規(guī)模的氣化—燃?xì)廨啓C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。

　　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。它具有以下兩個優(yōu)點：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%的時候，可以直接使用火力發(fā)電的技術(shù)、裝備，并不需要對其進(jìn)行改造。也就是說，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，而且不會耗費太多的成本。

　　我國電力發(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)燃料短缺造成的機組停運，提高了機組的可利用小時數(shù)。

　　我國首臺農(nóng)林生物質(zhì)與煤混合燃燒發(fā)電機組于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)單獨燃用煤粉，每年可燃用秸稈10萬t左右。按機組年利用6000h，秸稈發(fā)電量占機組發(fā)電量20%計算，該機組可節(jié)約標(biāo)煤約57184t，年利潤總額約139.16萬元。

　　2010年徐礦電廠在300MW循環(huán)流化床機組上也進(jìn)行了生物質(zhì)直接混合燃燒試驗，利用原上煤系統(tǒng)，在煤場進(jìn)行農(nóng)林生物質(zhì)與原煤的混合摻配后，通過鍋爐原給煤系統(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，機組在60-100%負(fù)荷區(qū)間，運行工況良好。

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

　　(1)技術(shù)性能：技術(shù)成熟，原料預(yù)處理過程簡單，可以適應(yīng)多種生物質(zhì)原料，擴大了原料的來源。

　　(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的燃煤發(fā)電機組，可以充分利用電廠大型火力機組既有的高效發(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)計基礎(chǔ)上進(jìn)行升級優(yōu)化，發(fā)揮超臨界機組效率高、污染物排放低、燃料適應(yīng)性強、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬等特性，改造成本最低，節(jié)約初投資及運行成本，經(jīng)濟效益顯著。

　　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，此項技術(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，符合國家節(jié)能減排，降低對化石能源的依賴的要求，具有巨大的推廣價值和廣闊的應(yīng)用前景。

　　作者簡介：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。