生物质燃烧技术现状与展望

4生物质与煤混烧技术

生物质由于其能量密度低，形状不规则，空隙率高，热值低，不利于长距离运输，且易导致锅炉炉前热值变化大，燃烧不稳定;同时，由于生物质燃料供应受到季节性和区域性影响，难以保证连续、稳定的供应，因此，一般的生物质纯烧锅炉很难保证其效率和经济性。采用生物质与煤混烧技术能够克服生物质原料供应波动的影响，在原料供应充足时进行混燃，在原料供应不足时单烧煤。利用大型电厂混燃发电，无需或只需对设备进行很小的改造，就能够利用大型电厂的规模经济，热效率高，在现阶段是一种低成本、低风险的可再生能源利用方式，不但有效弥补了化石燃料的短缺，减少了传统污染物(SO2，NOx等)和温室气体(CO2，CH4等)的排放，保护了生态环境，而且促进了生物质燃料市场的形成，克服了纯烧生物质锅炉的缺点，发展了区域经济，提供了就业机会。在许多国家，混合燃烧是完成CO2减排任务最经济的技术选择。

国外的生物质与煤混合燃烧技术已进入到商业示范阶段，在美国和欧盟等发达国家已建成一定数量生物质与煤混合燃烧发电示范工程，电站装机容量通常在50~700MW之间，少数系统在5~50MW之间，燃料包括农作物秸秆、废木材、城市固体废物以及淤泥等。混合燃烧的主要设备是煤粉炉，亦有发电厂使用层燃炉和采用流化床技术;另外，将固体废物(如生活垃圾或废旧木材等)放入水泥窑中焚烧也是一种生物质混合燃烧技术，并已得到应用。以荷兰Gelderland电厂为例，它是欧洲在大容量锅炉中进行混合燃烧最重要的示范项目之一，以废木材为燃料，锅炉机组选用635MW煤粉炉，木材燃烧系统独立于燃煤系统，对锅炉运行状态没有影响。该系统于1995年投入运行，现已商业化运行，每年平均消耗约6万t木材(干重)，相当于锅炉热量输入的3%~4%，替代燃煤约4.5万，t输出电力20MW，为未来混合燃烧项目提供了直接经验。

我国生物质混合燃烧技术的研究起步较晚，目前还缺乏先进的技术和设备。同时，由于生物质与煤混烧难以计量和管理，使得国家在相关政策方面支持不够，国家鼓励对常规火电项目进行掺烧生物质的技术改造，但是当生物质掺烧量按照热值换算低于80%时，应按照常规火电项目进行管理，并不享受政策优惠，这在很大程度上限制了我国生物质混烧技术的发展，相关方面的研究和应用也不多。

华中科技大学对生物质与煤的混烧特性及污染物排放特性进行了广泛深入的研究，发展了生物质与煤的流化床燃烧技术，开发了各种木屑、蔗渣与煤的混烧锅炉，其中在广西露塘糖厂进行的35t/h蔗渣与煤混烧的循环流化床锅炉改造已经获得了成功的工业应用，取得了良好的运行效果。2005年12月，山东枣庄十里泉秸秆与煤粉混烧发电厂竣工投产，引进了丹麦BWE公司的技术与设备，对发电厂1台14kW机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造，预计年消耗秸秆10.5万，t可替代原煤约7156万t。

5生物质燃烧发电概况

生物质直燃发电技术由于成本低，利用量大，一直被世界各国所重视。生物质燃料的运输成本高，同时季节性和区域性强，为了克服生物质燃料供应波动的影响，大型电厂一般都采用混燃发电技术。同时为了提高生物质电厂的经济性和热效率，现在欧美一些国家都基本使用热电联合生产技术(CHP)，锅炉设计基本全部采用流化床技术。CHP工艺中发电效率在30%~40%，但是它有80%的潜力可控。瑞典和丹麦实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质在提供高品位电能的同时，满足供热的需求。丹麦政府已明令电力行业必须每年焚烧140万吨生物质，一般是在流化床炉上混烧或在炉排炉上全烧稻杆。英国Fibrowatt电站的3台额定负荷为12.7MW、13.5MW和38.5MW的锅炉，每年直接使用750000t的家禽粪，发电量足够100000个家庭使用;并且禽粪经燃烧后重量减轻90%，便于运输，作为一种肥料在全英、中东及远东地区销售。美国的生物质燃烧发电工作比较先进，相关的生物质发电站有350多座，发电装机总容量达700MW，提供了大约6.6万个工作岗位，据有关科学家估计，到2010年生物质发电将达到13000MW装机容量，可安排17多万就业人员。2002年日本提出计划到2010年生物质能发电达330MW。

在我国，直燃生物质发电技术主要在有稳定生物质原料来源的制糖厂和林木加工企业使用较多。最近几年来，我国生物质发电产业得到了迅猛发展。截至2007年底，国家和各省发改委已核准项目87个，总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个，在建项目30多个。根据国家"十一五"规划纲要提出的发展目标，未来将建设生物质发电550万千瓦装机容量，已公布的可再生能源中长期发展规划6也确定了到2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标。总的说来，我国生物质能发电行业有着广阔的发展前景。

6生物质燃烧利用存在的问题

6.1生物质的收集、储运与预处理

生物质的收集、储运与预处理一直是生物质能利用技术发展的瓶颈。由于秸秆等农业加工剩余物原料较为分散、能量密度低，并且存在明显的区域性和季节性，所以收集、运输及贮存费用是生物质成本的主要部分。同时，由于生物质原料的纤维结构，其预处理困难，成本较高。目前秸秆发电所需的打包机、切碎机以及其他上料设备，产品质量差，生产能力小，亟需按照生物质发电的实际情况进行改进，以满足生物质电厂燃料供应的要求。随着生物质发电技术在我国的推广应用，近年来，一些地方生物质发电厂的密集程度越来越大，已出现无序建设的苗头。加之农业、畜牧业、造纸和家具建材等行业对原料的争夺，生物质燃烧发电厂的原料供应难以保证。同时，新建电厂的锅炉容量盲目求大，并没考虑到生物质原料的特点和经济规模。在建设生物质发电项目时，应充分发挥当地的优势，合理规划和布局，防止盲目布点，根据当地生物质资源的储量和分布特点，确定经济收集半径，据此选择合适的生物质燃烧电厂的规模，并配套合理的生物质收集、储运和预处理，保证原料的稳定供应，提高系统的经济性。

6.2碱金属引起的积灰、结渣和腐蚀

生物质中高的碱金属含量(K，Na)导致生物质的灰熔点较低，给燃烧过程带来许多问题。在燃烧利用过程中，高的碱金属含量是引起锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的重要因素，会直接造成锅炉寿命和热效率降低等;同时高的碱金属含量还易引起床料的聚团、结渣破坏床内的流化，使燃烧工况恶化。