羅冰 秦虹 田嫚 楊敬杰

摘 要：從多角度介紹了生物質(zhì)直燃發(fā)電的機理，概括和總結(jié)了不同種類生物質(zhì)直燃發(fā)電的工藝和現(xiàn)狀，指出生物質(zhì)發(fā)電所存在的問題，并提出有關(guān)產(chǎn)業(yè)的前景分析，根據(jù)相關(guān)問題，尋求其高效可持續(xù)發(fā)展的方法。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；直燃技術(shù)；流化床；垃圾焚燒；清潔能源

引言

生物質(zhì)能是重要的可再生能源，也是唯一能夠連續(xù)生產(chǎn)，規(guī)?？煽亍⒖蓛Υ?、可運輸?shù)娜苄阅茉?。生物質(zhì)作為火的載體，以生物質(zhì)為燃料的直接燃燒技術(shù)是最原始、最實用的利用方式，生物質(zhì)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(zhì)能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中明確指出，到2015年生物質(zhì)發(fā)電裝機容量達到1300萬kW，力爭到2020年生物質(zhì)發(fā)電裝機容量達到3000萬kW的發(fā)展目標。

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

本文從秸稈汽化直燃技術(shù)、林業(yè)流化床燃燒技術(shù)，以及垃圾直燃工藝多方面介紹生物質(zhì)直燃發(fā)電的機理、發(fā)展工藝，提出了生物質(zhì)直燃發(fā)電存在的問題和建議，指明了生物質(zhì)直燃發(fā)電的可觀前景。對于推動我國生物質(zhì)能源利用規(guī)?；⒏咝Ю?、清潔利用具有重大的作用。

1生物質(zhì)直燃發(fā)電的機理

本文從三方面對生物質(zhì)進行直接燃燒加工處理，使其進行燃燒發(fā)電，能源結(jié)構(gòu)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(yīng)產(chǎn)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(zhì)進行利用，推動能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2生物質(zhì)直燃發(fā)展工藝

2.1農(nóng)業(yè)直燃發(fā)電（秸稈）的工藝

生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)能高效潔凈利用的重要方式之一，如圖1所示。經(jīng)預(yù)處理過的生物質(zhì)原料，如秸稈、稻草、稻殼、甘蔗渣等由進料裝置在氣化爐內(nèi)生氣化反應(yīng)生成可燃氣體，再經(jīng)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(shù)的基礎(chǔ)上，利用高壓氣化、燃氣輪機技術(shù)和高溫除塵技術(shù)，可發(fā)展為氣化-燃氣輪機聯(lián)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(guān)鍵技術(shù)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(zhì)量大的在床底部干燥、分解、燃燒，質(zhì)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(fēng)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(chǎn)生的物質(zhì)，大部分是固體、液體。由于它們的生產(chǎn)量大，成分很復(fù)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?xí)：Υ蠹胰松慕】怠Ｉ镔|(zhì)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(shù)。

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(xué)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(gòu)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(zhì)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(zhì)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(nèi)發(fā)酵脫水后，由吊車將垃圾送人給料器，并進人焚燒爐內(nèi)進行焚燒。送風(fēng)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(chǎn)生的熱量和煙氣經(jīng)過預(yù)熱鍋爐進行能量回收，產(chǎn)生的蒸汽推動汽輪機發(fā)電；鍋爐出來的煙氣經(jīng)煙氣處理系統(tǒng)除塵除酸后排人大氣；除塵設(shè)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(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)剛剛起步，難免存在許多的問題，這是所有新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然階段。其中農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能直燃發(fā)電主要存在的問題有：

（1）工藝技術(shù)不成熟。我國生物質(zhì)供應(yīng)鏈雖不長，但涉及的板塊也不少。對于生物質(zhì)垃圾發(fā)電技術(shù)，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(shù)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(shù)。

（2）能源利用率低下。由于工藝的不成熟，導(dǎo)致能源利用率底下。農(nóng)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(yīng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)分布較分散，使得原料收集困難。且農(nóng)民對于生物質(zhì)能發(fā)電不了解，導(dǎo)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(guān)問題，給出如下相關(guān)建議：

（1）綜合利用生物質(zhì)資源，提高發(fā)電經(jīng)濟效益。在電廠選址時盡量選址應(yīng)充分考慮多種資源的選擇和利用。比如大型農(nóng)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(xiàn)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(yīng)途徑。同時流化床技術(shù)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(chǎn)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(yīng)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(zhì)供應(yīng)鏈雖不長，但涉及的板塊也不少。如何構(gòu)建起一個高效的循環(huán)運行產(chǎn)業(yè)鏈，通過技術(shù)升級促產(chǎn)品體系升級，促行業(yè)發(fā)展升級，是當下需要關(guān)注的問題，也是其巨大市場潛力噴薄的基礎(chǔ)。發(fā)展自主的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)，使之與我國的實際情況相適應(yīng)。使得設(shè)備成本也較引用國外技術(shù)設(shè)備成本降低。為我國生物質(zhì)燃燒發(fā)電做出巨大貢獻。

（4）完善相應(yīng)政策支持，提高相關(guān)企業(yè)的盈利能力。一是制定生物質(zhì)能發(fā)電相關(guān)補貼措施。如：設(shè)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(xiàn)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(xiàn)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(zhì)直燃發(fā)電發(fā)展前景

（1）生物質(zhì)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(shù)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(shù)建設(shè)生物質(zhì)發(fā)電項目。其符合清潔生產(chǎn)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?qū)В镔|(zhì)能產(chǎn)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(zhì)能源的現(xiàn)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(nóng)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(shù)發(fā)電廠出現(xiàn)嚴重的虧損，國家應(yīng)加大對于生物質(zhì)發(fā)電的扶持。生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)：乙醇汽油、生物質(zhì)炭等等，其符合清潔能源的價值觀，對應(yīng)了國家出臺的要保護環(huán)境的政策，也獲得了當?shù)卣拇罅χС?。以綠色環(huán)保為焦點，以節(jié)能減排為領(lǐng)導(dǎo)，生物質(zhì)能的期望很高。

（3）大力發(fā)展生物質(zhì)燃燒技術(shù)有助于減少溫室效應(yīng)，優(yōu)化我國能源利用結(jié)構(gòu)，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(nèi)多數(shù)生物質(zhì)能發(fā)電廠仍然以直接引入國外技術(shù)為主。同時，我國是農(nóng)林業(yè)大國，生物質(zhì)原料主要是農(nóng)作物秸稈，廢棄木料、木屑、枝干、樹葉等。而國外生物質(zhì)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(shù)適用性不強。因此，因地制宜發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)并符合我國國情的高效生物質(zhì)燃燒技術(shù)將是我國現(xiàn)階段生物質(zhì)能燃燒發(fā)電的主要方向。

結(jié)論

隨著人類對清潔能源的質(zhì)量與種類需求增加，發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是能源利用的迫切任務(wù)，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(shù)層面還是現(xiàn)實應(yīng)用層面，我國生物質(zhì)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(jīng)濟高效的燃燒和優(yōu)化技術(shù)以及促進建立生物質(zhì)燃料收集、預(yù)處理和配送體系是急待解決的問題。生物質(zhì)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(zhì)能利用及燃燒發(fā)電技術(shù)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(xué)科團隊建設(shè)項目（2019XKJS03）.