生物質(zhì)能是唯一可儲(chǔ)存的可再生能源，其利用過程環(huán)境友好，且可替代化石能源減排C02，因而是一種頗具產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化利用前景的可再生能源，對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化意義重大。發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電，是構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔、安全能源供應(yīng)體系，突破經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展資源環(huán)境制約的重要途徑。廣西生物質(zhì)能資源非常豐富，可作為電廠燃料的生物質(zhì)資源種類很多既有收購(gòu)期長(zhǎng)達(dá)半年的甘蔗葉等一年一收的農(nóng)作物秸稈，也有稻稈等一年兩季的農(nóng)作物秸稈。除部分用于造紙和畜牧飼料外，剩余部分都可做燃料使用。廣西區(qū)內(nèi)現(xiàn)有森林面積約1. 51×10
5krn2，森林覆蓋率64%，每年通過正常的灌木平茬復(fù)壯、森林撫育間伐、果樹綠籬修剪以及收集森林采伐、造材、加工剩余物等方式，可獲得數(shù)量可觀的生物質(zhì)資源量。此外，區(qū)內(nèi)還有1. 73×104km2速豐林，位居全國(guó)第一位，這些得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)，都是廣西發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)。
1、生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電利用技術(shù)
生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電就是將生物質(zhì)直接作為燃料進(jìn)行燃燒，用于發(fā)電或者熱電聯(lián)產(chǎn)。生物質(zhì)直接燃燒具有以下特點(diǎn)：
①生物質(zhì)燃燒所放出的CO2大體相當(dāng)于其生成時(shí)通過光合作用所吸收的CO2，因此可以認(rèn)為是CO2的零排放，有助于緩解溫室效應(yīng)。
②生物質(zhì)的燃燒產(chǎn)物用途廣泛，灰渣可以綜合利用。
③生物質(zhì)燃料可與礦物質(zhì)燃料混合燃燒，既可以減少運(yùn)行成本，提高燃燒效率，又可以降低S02，Nox等有害氣體的排放濃度。
④采用生物質(zhì)燃燒設(shè)備可以快速實(shí)現(xiàn)各種生物質(zhì)資源的大規(guī)模減量化、無(wú)害化、資源化利用，而且成本較低，因而生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和開發(fā)潛力。
1.1單燃生物直燃技術(shù)
在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家主要燃燒的生物質(zhì)是木本植物，在我國(guó)，由于特殊的國(guó)情使得我們用于燃燒的物質(zhì)基本局限于秸稈等草本類植物。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)秸稈的燃燒機(jī)理進(jìn)行的研究，秸稈等生物質(zhì)與常規(guī)燃料的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)：
①與常規(guī)燃料相比，秸稈的含水量較大，約20%，是常規(guī)燃料含水量的8～10倍。因此，在相同鍋爐出力的情況下，其煙氣量約是常規(guī)燃料鍋爐的1.5～2倍。在鍋爐受熱面布置時(shí)，要充分考慮這一情況。
②與大多數(shù)生物質(zhì)燃料一樣，秸稈的堆積密度較小。秸稈投入爐內(nèi)燃燒時(shí)，先落在爐床上，隨著水分蒸發(fā)，開始漂浮在爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。因此，在這類鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮到燃燒室的體積要大一些，使得燃料在爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，得以完全燃盡。
③從燃料的燃燒過程來(lái)看，大多數(shù)秸稈（除甘蔗渣外）在干燥后，揮發(fā)分快速脫離母體迅猛燃燒，揮發(fā)份不附著在秸稈表面燃燒，這與煤的燃燒機(jī)理是完全不同的。
④逸出揮發(fā)分后的秸稈變黑稱為焦炭
粒子呈暗紅色，未見明顯的火焰，而且在爐膛高溫火焰的輻射下，緩慢地燃燒，燃盡時(shí)間也較長(zhǎng)。
1.1.1層燃爐燃燒技術(shù)
層燃爐燃燒技術(shù)主要以爐排爐為代表，燃料在固定或者移動(dòng)的爐排上實(shí)現(xiàn)燃燒，燃燒所需的空氣從下方透過爐排供應(yīng)上部的燃料，燃料處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，燃料入爐后的燃燒時(shí)間可由爐排的移動(dòng)或者振動(dòng)來(lái)控制，以灰渣落入爐排下或者爐排后端的灰坑為結(jié)束。圖1是由丹麥公司設(shè)計(jì)，在西班牙桑古艾薩投入商業(yè)運(yùn)行的典型的裝配有秸稈粉碎機(jī)的活動(dòng)爐排爐。
1.1.2循環(huán)流化床燃燒技術(shù)
循環(huán)流化床鍋爐獨(dú)特的流體動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)使其具備很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如低溫燃燒特性和爐膛溫度均勻；物料循環(huán)和良好的爐內(nèi)反應(yīng)條件；循環(huán)流化床爐膛內(nèi)強(qiáng)烈的顆粒運(yùn)動(dòng)；良好的燃料適應(yīng)性。與爐排燃燒技術(shù)相比，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具有布風(fēng)均勻、燃料與空氣接觸混合良好、SOx及NNX排放少等優(yōu)點(diǎn)，更適合燃燒水分過高，低熱值的秸稈。同時(shí)，爐內(nèi)溫度控制和機(jī)組負(fù)荷控制上也具有一定的優(yōu)勢(shì)。
瑞典、丹麥、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在流化床燃用生物質(zhì)燃料技術(shù)方面具有較高的水平。美國(guó)愛達(dá)荷能源產(chǎn)品公司已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)出燃生物質(zhì)流化床鍋爐，鍋爐蒸汽出力為4.5～50t/h，供熱鍋爐出力為36. 67MW;美國(guó)CE公司利用魯奇技術(shù)研制的大型燃廢木循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐出力為100 t/h，蒸汽壓力為8.7 MPa;美國(guó)B&W公司制造的燃木柴流化床鍋爐也于20世紀(jì)80年代至90年代初投入商業(yè)運(yùn)行。此外，瑞典以樹枝、樹葉等林業(yè)廢棄物作為大型流化床鍋爐的燃料加以利用，鍋爐熱效率可達(dá)到80%；瑞典和丹麥正在實(shí)行利用生物質(zhì)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的計(jì)劃，使生物質(zhì)能在提供高品位電能的同時(shí)，滿足供熱的要求。
1.2生物質(zhì)與煤混合直燃技術(shù)
生物質(zhì)與煤混合燃燒有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
①生物質(zhì)是可再生能源，在煤粉爐中，煤與生物質(zhì)共燃，為現(xiàn)役電廠提供一種快速而低成本的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)，是一種廉價(jià)而低風(fēng)險(xiǎn)的可利用再生能源的發(fā)電技術(shù)。
②煤粉燃燒發(fā)電效率高，可達(dá)35%以上，與生物質(zhì)共燃正是借用其高效率的優(yōu)點(diǎn)，這是現(xiàn)階段其它生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)難以比擬的。
③生物質(zhì)燃燒低硫低氮，在與煤粉共燃時(shí)可以降低電廠的S02和NOx排放，被公認(rèn)為是現(xiàn)役燃煤電廠降低C02排放的最有效措施。
④我國(guó)生物質(zhì)資源豐富，可利用未被利用的生物質(zhì)折合近4×l08t標(biāo)準(zhǔn)煤，且分布廣泛，可就地利用；另一方面，大量利用生物質(zhì)發(fā)電可增加農(nóng)民收入，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
⑤生物質(zhì)共燃技術(shù)簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，此外，生物質(zhì)相對(duì)較便宜，對(duì)燃煤電廠而言還可增加燃料的選擇范圍和燃料適應(yīng)性，降低燃料成本。
丹麥哥本哈根AVEDORE電廠，2002年增加了熱功率為105 MW的生物質(zhì)發(fā)電設(shè)備，采用天然氣（油）與麥秸混合燃燒工藝，每小時(shí)秸稈消耗量為25 t．農(nóng)業(yè)秸稈主要來(lái)源于芬蘭和丹麥。生物質(zhì)的水分含量用超聲波測(cè)定，在25%左右。丹麥采用高倍率循環(huán)流化床鍋爐，將干草與煤按照6:4的比例送人爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，鍋爐出力為100 t/h，熱功率達(dá)80 MW。
2、廣西柳城生物質(zhì)發(fā)電廠鍋爐燃燒方式探討
廣西作為全國(guó)的食糖主產(chǎn)區(qū)，占全國(guó)糖產(chǎn)量的一半以上，甘蔗的種植面積穩(wěn)定在7. 33×10
3—8×103 km2，每年榨季都產(chǎn)生數(shù)量巨大的甘蔗葉等廢棄物。柳州市柳城縣作為國(guó)家糖料蔗基地縣，2008年種植糖料蔗總面積達(dá)393.33 km2，種植區(qū)域相對(duì)集中，年產(chǎn)秸稈總產(chǎn)量約為37.5×10
4t，豐富的甘蔗葉為發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電創(chuàng)造了良好的條件。同時(shí)，柳城縣也是桑蠶養(yǎng)殖大縣，2007年底桑園總面積達(dá)到87km2．每年桑樹修剪下來(lái)的桑樹枝達(dá)31.5×10
4t，這也提供了豐富的生物質(zhì)燃料。因此，全國(guó)收割利用甘蔗秸稈的可再生能源項(xiàng)目，同時(shí)也是廣西第一個(gè)生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠落戶柳城。
項(xiàng)目利用柳城當(dāng)?shù)氐母收崛~、桑樹枝、水稻秸稈等作為燃料。由于甘蔗葉和桑樹枝等生物質(zhì)燃料的收集具有明顯的季節(jié)性，因此鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)按每年4-11月燃用甘蔗葉，1-3月和12月份燃用桑樹枝考慮。燃料品質(zhì)見表2。
從表2數(shù)據(jù)可以看出，與煤相比，甘蔗葉和桑樹枝的揮發(fā)分含量和水分含量較多；固定碳和灰分的含量相對(duì)較低，收到基低位發(fā)熱量比動(dòng)力煤中最低的褐煤還低，因此燃燒生物質(zhì)燃料時(shí)，爐內(nèi)溫度較低，燃燒的穩(wěn)定性較差；氮和硫的含量比較低，因而污染物的排放不是很嚴(yán)重，有利于環(huán)境保護(hù)。
此外，從表2中的成灰特性和灰成分可以看出，燃料在較低的溫度就能迅速的成灰，說(shuō)明燃料的灰熔點(diǎn)較低，使運(yùn)行中溫度的控制要求更高，不合理的運(yùn)行溫度，將會(huì)導(dǎo)致燃料灰的熔融，引發(fā)嚴(yán)重的結(jié)渣聚團(tuán)現(xiàn)象，降低運(yùn)行效率，嚴(yán)重時(shí)將影響鍋爐的正常運(yùn)行；在生物質(zhì)燃科的灰中，硅含量很高，有可再利用的價(jià)值；同時(shí)，燃料灰中含有大量的堿金屬，通過前人的研究，可以證實(shí)灰成分中大量的堿金屬導(dǎo)致了燃料灰的低溫熔融特性。
根據(jù)柳城生物質(zhì)燃料水分含量高，能量密度小，揮發(fā)分高，含氧量高，堿金屬和氯的含量較高，同時(shí)有機(jī)硫和氮的含量低的特性，在燃料品種、水分含量、預(yù)處理程度相差較大的情況下，采用層燃的方式難以保持穩(wěn)定、充分的燃燒。而循環(huán)流化床燃燒方式具有燃料適應(yīng)性廣，低溫燃燒，燃燒效率高，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此循環(huán)流化床燃燒方式更適合燃用各種水分大，發(fā)熱量低的生物質(zhì)，燃燒效率和鍋爐熱效率較高。采用砂子、燃煤爐渣等作為流化媒體，形成蓄熱量大、溫度高的密相床層，為高分子、低熱值的生物質(zhì)提供了優(yōu)越的著火條件。依靠床層內(nèi)劇烈的傳熱傳質(zhì)過程和燃料在床內(nèi)較長(zhǎng)的停留時(shí)間，使難以燃盡的生物質(zhì)也能充分燃盡。
圖2所示為柳城生物質(zhì)電廠采用的浙江大學(xué)熱能工程研究所提供技術(shù)的燃用生物質(zhì)燃料的中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐蒸發(fā)量（BMCR）為75 t／h。燃料破碎合格后(5～15 mm)，通過輸料皮帶運(yùn)至主廠房皮帶層，落入爐前秸稈料倉(cāng)，料倉(cāng)容積為179m3可存儲(chǔ)約8t的甘蔗葉或35 t的桑樹枝；燃料通過料倉(cāng)底部的12臺(tái)撥料器松散后落到3臺(tái)鍋爐給料機(jī)上，經(jīng)輸送后通過落料管進(jìn)入爐膛燃燒。進(jìn)入爐膛的燃料與經(jīng)旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的返回爐膛繼續(xù)燃燒的物料，在從爐膛底部水冷風(fēng)室，風(fēng)帽進(jìn)入爐膛的一次風(fēng)流化作用下，在爐膛密相區(qū)充分混合后開始燃燒，二次風(fēng)從燃燒室前、后側(cè)進(jìn)入爐膛，補(bǔ)充燃料燃燒所需要的氧氣。
燃燒產(chǎn)生的煙氣攜帶大量物料自下而上從爐膛上部的后墻出口煙道進(jìn)入2個(gè)高效渦殼式旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行煙氣和固體顆粒的分離，分離后潔凈的煙氣由分離器中心筒出來(lái)依次流過尾部煙道中的過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后排出，進(jìn)入除塵器進(jìn)行除塵，最后由引風(fēng)機(jī)排至煙囪進(jìn)入大氣，煙囪高80 m，出口內(nèi)徑為2.5 m。
綜合循環(huán)流化床固有優(yōu)勢(shì)和柳城生物燃料的燃燒特性以及技術(shù)成本，循環(huán)流化床燃燒方式更有利于柳城生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的實(shí)現(xiàn)，更符合我區(qū)實(shí)際情況，是秸稈利用的更好的選擇。
3、結(jié)語(yǔ)
面對(duì)資源和環(huán)境的雙重壓力，過去以煤電為主的電力結(jié)構(gòu)的弊端逐漸顯現(xiàn)，我國(guó)的能源形勢(shì)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。大力發(fā)展可再生能源被廣泛的認(rèn)為是解決能源匱乏和環(huán)境問題最可行的方法，而在可供發(fā)展的可再生能源種類中，生物質(zhì)能無(wú)疑占據(jù)了很重要的位置，生物質(zhì)能具有可再生性，廣泛分布性，低污染等特點(diǎn)。合理的開發(fā)生物質(zhì)能源，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，改善能源結(jié)構(gòu)，為我區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。循環(huán)流化床燃燒發(fā)電是對(duì)生物能的一種有效的利用方式，其成熟的技術(shù)為大規(guī)模利用生物質(zhì)能創(chuàng)造了良好的條件。
三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)我們也銷售生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備。
