生物質(zhì)能源是重要的可再生能源。隨著世界經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，煤炭、石油等常規(guī)能源的加劇消耗，社會發(fā)展已經(jīng)面臨著經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力。開發(fā)利用生物質(zhì)能等清潔能源將極有可能成為可持續(xù)能源系統(tǒng)的重要組成部分。在未來的幾十年里，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料占全球總能耗比重將逐年增加。
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村的秸稈資源相當(dāng)豐富，主要的農(nóng)作物種類有稻谷、小麥、玉米、豆類等。每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量6億t以上。大量的秸稈資源將是新能源中最具開發(fā)性的一種綠色可再生能源。秸稈為低碳燃料，而且硫、灰的含量均比目前大量使用的煤炭低。目前秸稈的過剩焚燒和日趨嚴重的環(huán)境保護問題已經(jīng)為全社會所關(guān)注，因此，加大開發(fā)秸稈發(fā)電的力度，不但能有效利用秸稈這類優(yōu)質(zhì)過剩資源，同時也會大大地改善環(huán)境質(zhì)量，對環(huán)境保護非常有利。在節(jié)省不可再生資源、緩解電力供應(yīng)緊張等方面都具有特別重要的意義。
國外發(fā)達國家自20世紀70年代末期已經(jīng)開始生物質(zhì)能技術(shù)的開發(fā)，到目前秸稈直接燃燒發(fā)電的主要設(shè)備已經(jīng)投放市場并運行。秸稈直燃發(fā)電可以采用鍋爐一蒸汽一蒸汽輪機一發(fā)電機的工藝方式，還可以采用熱電聯(lián)供的方式提高系統(tǒng)效率。通常秸稈直接燃燒發(fā)電的過程為：秸稈與過量空氣在特定的鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，產(chǎn)生高溫高壓蒸氣在蒸汽輪機中膨脹做功發(fā)出電能。電經(jīng)配電裝置由輸電線路送出。鍋爐煙氣經(jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器和布袋除塵器經(jīng)煙囪排放。與其他生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)相比，秸稈直接燃燒系統(tǒng)技術(shù)特點是秸稈處理利用量大、熱能利用率高。
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料。
1、秸稈燃料使用的主要特點
與煤炭等化石燃料能源相比，秸稈類生物質(zhì)能具有其獨特的優(yōu)點。
a．固定碳的含量明顯比煤少。含碳量最高的也僅為50%左右。相當(dāng)于年輕褐煤的含碳量。
b．燃料的揮發(fā)分高，含氫、含氧量高，易被引燃。燃燒時需要的空氣量相應(yīng)要少。
c．秸稈燃料的密度明顯比煤炭低，而且質(zhì)地疏松。在爐內(nèi)易于燃燒和燃盡，灰中的含碳量很低。
d．秸稈燃料的水分變化很大，一般在5%～60%之間。也是燃燒情況變化大的原因。
e．灰份低(0.1%～3%)，含硫量低（含硫量為0.1%～1.5%，木材一般低于0.05%）。燃燒過程中產(chǎn)生的S02較少，有利于環(huán)境保護。
f．由于含氧量高，燃料熱值較低，而且燃燒過程中有C02排放的特點。
表1為我國華北某地區(qū)的秸稈成分檢驗報告。
由于秸稈燃料的特殊性其燃燒過程也與煤精等不同。秸稈燃料的燃燒過程是混合很劇烈的化學(xué)反應(yīng)過程，燃料在燃燒時必須有足夠溫度的熱量和足夠的理論空氣量。其燃料燃燒主要過程為預(yù)熱、干燥、揮發(fā)分析出和焦碳燃燒。燃料送入燃燒室后，在高溫?zé)崃孔饔孟拢剂媳患訜岷臀龀鏊帧．?dāng)溫度繼續(xù)增高，約為250℃，開始析出揮發(fā)分，并形成焦碳。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到350℃時大量焦碳開始燃燒，并不斷產(chǎn)生灰燼，最后燃燒完產(chǎn)生煙氣。
2、秸稈直燃發(fā)電的主要工藝流程
秸稈燃料的直接燃燒和煤炭的直接燃燒工藝有所不同，目前國外的秸稈直燃鍋爐和燃燒前處理設(shè)備比較成熟。尤其在鍋爐形式、給料方式、燃燒方式、空氣的配給等方面有顯著的優(yōu)勢。
2.1燃料的收購
秸稈燃料是季節(jié)性產(chǎn)品，只有每年的秋季有一次收購期。秸稈秋季收割時一般水分都在30%左右，而作為燃料使用時盡量要求其降低水分。新收購的秸稈必須要經(jīng)過1個月的自然風(fēng)干后，其水分低于25%左右才可以儲存。并要求有充足的儲存量來滿足鍋爐的正常運行。
2.2燃料的儲存
收集到的秸稈需要由打包機打成秸稈包，稱重后存放于位于爐前的秸稈儲庫中。一般來講單臺機組電廠內(nèi)至少要設(shè)置2座秸稈儲存庫，儲存量可供全廠鍋爐燃用一周左右。秸稈儲存庫需要嚴格密閉干燥，并且?guī)靸?nèi)設(shè)有堆跺機、叉車等來完成存料、上料、整備等功能。
2.3燃料輸送和入爐前的預(yù)處理
入爐前的秸稈必須要經(jīng)過水分測定。可以用紅外線測試或探測器接觸測定含水量。含水量合格的秸稈包從儲庫通過密封防火的鏈式輸送帶一捆接一捆地送往緊鄰的封閉型切割裝置立式螺桿機上，秸稈通過螺桿的旋轉(zhuǎn)被扯碎、切割成一段不規(guī)則的短稈，通過給料機將秸稈壓入密封的進料通道，然后到達爐內(nèi)進行燃燒。
2.4秸稈的燃燒系統(tǒng)
秸稈發(fā)電與煤炭發(fā)電最主要的區(qū)別就是燃燒設(shè)備的不同。目前秸稈直燃發(fā)電采用比較多的燃燒設(shè)備是爐排燃燒（層燃爐）和流化床燃燒（流化爐）。
丹麥BWE生物質(zhì)能發(fā)電公司的鍋爐技術(shù)在國際上具有成熟的優(yōu)勢。該公司的130t/h的高溫高壓、自然循環(huán)全封閉結(jié)構(gòu)的汽包爐已經(jīng)大量投入運行。設(shè)備的耐腐蝕壽命、運行效率具有明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢，燃燒方式采用水冷振動爐排設(shè)備。圖1為該爐型的系統(tǒng)簡易流程圖。
流化床燃燒方式與層燃方式相比有效率高、調(diào)節(jié)控制更靈活等優(yōu)點。秸稈燃料被送入爐內(nèi)與床料、空氣迅速劇烈混合著火燃燒。國內(nèi)的流化床燃燒技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是燃燒生物質(zhì)類的流化床鍋爐與普通燃煤的流化床鍋爐還有很多不同之處，因此在研究開發(fā)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況進行設(shè)計。爐膛設(shè)計要保證燃燒和燃盡，并盡可能提高效率。爐膛內(nèi)要布置合適受熱面，使煙氣達到爐膛出口時盡可能地降低溫度，防止水平煙道結(jié)焦。
2.5秸稈發(fā)電的除塵控制
尾部煙氣的除塵多采用布袋除塵器，將其安裝在旋風(fēng)除塵之后更有效地收集煙氣中的飛灰。布袋除塵的效率為99.6%以上，采用脈動噴射式產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵后由煙囪排放。
鍋爐底部的爐渣多采用干式除渣系統(tǒng)。爐渣從鍋爐排渣管落入冷渣器冷卻至100℃以下后，采用正壓氣力輸送系統(tǒng)將其輸送至灰渣倉。尾部煙氣的布袋除塵器下的干灰也同時采用正壓氣力除灰系統(tǒng)集中至灰渣倉，灰與渣可以共用一座干灰渣倉。
秸稈燃燒后鍋爐底部排出的渣和除塵器捕集的灰分別經(jīng)輸送系統(tǒng)輸送至灰渣倉暫存，這種灰分含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農(nóng)業(yè)肥料。干灰渣可經(jīng)干灰卸料器裝入密封罐車送至綜合利用用戶，也可經(jīng)濕式攪拌機將干灰渣加濕攪拌后裝入自卸汽車送至綜合利用用戶。
3、秸稈直燃發(fā)電幾個主要問題
由于秸稈燃料的特殊性，其鍋爐等主要設(shè)備的制造是發(fā)展秸稈發(fā)電技術(shù)的主要難點。目前國內(nèi)的一些示范發(fā)電項目采用的都是國內(nèi)自主設(shè)計的65t/h的秸稈直燃鍋爐。國產(chǎn)設(shè)備不但可以節(jié)省大量成本，還能有力帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。
3.1燃料輸送
因為秸稈燃料的比重很低，捆包后的密度有200kg／m3左右，因此達到鍋爐出力需要的燃料體積量比較大。大量的秸稈燃料連續(xù)不斷、沒有堵塞地由加料口進入爐內(nèi)燃燒，需要可靠穩(wěn)定的上料系統(tǒng)。給料機的密封及傳動系統(tǒng)尤為重要。
3.2受熱面腐蝕
由于秸稈灰中堿金屬及氯的含量高，燃燒會產(chǎn)生大量的堿性物質(zhì)，具有較高的腐蝕性。由于飛灰的熔點低，因此受熱面又很易結(jié)渣。有關(guān)資料表明，生物質(zhì)鍋爐受熱面的腐蝕主要是由于沾在表面的堿金屬氯化物引起。其化學(xué)反應(yīng)為
堿金屬氯化物的腐蝕都伴有氣體氯的產(chǎn)生，在此過程中氯不斷地將受熱面管道中的鐵從內(nèi)層到外層置換，加速腐蝕的過程。爐內(nèi)受熱面的設(shè)計要充分考慮防腐蝕、防結(jié)渣。運行中可以考慮投入添加劑與堿金屬化合物反應(yīng)，減少堿金屬帶來的腐蝕。
3.3爐內(nèi)燃燒配風(fēng)
由于秸稈燃料容易引燃，在350℃時揮發(fā)分就能析出80%，揮發(fā)分析出時間較短，在初期燃燒空氣量和溫度不高的情況下有大量煙氣析出，因此在鍋爐的設(shè)計時，必須保證有足夠的爐膛容積來保證揮發(fā)分燃燒時有足夠穩(wěn)定的燃燒空間。
當(dāng)揮發(fā)分逐漸析出和燒完后．剩余物為受到灰燼包裹的焦碳。由于空氣滲透較難，造成在焦炭中殘留的余碳不能迅速燃盡，只有當(dāng)空氣和溫度達到一定量時，焦碳才開始燃燒，并不斷產(chǎn)生灰燼。產(chǎn)生火焰的燃燒過程可為，揮發(fā)分析出燃燒和焦碳燃燒兩個階段。其中焦碳燃燒占燃燒時間的80%以上。
在鍋爐的通風(fēng)量設(shè)計時必須保證有適合的空氣量供給。足夠的后續(xù)空氣量加入，保證有足夠的燃燒時間使燃料充分燃燒。通風(fēng)量也不能過大，過多的空氣供給會吸收燃燒產(chǎn)生的熱量，降低燃燒溫度，影響燃燒效率。
3.4污染物排放
從環(huán)境效益的角度考慮，生物質(zhì)直接燃燒會放出一定的NO。，但其他有害氣體比燃煤要少得多。可以采用低氮燃燒的方式減少排放。另外生物質(zhì)在燃燒過程中有C02，但排放出的C02與其生長過程中所吸收的量相等，最后C02的凈排放可以認為是零。同時由于燃燒生物質(zhì)剩余物減少了其自然腐爛所產(chǎn)生的CH4，進一步減少了溫室氣體的排放，通常認為CH4氣體的溫室效應(yīng)為C02的21倍。直燃生物質(zhì)發(fā)電是目前電力發(fā)展中最經(jīng)濟可行的減排C02手段之一。秸稈鍋爐排放的爐渣和飛灰可作為農(nóng)家肥再次利用。生物質(zhì)的底灰再次返田有利于保持土壤內(nèi)無機物質(zhì)平衡。
4、結(jié)束語
生物質(zhì)（秸稈）直接燃燒發(fā)電的技術(shù)已基本成熟（已進入推廣應(yīng)用階段），美國大部分生物質(zhì)采用這種方法利用，10年來已建成生物質(zhì)燃燒發(fā)電站約6 000MW。國內(nèi)的首個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的秸稈直燃發(fā)電示范項目已在江蘇宿遷點火運行。每年可燃燒秸稈17～20萬t，節(jié)約標準煤9.8萬t，對外增加供電1.32億kW-h，而且可為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民增加收5000多萬元。目前，國家對秸稈發(fā)電還實行優(yōu)惠電價的政策，上網(wǎng)電價比燃煤電價高0.25元/kW-h。從中央到地方政府都制定了一系列補貼政策支持生物質(zhì)能技術(shù)的發(fā)展，并加快了技術(shù)商業(yè)化的進程。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高，秸稈發(fā)電技術(shù)的利用前景將會越來越廣闊。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時也銷售
木屑顆粒機、
秸稈顆粒機等生物質(zhì)顆粒燃料成型機械設(shè)備。
