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1、生物質利用意義及現狀
  ①意義
  生物質作為燃料時，由于生物質在生長時消耗的coz量相當于它燃燒時排放的co2量，因此CO2排放量近似為零。生物質的硫含量極低，基本上無硫化物排放。生物質作為替代能源，對改善環境、降低溫室效應都有極大的好處。
    我國目前有工業鍋爐約50×10⁴臺，每年耗煤量約為全國產煤總量的1/3。推廣各種節能技術，提高工業鍋爐熱效率的工作已取得較大成績，且是能源工業者繼續努力的方向。但從礦物能源資源有限和因大量使用會造成環境惡化的戰略觀點出發，結合我國擁有豐富生物質資源的現實，逐步發展工業鍋爐生物質燃燒技術，對節約常規能源、優化我國能源結構，將有積極意義。燃煤鍋爐混燃生物質將是我國降低C02排放、減輕環境污染的有效措施，而且與煤混燃的生物質所含的堿性氧化物有助于脫除煤燃燒產生的S02。
  ②現狀
    生物質資源是指以木質素或纖維素及其他有機質為主的陸生植物、水生植物及人畜禽糞便等。我國有著豐富的生物質資源，據統計，全國秸稈年產量約5.7×10⁸ t/a，人畜糞便約3.8×10⁸t/a，薪柴年產量（包括木材砍伐的廢棄物）為1.7×10⁸t/a，還有工業排放的大量有機廢料、廢渣，每年生物質資源總量折合成標準煤約3 x10⁸t/a。我國一直以直接利用生物質能為主，但利用效率極低，即使是目前農村已較普遍推廣的省柴節煤灶，熱效率也僅為20%左右。近年來，在一些經濟發達的城市周邊地區，農民大量使用優質高效燃料，用于炊事、取暖，而將秸稈直接放在農田焚燒，不僅浪費了能源，還污染了環境。我國生物質資源結構疏松，能量密度低，僅是標準煤的1/2，且不易儲運。
  20世紀80年代以來，我國生物質能利用技術有了很大的發展。鑒于生物質資源分布區域廣、適宜就地開發利用的特點，目前開發適用于工業鍋爐的生物質燃燒技術，是生物質有效利用的重要途徑。
2、生物質與煤的混燃技術
2.1混燃技術分類
    生物質與煤的混燃技術可分為直接燃燒利用和氣化利用兩種形式。直接燃燒先對生物質進行預處理，然后直接輸送至鍋爐燃燒室燃燒。有層燃、流化床和煤粉鍋爐等燃燒形式，主要應用于工業、區域供熱、發電以及熱電聯產等。根據2001年對歐盟21座生物質電廠燃燒設備的統計，采用以上3種燃燒形式的比例分別為47%、29%、14%，其余10%為氣化利用。氣化利用方式先將生物質在氣化爐內氣化產生低熱值燃氣，經凈化處理后輸送至鍋爐與煤進行混合燃燒。
2.2直接燃燒技術
  ①層燃燃燒
    生物質平鋪在爐排上形成一定厚度的燃料層，進行干燥、干餾、燃燒及還原。一次風從下部通過燃料層為燃料提供氧氣，可燃氣體與二次風在爐排上方充分混合燃燒。
    層燃鍋爐包括固定床、移動爐排、旋轉爐排和下飼式鍋爐等。移動爐排式鍋爐具有操作簡單、堅固耐用和運行可靠等特點，被廣泛應用于生物質燃燒或垃圾焚燒中。采用移動爐排以及合理的配風系統，可使燃料層在爐排上的傳輸較為平滑，從而保障一次風的均勻分布，降低由于空氣分布不均勻造成的過度結渣、飛灰損失和空氣系數增加等問題。而且爐排系統可以采用水冷的方式，以減輕結渣現象的出現，延長設備使用壽命。如瑞典的Linkoping熱電廠，就采用移動爐排式鍋爐。該熱電廠的燃燒系統根據各種生物質特點采用3個不同的燃燒器，分別用于燃燒煤（或橡膠）、木材、油，其中燒煤和木材的層燃鍋爐均采用移動爐排鍋爐。
    但是，包括移動爐排式鍋爐在內的層燃鍋爐普遍存在燃燒效率較低（一般都在70%以下）的問題。另外，目前移動爐排式鍋爐的控制系統大多以電氣機械裝置為基礎，不足以使鍋爐保持適當的空氣量與煤量比，以達到最佳燃燒和排放性能，尤其是在負荷變化期間不能及時同步調整工況。
    ②流化床燃燒
    生物質含水率較高，如秸稈為35%～65%。因此，采用層燃方式難以保持穩定、充分的燃燒。采用流化床技術，有利于生物質的完全燃燒，提高鍋爐的熱效率。生物質流化床可以采用砂子、燃煤爐渣等作為流化介質，形成蓄熱量大、溫度高的密相床層，為高水分、低熱值的生物質提供優越的著火條件。依靠床層內劇烈的傳熱傳質過程和燃料在床內較長
的停留時間，使難以燃盡的生物質也能充分燃盡。如在密相區上部稀相區供入二次風，組織兩段燃燒，能進一步提高燃燒效率。1991年，哈爾濱工業大學就與長沙鍋爐廠合作研制了多臺生物質流化床鍋爐，可適用于甘蔗、稻殼、碎木屑等多種生物質。鍋爐熱功率高，低負荷運行穩定，熱效率高達80%以上。
    流化床燃燒是基于氣固流化態的一項技術，對燃料適應性好，有害氣體排放量低，而且在流化床燃燒過程中加入脫硫劑可直接脫硫，可以大幅降低煙氣中S02的含量。目前，發展比較迅速的循環流化床燃燒技術對燃料的適應性很好，能夠同時燃燒幾種不同特性的燃料，非常適合生物質與煤的混燃。而且燃料的選擇以及混燃的比例靈活，能夠根據燃料的市場價格進行選擇，確保燃料的經濟性。采用循環流化床技術的生物質與煤混燃，燃燒效率可達95%以上，能與煤粉鍋爐媲美，由于采用分級燃燒，溫度控制在830～850℃，NO；的生成量很少。
    目前，采用循環流化床技術的生物質與煤混燃也存在著一些問題。雖然NO，排放總量有所減少，但由于流化床燃燒溫度較低，N20的排放濃度一般比其他燃燒方式高。為使飛灰再循環燃燒，常導致一次風機壓頭要求高、耗電量較大等。
    ③煤粉鍋爐燃燒
    煤粉鍋爐具有燃燒效率高、燃燒完全等優點，是目前最為常見的一種大型燃煤鍋爐，采用現有煤粉鍋爐混燃生物質，只需要對現有設備進行改造。
    一方面，盡管采用煤粉鍋爐混燃生物質和煤，可以適當減少污染，但是受到生物質混燃比例不能過大的限制，與流化床混燃相比，煤粉鍋爐混燃的C02和NO。等氣體排放物還是較多，在氣體污染物的控制方面有待提高。另一方面，煤粉鍋爐對燃料的顆粒尺寸和含水率要求較為嚴格，一般粒徑要求小于2 mm，含水率不能超過15%，因此生物質預處理系統就比較復雜，造價較高。由于粒徑較小，高燃燒強度還會導致爐墻表面溫度較高，易損壞爐墻的耐火材料。
2.3氣化利用技術
    生物質氣化是一種熱化學處理技術。將薪柴、秸稈等農業廢棄物置于氣化爐中通過熱解反應轉化成CO等混合可燃氣體，以連續生產的工藝和工業生產的方式將生物質能轉化為高效的鍋爐燃料。當以含水量為15%～40%、低熱值為19～20 MJ/t的生物質作為原料時，可產生低熱值為5 MJ／Ir13的可燃氣體。我國在20世紀80年代初已開始了生物質氣化技術的研究，近幾年已研制出可使用多種生物質的不同容量、不同用途的氣化爐。
    一般氣化爐采用固定床，固定床對原料適應性強，基本上不需預處理，設備結構簡單，但氣化率較低。中科院廣州能源所研制的上吸式生物質氣化爐氣化強度為240 kg/( m2·h)。流化床氣化爐，特別是循環流化床氣化爐由于具有床內混合均勻、傳熱傳質強烈等優點，使生物質熱解氣化更充分，氣化效率可達75%～85%，氣化強度可達2 000 kg/( m2·h)，且可燃氣體的焦油含量低。湛江模壓木制廠利用加工過程廢棄的細木粉，采用循環流化床生物質氣化裝置轉換成可燃氣，用作鍋爐燃料，每日節煤10 t/d，取得了明顯的經濟效益。生物質氣化后的產品，還可用于發電或直接為居民提供燃氣。固定床氣化技術以農業、林業廢棄物為原料，可用于小規模氣化發電系統，面向農村、林區及偏遠地區，操作方便。流化床氣化發電系統適用于大中規模，可以農業和林業廢棄物作為原料，面向工業企業，生產的電可供企業自身使用，也可并人電網。
3、混燃存在的問題
    ①生物質原料的供應
    在自然生態中，生物質分布廣泛但不集中，并且生物質的能量密度較小，儲運較困難。因此，對于生物質的利用存在一個經濟收集半徑，一般電站的規模取決于距其80～120km內可獲取的生物質原料的數量，我國農作物秸稈的經濟收集半徑應控制在30 km。
    ②混燃比例
    生物質含水量高，與煤混燃后鍋爐產生的煙氣量較大，直接采用現有鍋爐，煙氣超過一定限度后換熱器很難適應。因此，沒有經過改造的鍋爐在混燃時生物質的份額不能太高。
    ③生物質燃料引起的結渣和腐蝕
    生物質的灰熔點較低，燃燒過程中設備易結渣。特別是燃用含氯較多的生物質，如秸稈和稻草等，當換熱器表面溫度超過400℃時，還會產生高溫腐蝕。
    ④污染
    在氣化利用中還會產生焦油、灰分、廢水等二次污染物。
4、結論
    ①我國有豐富的生物質資源，從環境保護和充分利用資源的角度出發，生物質與煤的混燃技術應得到國家的政策扶持和財政支持。
    ②我國生物質資源量大面廣，種類多樣。對不同的資源種類和不同的用戶對象，需要采用不同的技術路線和設備，才能更有效地加以利用。因此，我國應因地制宜地開發適合我國國情的生物質與煤的混燃技術。在加強國際合作與交流，引進發達國家成熟的混燃技術和設備的同時，應加強生物質與煤混燃技術的基礎研究，組織高校及科研單位對該項技術目前存在的問題進行攻關。
    ③針對生物質存在經濟收集半徑的特點，我國應優先發展小容量生物質與煤的混燃設備，滿足生物質產地的用能需要。我國對小容量層燃和流化床鍋爐方面有豐富的技術積累，發展層燃和流化床生物質與煤的混燃技術具有明顯的技術優勢。
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