生物质发电技术综述
我国农村的秸秆资源非常丰富，如果利用当地秸秆资源发电，可以使农民废弃的秸秆变成可再生的能源资源，不但能有效地缓解农民对煤炭等化石燃料的依赖程度，而且可以大幅度地增加农民的年收入。据估算，建设一个2.5万千瓦的秸秆发电厂，每年需要消耗秸秆20万吨，按每吨秸秆收购价200元计算，可为当地农民增加约4000万元收入，惠及的农户数将近5万户，是发展农村经济，增加农民收入的重要举措。
生物质发电产业的发展，还可以大幅度扩展农业机械的市场空间，给农机市场注入新的动力。据估算，一个装机容量为2.5万千瓦的电厂，燃料收、储、运所需要的农机装备投资在1200万元以上。巨大的市场需求，必将大大促进我国农机市场的发展。
以运营一台2.5万千瓦生物质发电机组为例，与同类型火电机组相比，每年可减少二氧化碳排放约10万吨，燃烧产生的灰分每年可达8000吨左右，作为较好的钾肥可以加工后还田使用。作为农民的生活用能，秸秆燃烧效率约15%，而生物质直燃发电锅炉可以将热效率提高到90%以上，大大提高了生物质能的利用
根据西安热工研究院进行的燃料 CFB 燃烧试验, 结果见表 5。
从表 5 分析结果可以看出燃料属于特殊燃料, 高水分(25.4%) 、低灰分(12.84%) 、高 挥 发 分 (49.61%) 、低 发 热 量(10.41 MJ/kg) 、低硫分(St, d=0.45%) 。该种燃料挥发分高, 着火温度低, 燃烧速度较快, 对于这种特殊燃料采用流化床燃烧方式运行情况比较好, 只要控制好床温在 800℃、出口烟温在 750℃以上, 很容易保证燃烧的稳定性和燃尽效果, 锅炉能够正常运行。从表 6 分析结果可以看出鸡粪及谷壳混合燃料中灰分K2O、SiO2含量很高, 分别为 26.63%、为 24.94%。同时, 在燃料灰成分中 CaO 含量大约为 13.59%, K2O、Na2O 总和大约占到30%左右, 自身钙硫摩尔比为 2.21, 燃料自脱硫率达到
81%。因此, 该燃料具有很高的自脱硫特性, 不必再安装炉外脱硫设施即可满足 GB13223- 2003 中的排放限值要求, 节省了厂区占地和投资运行费用。
根据《中华人民共和国可再生能源法》, 项目采用鸡粪和谷壳混合物为燃料进行高效率流化床焚烧炉直接燃烧属于生物质发电项目, 其工艺流程如图 1。
生物质发电项目的主要环境问题和解决方式
采用鸡粪作为燃料进行生物质发电, 仍然存在许多环境污染问题, 主要环境污染有以下几个方面:
①锅炉烟气中 SO2、NO2烟尘对周围环境空气的影响。本项目 SO2排放量为 51.52kg/h, 烟尘 2.582kg/h, NO251.32kg/h。
②燃料储存仓异味、燃料中转点和燃料运输等环节的无组织排放的恶臭对周围环境空气的影响, 例如当燃料存储仓满仓时, 鸡粪自然发酵将产生 NH3为 2.03mg/s, H2S 产生量为34.4mg/s。
③本项目产生的生产工艺废水和生活污水最大产生量为 11.4t/h , 直接排向富屯溪势必导致水体污染。对于以上环境问题, 采取一定环境保护措施完全可以得到解决, 详见表
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一、 对农林生物质发电项目实行标杆上网电价政策。 未采用招标确定投资人的新建农林生物质发电项目，统一执行标杆上网电价每千瓦时0.75 元 （含税， 下同）。 通过招标确定投资人的，上网电价按中标确定的价格执行， 但不得高于全国农林生物质发电标杆上网电价。
二、 已核准的农林生物质发电项目 （招标项目除外）， 上网电价低于上述标准的， 上调至每千瓦时 0.75 元； 高于上述标准的国家核准的生物质发电项目仍执行原电价标准。
3. 3 流化床和低倍率循环流化床的应用业绩哈尔滨工业大学研究采用流化床技术燃烧生物质如稻壳、各类秸秆、木屑、甘蔗渣、糠醛渣、棕榈须等已有20多年的历史,到目前为止,采用哈工大技术生产的流化床和低倍率循环流化床生物质锅炉已有30多台,锅炉容量范围为4~75 t/h。其中20余台出口马来西亚、泰国和西非加纳共和国。10 t/h、20 t/h、35 t/h及75 t/h一批发电锅炉投入商业运行,受到国内外用户的好评。
4 结论鉴于目前进口水冷振动炉排炉价格昂贵,国产水冷振动炉排炉技术还不成熟,以及高倍率循环流化床锅炉存在较多问题,我们认为采用流化床或低倍率循环流化床是较好的选择,它具有技术成熟、燃烧效率高、自耗电较低的特点,值得推广应用。
1、生物质直接燃烧具有以下特点：
（1）生物质燃烧所放出的 CO2大体相当于其生长时通过光合作用所吸收的 CO2， 因此可以认为是 CO2的零排放，有助于缓解温室效应；
2、据有关文献对秸秆的燃烧机理进行的研究，秸秆等生物质与常规燃料的区别主要有以下几点［2］：
（1）秸秆的含水量较大，约 20％，是常规燃料的 8～10 倍。因此，在锅炉相同出力的情况下，其烟气量约是常规燃料的1.5～2 倍。 在锅炉受热面布置时，要充分考虑这一情况。
（2）秸秆的堆积密度较小。 秸秆投入炉内燃烧时，先落在炉床上，随着水分蒸发，开始漂浮在炉内进行燃烧。 因此，在这类锅炉设计时， 一定要考虑到燃烧室的体积要大一些，使得燃料在炉内有足够的停留时间，得以完全燃烬。
（3）从燃料的燃烧过程来看，大多数秸秆 （除甘蔗渣外 ）在干燥后，挥发份快速脱离母体迅猛燃烧，挥发份不附着在秸秆表面燃烧，这与煤的燃烧机理是完全不同的。
（4）逸出挥发份后的秸秆变黑成为暗红色焦炭粒子 ，未见明显的火焰，而且在炉膛高温火焰的辐射下，缓慢地燃烧，燃烬时间也较长。
3、层燃炉燃烧技术
层燃炉燃烧技术主要以炉排炉为代表，燃料在固定或者移动的炉排上实现燃烧，空气从下方透过炉排供应上部的燃料，燃料处于相对静止的状态，燃料入炉后的燃烧时间可由炉排的移动或者振动来控制，以灰渣落入炉排下或者炉排后端的灰坑为结束。图 1给出了丹麦正在使用的一种很典型的活动炉排炉。
4、生物质与煤混合直燃技术
混合燃烧的技术优势：
（1）生物质是可再生能源，煤粉炉中生物质共燃，可以利用现役电厂提供一种快速而低成本的生物质发电技术，也是一种最好（廉价而低风险）的利用可再生能源发电的技术。
（2）煤粉燃烧发电效率高，可达 35％以上，生物质共燃正是借用其高效率的优点，这是现阶段其它生物质发电技术难以比拟的。
（3）生物质燃烧低硫低氮，在与煤粉共燃时可以降低电厂的 SO2和 NOx 排放。
（4）对于煤粉燃烧电厂，共燃生物质意味着 CO2排放的降低， 被公认为是现役燃煤电厂降低 CO2排放的最有效措施。
（5）我国生物质资源丰富，可利用未被利用的生物质折合近 4 亿 t 标准煤，且分布广泛，可就地利用；另一方面，大量利用生物质发电可增加农民收入，促进农业和农村经济的可持续发展。
（6）生物质共燃技术简单，投资和运行费用低。 生物质相对较便宜，对燃煤电厂而言还可增加燃料的选择范围和燃料适应性，降低燃料成本。
1、生物质发电企业发展的对策及建议
鼓励建设小规模秸秆发电项目，以降低投资风险。通常情况下，秸秆发电厂的装机容量越大、发电效率就越高，但需要的资金越多、风险也越大。因此，有必要倡导在农村建设小规模秸秆发电厂。据测算，装机容量在 3MW以下的秸秆发电厂不仅占用的土地少，而且发电设备的投资成本不会超过1600万元。年消耗秸秆大约2 万吨，电厂只需要与附近几个村庄事先签订秸秆收购协议，就能够获得足够的桔杆资源。既可以降低电厂的经营风险，又能够为农民增加收入。
2、生物质发电项目的投资成本高。
目前，河南省生物质发电的装机容量共有三种 型 号，12 MW、15 MW 和 25 MW， 平均造价为每千瓦 8670 元。同期，国内装机容量 300MW、600MW、1000MW火电项目的平均造价为3820 元 / 千瓦。
2.1.2 生物质发电的 SO2减排问题
表 1 为华东某省玉米秸秆元素分析和木片的基本元素分析。
表 1 中的元素分析具有一定代表性。根据大量生物质原料的元素分析情况，生物质燃料硫含量普遍较低，燃烧生成的 SO2浓度一般都在国家规定的排放标准以下。与燃煤发电比较，生物质一般无需经过脱硫燃烧利用即可达到环保排放要求。所以，在控制 SO2污染上，与燃用化石燃料发电相比生物质发电具有较大优势。
生物质发电技术综述
我国农村的秸秆资源非常丰富，如果利用当地秸秆资源发电，可以使农民废弃的秸秆变成可再生的能源资源，不但能有效地缓解农民对煤炭等化石燃料的依赖程度，而且可以大幅度地增加农民的年收入。据估算，建设一个2.5万千瓦的秸秆发电厂，每年需要消耗秸秆20万吨，按每吨秸秆收购价200元计算，可为当地农民增加约4000万元收入，惠及的农户数将近5万户，是发展农村经济，增加农民收入的重要举措。
生物质发电产业的发展，还可以大幅度扩展农业机械的市场空间，给农机市场注入新的动力。据估算，一个装机容量为2.5万千瓦的电厂，燃料收、储、运所需要的农机装备投资在1200万元以上。巨大的市场需求，必将大大促进我国农机市场的发展。
以运营一台2.5万千瓦生物质发电机组为例，与同类型火电机组相比，每年可减少二氧化碳排放约10万吨，燃烧产生的灰分每年可达8000吨左右，作为较好的钾肥可以加工后还田使用。作为农民的生活用能，秸秆燃烧效率约15%，而生物质直燃发电锅炉可以将热效率提高到90%以上，大大提高了生物质能的利用
根据西安热工研究院进行的燃料 CFB 燃烧试验, 结果见表 5。
从表 5 分析结果可以看出燃料属于特殊燃料, 高水分(25.4%) 、低灰分(12.84%) 、高 挥 发 分 (49.61%) 、低 发 热 量(10.41 MJ/kg) 、低硫分(St, d=0.45%) 。该种燃料挥发分高, 着火温度低, 燃烧速度较快, 对于这种特殊燃料采用流化床燃烧方式运行情况比较好, 只要控制好床温在 800℃、出口烟温在 750℃以上, 很容易保证燃烧的稳定性和燃尽效果, 锅炉能够正常运行。从表 6 分析结果可以看出鸡粪及谷壳混合燃料中灰分K2O、SiO2含量很高, 分别为 26.63%、为 24.94%。同时, 在燃料灰成分中 CaO 含量大约为 13.59%, K2O、Na2O 总和大约占到30%左右, 自身钙硫摩尔比为 2.21, 燃料自脱硫率达到
81%。因此, 该燃料具有很高的自脱硫特性, 不必再安装炉外脱硫设施即可满足 GB13223- 2003 中的排放限值要求, 节省了厂区占地和投资运行费用。
根据《中华人民共和国可再生能源法》, 项目采用鸡粪和谷壳混合物为燃料进行高效率流化床焚烧炉直接燃烧属于生物质发电项目, 其工艺流程如图 1。
生物质发电项目的主要环境问题和解决方式
采用鸡粪作为燃料进行生物质发电, 仍然存在许多环境污染问题, 主要环境污染有以下几个方面:
①锅炉烟气中 SO2、NO2烟尘对周围环境空气的影响。本项目 SO2排放量为 51.52kg/h, 烟尘 2.582kg/h, NO251.32kg/h。
②燃料储存仓异味、燃料中转点和燃料运输等环节的无组织排放的恶臭对周围环境空气的影响, 例如当燃料存储仓满仓时, 鸡粪自然发酵将产生 NH3为 2.03mg/s, H2S 产生量为34.4mg/s。
③本项目产生的生产工艺废水和生活污水最大产生量为 11.4t/h , 直接排向富屯溪势必导致水体污染。对于以上环境问题, 采取一定环境保护措施完全可以得到解决, 详见表
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一、 对农林生物质发电项目实行标杆上网电价政策。 未采用招标确定投资人的新建农林生物质发电项目，统一执行标杆上网电价每千瓦时0.75 元 （含税， 下同）。 通过招标确定投资人的，上网电价按中标确定的价格执行， 但不得高于全国农林生物质发电标杆上网电价。
二、 已核准的农林生物质发电项目 （招标项目除外）， 上网电价低于上述标准的， 上调至每千瓦时 0.75 元； 高于上述标准的国家核准的生物质发电项目仍执行原电价标准。
3. 3 流化床和低倍率循环流化床的应用业绩哈尔滨工业大学研究采用流化床技术燃烧生物质如稻壳、各类秸秆、木屑、甘蔗渣、糠醛渣、棕榈须等已有20多年的历史,到目前为止,采用哈工大技术生产的流化床和低倍率循环流化床生物质锅炉已有30多台,锅炉容量范围为4~75 t/h。其中20余台出口马来西亚、泰国和西非加纳共和国。10 t/h、20 t/h、35 t/h及75 t/h一批发电锅炉投入商业运行,受到国内外用户的好评。
4 结论鉴于目前进口水冷振动炉排炉价格昂贵,国产水冷振动炉排炉技术还不成熟,以及高倍率循环流化床锅炉存在较多问题,我们认为采用流化床或低倍率循环流化床是较好的选择,它具有技术成熟、燃烧效率高、自耗电较低的特点,值得推广应用。
1、生物质直接燃烧具有以下特点：
（1）生物质燃烧所放出的 CO2大体相当于其生长时通过光合作用所吸收的 CO2， 因此可以认为是 CO2的零排放，有助于缓解温室效应；
2、据有关文献对秸秆的燃烧机理进行的研究，秸秆等生物质与常规燃料的区别主要有以下几点［2］：
（1）秸秆的含水量较大，约 20％，是常规燃料的 8～10 倍。因此，在锅炉相同出力的情况下，其烟气量约是常规燃料的1.5～2 倍。 在锅炉受热面布置时，要充分考虑这一情况。
（2）秸秆的堆积密度较小。 秸秆投入炉内燃烧时，先落在炉床上，随着水分蒸发，开始漂浮在炉内进行燃烧。 因此，在这类锅炉设计时， 一定要考虑到燃烧室的体积要大一些，使得燃料在炉内有足够的停留时间，得以完全燃烬。
（3）从燃料的燃烧过程来看，大多数秸秆 （除甘蔗渣外 ）在干燥后，挥发份快速脱离母体迅猛燃烧，挥发份不附着在秸秆表面燃烧，这与煤的燃烧机理是完全不同的。
（4）逸出挥发份后的秸秆变黑成为暗红色焦炭粒子 ，未见明显的火焰，而且在炉膛高温火焰的辐射下，缓慢地燃烧，燃烬时间也较长。
3、层燃炉燃烧技术
层燃炉燃烧技术主要以炉排炉为代表，燃料在固定或者移动的炉排上实现燃烧，空气从下方透过炉排供应上部的燃料，燃料处于相对静止的状态，燃料入炉后的燃烧时间可由炉排的移动或者振动来控制，以灰渣落入炉排下或者炉排后端的灰坑为结束。图 1给出了丹麦正在使用的一种很典型的活动炉排炉。
4、生物质与煤混合直燃技术
混合燃烧的技术优势：
（1）生物质是可再生能源，煤粉炉中生物质共燃，可以利用现役电厂提供一种快速而低成本的生物质发电技术，也是一种最好（廉价而低风险）的利用可再生能源发电的技术。
（2）煤粉燃烧发电效率高，可达 35％以上，生物质共燃正是借用其高效率的优点，这是现阶段其它生物质发电技术难以比拟的。
（3）生物质燃烧低硫低氮，在与煤粉共燃时可以降低电厂的 SO2和 NOx 排放。
（4）对于煤粉燃烧电厂，共燃生物质意味着 CO2排放的降低， 被公认为是现役燃煤电厂降低 CO2排放的最有效措施。
（5）我国生物质资源丰富，可利用未被利用的生物质折合近 4 亿 t 标准煤，且分布广泛，可就地利用；另一方面，大量利用生物质发电可增加农民收入，促进农业和农村经济的可持续发展。
（6）生物质共燃技术简单，投资和运行费用低。 生物质相对较便宜，对燃煤电厂而言还可增加燃料的选择范围和燃料适应性，降低燃料成本。
1、生物质发电企业发展的对策及建议
鼓励建设小规模秸秆发电项目，以降低投资风险。通常情况下，秸秆发电厂的装机容量越大、发电效率就越高，但需要的资金越多、风险也越大。因此，有必要倡导在农村建设小规模秸秆发电厂。据测算，装机容量在 3MW以下的秸秆发电厂不仅占用的土地少，而且发电设备的投资成本不会超过1600万元。年消耗秸秆大约2 万吨，电厂只需要与附近几个村庄事先签订秸秆收购协议，就能够获得足够的桔杆资源。既可以降低电厂的经营风险，又能够为农民增加收入。
2、生物质发电项目的投资成本高。
目前，河南省生物质发电的装机容量共有三种 型 号，12 MW、15 MW 和 25 MW， 平均造价为每千瓦 8670 元。同期，国内装机容量 300MW、600MW、1000MW火电项目的平均造价为3820 元 / 千瓦。
2.1.2 生物质发电的 SO2减排问题
表 1 为华东某省玉米秸秆元素分析和木片的基本元素分析。
表 1 中的元素分析具有一定代表性。根据大量生物质原料的元素分析情况，生物质燃料硫含量普遍较低，燃烧生成的 SO2浓度一般都在国家规定的排放标准以下。与燃煤发电比较，生物质一般无需经过脱硫燃烧利用即可达到环保排放要求。所以，在控制 SO2污染上，与燃用化石燃料发电相比生物质发电具有较大优势。