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，對我國能源結(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期長達(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，位居全國第一位，這些得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢，都是廣西發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢。
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)國家主要燃燒的生物質(zhì)是木本植物，在我國，由于特殊的國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。
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。
瑞典、丹麥、德國等發(fā)達(dá)國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：
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)簡單，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，此外，生物質(zhì)相對較便宜，對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)秸稈主要來源于芬蘭和丹麥。生物質(zhì)的水分含量用超聲波測定，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
廣西作為全國的食糖主產(chǎn)區(qū)，占全國糖產(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，料倉容積為179m3可存儲(chǔ)約8t的甘蔗葉或35 t的桑樹枝；燃料通過料倉底部的12臺撥料器松散后落到3臺鍋爐給料機(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
面對資源和環(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)，我國的能源形勢面臨著嚴(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。
