1、生物質利用意義及現(xiàn)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(huán)境、降低溫室效應都有極大的好處。
    我國目前有工業(yè)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(jié)能技術，提高工業(yè)鍋爐熱效率的工作已取得較大成績，且是能源工業(yè)者繼續(xù)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(huán)境惡化的戰(zhàn)略觀點出發(fā)，結合我國擁有豐富生物質資源的現(xiàn)實，逐步發(fā)展工業(yè)鍋爐生物質燃燒技術，對節(jié)約常規(guī)能源、優(yōu)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(huán)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(xiàn)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(jù)統(tǒng)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(yè)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(jié)煤灶，熱效率也僅為20%左右。近年來，在一些經濟發(fā)達的城市周邊地區(qū)，農民大量使用優(yōu)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(huán)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(fā)展。鑒于生物質資源分布區(qū)域廣、適宜就地開發(fā)利用的特點，目前開發(fā)適用于工業(yè)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(yè)、區(qū)域供熱、發(fā)電以及熱電聯(lián)產等。根據(jù)2001年對歐盟21座生物質電廠燃燒設備的統(tǒng)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(tǒng)，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(shù)增加等問題。而且爐排系統(tǒng)可以采用水冷的方式，以減輕結渣現(xiàn)象的出現(xiàn)，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(tǒng)根據(jù)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(tǒng)大多以電氣機械裝置為基礎，不足以使鍋爐保持適當?shù)目諝饬颗c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(wěn)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(yōu)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(qū)上部稀相區(qū)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(yè)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(wěn)定，熱效率高達80%以上。
    流化床燃燒是基于氣固流化態(tài)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(fā)展比較迅速的循環(huán)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(jù)燃料的市場價格進行選擇，確保燃料的經濟性。采用循環(huán)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(huán)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(huán)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(yōu)點，是目前最為常見的一種大型燃煤鍋爐，采用現(xiàn)有煤粉鍋爐混燃生物質，只需要對現(xiàn)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(tǒng)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(yè)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(xù)生產的工藝和工業(yè)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(huán)流化床氣化爐由于具有床內混合均勻、傳熱傳質強烈等優(yōu)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(huán)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(jié)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(fā)電或直接為居民提供燃氣。固定床氣化技術以農業(yè)、林業(yè)廢棄物為原料，可用于小規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)，面向農村、林區(qū)及偏遠地區(qū)，操作方便。流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)適用于大中規(guī)模，可以農業(yè)和林業(yè)廢棄物作為原料，面向工業(yè)企業(yè)，生產的電可供企業(yè)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(tài)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(guī)模取決于距其80～120km內可獲取的生物質原料的數(shù)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(xiàn)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(huán)境保護和充分利用資源的角度出發(fā)，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(fā)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(fā)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(yōu)先發(fā)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(fā)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(yōu)勢。
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