0、引言
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源十分豐富，每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈總量超過6億t，其中可以作為能源利用的在3億t以上。近年來，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民生活水平的提高，大部分農(nóng)村地區(qū)把煤炭、液化氣等常規(guī)能源作為炊事取暖用能的首選。大量的剩余秸稈被遺棄在田間地頭付之一炬，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。隨著生物質(zhì)能利用技術(shù)的發(fā)展，秸稈發(fā)電技術(shù)也日趨成熟，秸稈大規(guī)模能源化利用成為大勢(shì)所趨。
利用生物質(zhì)能已成為國(guó)家解決能源短缺問題的重要舉措之一。根據(jù)我國(guó)中長(zhǎng)期能源規(guī)劃，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)600萬kW，約占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的1%；到2020年，生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)2000萬kW，約占全國(guó)總發(fā)電裝機(jī)容量的2%。自2006年1月1日起施行的《可再生能源法》從法律上明確了可再生能源的戰(zhàn)略地位。國(guó)家發(fā)改委《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》規(guī)定：生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)由傳統(tǒng)上網(wǎng)電價(jià)加補(bǔ)貼電價(jià)組成，補(bǔ)貼電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0. 25元/kW·h。秸稈發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來了最佳時(shí)機(jī)。1、秸稈發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用
秸稈發(fā)電技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已日趨成熟，按照原料利用方式的不同主要分為3類：秸稈直接燃燒發(fā)電、秸稈與煤混合燃燒發(fā)電和秸稈氣化發(fā)電。
國(guó)內(nèi)秸稈直接燃燒發(fā)電工程的技術(shù)基本是從國(guó)外引進(jìn)的，此類發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量一般在25MW左右。秸稈與煤混合燃燒發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)也是從國(guó)外引進(jìn)，一般在原有燃煤機(jī)組的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。秸稈氣化發(fā)電技術(shù)具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已進(jìn)入應(yīng)用示范階段，裝機(jī)容量一般在5MW以下。
1.1秸稈直接燃燒發(fā)電
秸稈原料送入鍋爐中直接燃燒，產(chǎn)出的高壓過熱蒸汽，通過汽輪機(jī)的渦輪膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這種發(fā)電方式稱為秸稈直燃發(fā)電。秸稈直燃發(fā)電和燃煤發(fā)電并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，只是在原料的理化性質(zhì)方面，與煤相比，一般的秸稈原料具有“兩小兩多”的特點(diǎn)，即熱值小、密度��；鉀含量多、揮發(fā)分多。所以，燃秸稈鍋爐的燃燒室、受熱部件、供風(fēng)系統(tǒng)，特別是進(jìn)料系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上都要與秸稈的這些特性相適應(yīng)。
秸稈直燃發(fā)電工程建設(shè)以丹麥BWE公司為代表，采用水冷式振動(dòng)爐床燃燒技術(shù)，較好地適應(yīng)了秸稈類燃料“兩小兩多”的特點(diǎn)。在該技術(shù)工藝中，秸稈首先由螺旋進(jìn)料器輸送到固定爐排上，揮發(fā)分在此迅速析出燃燒。而后焦炭在連續(xù)進(jìn)料的推動(dòng)下移動(dòng)到固定爐排的上方振動(dòng)爐排上進(jìn)行燃燒，在爐排振動(dòng)的作用下，焦炭不斷移動(dòng)位置，這就克服了傳統(tǒng)爐床燃燒技術(shù)中燃料分布不均勻、燃燒效率低的缺點(diǎn)。水冷可以保護(hù)爐排以免燒壞，同時(shí)也減少了結(jié)渣現(xiàn)象。尾部的過熱器也都根據(jù)煙氣中堿金屬含量高易產(chǎn)生高溫腐蝕的特點(diǎn)進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)。
BWE公司已在丹麥、瑞典、芬蘭、西班牙等國(guó)建設(shè)了數(shù)十個(gè)秸稈發(fā)電站。我國(guó)同能生物發(fā)電有限公司引進(jìn)丹麥BWE技術(shù)在國(guó)內(nèi)建設(shè)的第一座生物質(zhì)發(fā)電廠一山東單縣秸稈發(fā)電廠，已于2006年12月1日正式投產(chǎn)，燃料以粉碎的棉花秸稈為主，設(shè)計(jì)負(fù)荷為25MW，每年可消耗棉稈20萬t。由該公司投資建設(shè)的威縣、成安、高唐、墾利、射陽5個(gè)以棉稈和林木廢棄物等灰色秸稈為主要燃料的生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目和�？h、望奎、鹿邑、遼源4個(gè)以玉米稈、小麥稈等黃色秸稈為主要燃料的項(xiàng)目也相繼投產(chǎn)運(yùn)行。截至目前，該公司已有10個(gè)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，截至2007年底，國(guó)家和各省發(fā)改委已核準(zhǔn)項(xiàng)目87個(gè)，總裝機(jī)規(guī)模220萬kW。全國(guó)已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目超過15個(gè)，在建項(xiàng)目30個(gè)多。
1.2秸稈與煤混合燃燒發(fā)電
雖然秸稈原料與煤在物理化學(xué)性質(zhì)上有很大的不同，但在現(xiàn)役的燃煤鍋爐中摻燒15%（熱量比）以下的秸稈對(duì)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行影響不大，在技術(shù)上是可行的。實(shí)施時(shí)可在已有的燃料系統(tǒng)中混入秸稈，有以下兩種方式：一是秸稈與煤混合均勻后與煤一起制粉后噴入爐膛燃燒；二是秸稈單獨(dú)粉碎后再與煤粉共用燃燒器，或者是專用燃燒器噴人爐膛燃燒。國(guó)外進(jìn)行的大量試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明：秸稈原料混燒的熱量比例<2%時(shí)，無需對(duì)電廠原燃煤系統(tǒng)進(jìn)行任何改造，電廠運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性也不受影響；比例在5%和10%之間時(shí)，混燒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以充分發(fā)揮出來，所引起的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用的增加也可以從混燃的收益中得到補(bǔ)償，目前國(guó)外的工程應(yīng)用大多在此范圍內(nèi)；15%是目前生物質(zhì)原料混燒熱量比例的上限值，大于15%時(shí)，電廠的經(jīng)濟(jì)性和安全性將受到影響。
2005年，華電國(guó)際十里泉電廠從丹麥引進(jìn)技術(shù)設(shè)備，對(duì)1臺(tái)14萬kW機(jī)組的鍋爐燃燒器進(jìn)行了秸稈混燒技術(shù)改造。該項(xiàng)技術(shù)改造總投資8300萬元，改造后實(shí)現(xiàn)了秸稈與煤粉混燒，秸稈摻混質(zhì)量比<20%，也可單獨(dú)燒煤。
1.3秸稈氣化發(fā)電
秸稈氣化的基本原理是在不完全燃燒條件下，將秸稈中較高分子量的有機(jī)碳?xì)浠衔锪呀�，變成較低分子量的CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w。該氣體用于發(fā)電的方式主要有3種：一是將可燃?xì)庾鳛閮?nèi)燃機(jī)燃料，用內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；二是將可燃?xì)庾鳛槿細(xì)廨啓C(jī)的燃料，用燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；三是用燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)兩級(jí)發(fā)電，即利用燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫廢氣把水加熱成蒸汽，再推動(dòng)蒸汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。我國(guó)目前主要是采用第1種方式。目前，國(guó)內(nèi)秸稈發(fā)電工程中秸稈氣化爐主要有同定床氣化爐和流化床氣化爐兩種形式。
在傳統(tǒng)的固定床氣化技術(shù)中，原料的干燥、熱解、氧化、還原等過程都在氣化爐中完成，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w中焦油含量高，應(yīng)用極為不便。山東省科學(xué)院能源研究所開發(fā)了兩步法固定床氣化技術(shù)，原料首先在裂解器中經(jīng)過干燥和熱解，再進(jìn)入氣化爐中完成氧化和還原，解決了以往技術(shù)中的焦油難題，較好地滿足了內(nèi)燃機(jī)的工作要求，形成了兩步法生物質(zhì)同定床氣化發(fā)電技術(shù)。
其主要特點(diǎn)為：一是燃?xì)馇鍧崱⒔褂秃康�。�?jīng)過簡(jiǎn)單過濾和凈化后，燃?xì)庵锌傠s質(zhì)含量<20mg/Nm3．能夠滿足氣體內(nèi)燃機(jī)工作的要求。二是無二次污染。以前的固定床氣化技術(shù)中，燃?xì)庵薪褂鸵话阃ㄟ^水洗去除，焦油廢水帶來的二次污染問題無法解決。而在兩步法氣化工藝中燃?xì)饨?jīng)過旋風(fēng)分離器、織物過濾器除塵后進(jìn)入水冷器間接換熱，整個(gè)凈化冷卻過程都不和水直接接觸，所以不存在二次污染問題。三是系統(tǒng)總效率高。氣體內(nèi)燃機(jī)的高溫排氣為秸稈原料裂解提供熱源，充分利用了排氣余熱，使系統(tǒng)總效率得到提高。
山東省科學(xué)院能源研究所利用該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)建成了一套生物質(zhì)氣化發(fā)電示范系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定并網(wǎng)發(fā)電。系統(tǒng)的裝機(jī)容量為200kW，年發(fā)電量約為140萬kW·h；單位投資約7000元/kW，投資回收期為7年左右，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。
流化床氣化與固定床相比具有原料處理能力強(qiáng)、氣化反應(yīng)速度快、系統(tǒng)容易放大等優(yōu)點(diǎn)。但較高的操作氣速也會(huì)帶來氣體中含灰較多、后續(xù)除塵凈化負(fù)擔(dān)增加等問題。流化床氣化爐在水分、熱值方面對(duì)原料的種類適應(yīng)性較廣，但對(duì)原料的粒度要求較為嚴(yán)格，一般秸稈類原料要粉碎到20mm以下才能滿足流化床對(duì)原料的流化性能要求。
中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所在循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)上的研究和應(yīng)用開發(fā)取得了較快進(jìn)展。該技術(shù)工藝流程如圖3所示。其原理為生物質(zhì)原料進(jìn)入流化床氣化爐后被高溫的惰性床料（河沙）迅速加熱，在流化狀態(tài)下發(fā)生一系列熱解、氧化、還原反應(yīng)。燃?xì)庵袛y帶的焦炭被慣性除塵器分離后流回爐內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)；依次經(jīng)過旋風(fēng)分離器、文氏管除塵器后，燃?xì)庵械墓腆w顆粒和微細(xì)粉塵基本被清洗干凈；燃?xì)庵械慕褂筒捎梦胶退吹霓k法進(jìn)行清除，主要設(shè)備是兩個(gè)串聯(lián)的噴淋洗氣塔；清潔的燃?xì)獗凰腿雰?nèi)燃機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。廣州能源研究所利用該項(xiàng)技術(shù)在全國(guó)建設(shè)了十幾個(gè)生物質(zhì)氣化發(fā)電站，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為秸稈發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
2、我國(guó)秸稈發(fā)電存在的問題2.1秸稈收集成本過高
在發(fā)達(dá)國(guó)家，農(nóng)場(chǎng)種植較為集中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，秸稈收集便利，這與國(guó)內(nèi)情況有很大不同。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分散，秸稈堆積密度小、收集費(fèi)時(shí)費(fèi)力、運(yùn)輸成本高，再加上農(nóng)村留守勞動(dòng)力短缺、換茬農(nóng)時(shí)緊張，農(nóng)戶出售秸稈的意愿不高。現(xiàn)在秸稈發(fā)電項(xiàng)目的燃料來源主要依靠經(jīng)紀(jì)人，這造成許多秸稈收不上來，形成了假性的供不應(yīng)求局面，再加上一些經(jīng)紀(jì)人故意囤積秸稈，大大抬高了電廠的燃料成本。
華電國(guó)際十里泉電廠混燒秸稈發(fā)電項(xiàng)目投產(chǎn)前預(yù)計(jì)秸稈收購(gòu)價(jià)格為100元／t，運(yùn)行后秸稈的收購(gòu)價(jià)格高至400元／t。國(guó)能單縣生物發(fā)電廠在全縣范圍內(nèi)設(shè)有8個(gè)棉柴收購(gòu)站，棉柴到站價(jià)格為180元／t，到廠價(jià)格約為230元／t。國(guó)能望奎生物發(fā)電廠玉米秸稈到廠價(jià)格為270元／t�？紤]到秸稈的熱值僅有煤的50%，所以在燃料價(jià)格上，秸稈與煤相比并無任何優(yōu)勢(shì)。這種局面給秸稈電廠運(yùn)行帶來很大的壓力，也讓潛在的投資秸稈發(fā)電的企業(yè)望而卻步。
解決秸稈收集困難、價(jià)格高的問題應(yīng)從以下兩方面著手。首先，在秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，政府應(yīng)積極配合做好引導(dǎo)、組織和政策支持，在廣大農(nóng)民朋友中宣傳廢物利用、節(jié)約能源等觀念，使他們能夠積極出售秸稈。其次，秸稈電廠應(yīng)積極探索既適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況又符合市場(chǎng)操作的秸稈收貯運(yùn)模式，提高效率、降低收購(gòu)成本。
2.2技術(shù)需進(jìn)一步改進(jìn)
我國(guó)建成的直燃發(fā)電項(xiàng)目核心設(shè)備都是從丹麥BWE公司引進(jìn)的，基本解決了國(guó)產(chǎn)秸稈鍋爐結(jié)焦、腐蝕和效率低等問題，但進(jìn)口設(shè)備成本高昂。因此，應(yīng)在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)自主研究開發(fā)，完成關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。
秸稈氣化發(fā)電方面，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化工藝路線，提高系統(tǒng)效率，降低燃?xì)鈨艋钩杀�，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和競(jìng)爭(zhēng)力。
2.3國(guó)家配套政策不完善
秸稈發(fā)電項(xiàng)目的立項(xiàng)和審批手續(xù)復(fù)雜，國(guó)家政策細(xì)則實(shí)施不夠，各級(jí)政府部門不清楚對(duì)此類項(xiàng)目如何操作管理，立項(xiàng)困難。特別是對(duì)于氣化發(fā)電項(xiàng)目，由于裝機(jī)容量較小，基本在用戶側(cè)接入，對(duì)大電網(wǎng)影響較少，并且環(huán)境友好，不宜也不需要完全套用常規(guī)發(fā)電項(xiàng)目的立項(xiàng)審批程序。建議國(guó)家相關(guān)部門針對(duì)可再生能源發(fā)電項(xiàng)目特點(diǎn)．制定科學(xué)、合理、可操作性強(qiáng)的立項(xiàng)管理辦法，簡(jiǎn)化項(xiàng)目行政許可程序。
3、秸稈發(fā)電技術(shù)應(yīng)用前景
時(shí)下油價(jià)高、煤炭短缺，而秸稈發(fā)電則充分利用了生物質(zhì)廢棄物，節(jié)約了能源，在緩解能源供給壓力和保護(hù)環(huán)境兩個(gè)方面都能發(fā)揮重要作用。我國(guó)秸稈資源豐富，秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有較好的發(fā)展基礎(chǔ)。隨著越來越多的秸稈發(fā)電項(xiàng)目的建成和運(yùn)行，秸稈收貯運(yùn)喂、鍋爐設(shè)備、氣化設(shè)備、灰渣利用等一系列產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益逐漸顯現(xiàn)。國(guó)家相關(guān)的優(yōu)惠政策和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)、立項(xiàng)審批程序的規(guī)范和簡(jiǎn)化，這些因素都會(huì)吸引越來越多的技術(shù)力量和資金力量投入到秸稈發(fā)電領(lǐng)域，秸稈發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)必將進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。
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