0、引言
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，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，既浪費資源又污染環(huán)境。隨著生物質(zhì)能利用技術的發(fā)展，秸稈發(fā)電技術也日趨成熟，秸稈大規(guī)模能源化利用成為大勢所趨。
利用生物質(zhì)能已成為國家解決能源短缺問題的重要舉措之一。根據(jù)我國中長期能源規(guī)劃，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電裝機600萬kW，約占全國發(fā)電總裝機容量的1%；到2020年，生物質(zhì)發(fā)電裝機2000萬kW，約占全國總發(fā)電裝機容量的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。國家發(fā)改委《可再生能源發(fā)電價格和費用分攤管理試行辦法》規(guī)定：生物質(zhì)發(fā)電項目上網(wǎng)電價由傳統(tǒng)上網(wǎng)電價加補貼電價組成，補貼電價標準為0. 25元/kW·h。秸稈發(fā)電技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來了最佳時機。1、秸稈發(fā)電技術及應用
秸稈發(fā)電技術經(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。
國內(nèi)秸稈直接燃燒發(fā)電工程的技術基本是從國外引進的，此類發(fā)電項目裝機容量一般在25MW左右。秸稈與煤混合燃燒發(fā)電的關鍵技術也是從國外引進，一般在原有燃煤機組的基礎上進行改造。秸稈氣化發(fā)電技術具有完全的自主知識產(chǎn)權，已進入應用示范階段，裝機容量一般在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，通過汽輪機的渦輪膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機發(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，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、供風系統(tǒng)，特別是進料系統(tǒng)在結構上都要與秸稈的這些特性相適應。
秸稈直燃發(fā)電工程建設以丹麥BWE公司為代表，采用水冷式振動爐床燃燒技術，較好地適應了秸稈類燃料“兩小兩多”的特點。在該技術工藝中，秸稈首先由螺旋進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)進料的推動下移動到固定爐排的上方振動爐排上進行燃燒，在爐排振動的作用下，焦炭不斷移動位置，這就克服了傳統(tǒng)爐床燃燒技術中燃料分布不均勻、燃燒效率低的缺點。水冷可以保護爐排以免燒壞，同時也減少了結渣現(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)生高溫腐蝕的特點進行了針對性設計。
BWE公司已在丹麥、瑞典、芬蘭、西班牙等國建設了數(shù)十個秸稈發(fā)電站。我國同能生物發(fā)電有限公司引進丹麥BWE技術在國內(nèi)建設的第一座生物質(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，設計負荷為25MW，每年可消耗棉稈20萬t。由該公司投資建設的威縣、成安、高唐、墾利、射陽5個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)電項目和�？h、望奎、鹿邑、遼源4個以玉米稈、小麥稈等黃色秸稈為主要燃料的項目也相繼投產(chǎn)運行。截至目前，該公司已有10個生物質(zhì)直燃發(fā)電項目實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，截至2007年底，國家和各省發(fā)改委已核準項目87個，總裝機規(guī)模220萬kW。全國已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項目超過15個，在建項目30個多。
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）以下的秸稈對鍋爐穩(wěn)定運行影響不大，在技術上是可行的。實施時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。國外進行的大量試驗和工程實踐表明：秸稈原料混燒的熱量比例<2%時，無需對電廠原燃煤系統(tǒng)進行任何改造，電廠運行的安全性和經(jīng)濟性也不受影響；比例在5%和10%之間時，混燒技術的優(yōu)勢可以充分發(fā)揮出來，所引起的設備投資和運行費用的增加也可以從混燃的收益中得到補償，目前國外的工程應用大多在此范圍內(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，電廠的經(jīng)濟性和安全性將受到影響。
2005年，華電國際十里泉電廠從丹麥引進技術設備，對1臺14萬kW機組的鍋爐燃燒器進行了秸稈混燒技術改造。該項技術改造總投資8300萬元，改造后實現(xiàn)了秸稈與煤粉混燒，秸稈摻混質(zhì)量比<20%，也可單獨燒煤。
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碳氫化合物裂解，變成較低分子量的CO，H2，CH4等可燃氣體。該氣體用于發(fā)電的方式主要有3種：一是將可燃氣作為內(nèi)燃機燃料，用內(nèi)燃機帶動發(fā)電機發(fā)電；二是將可燃氣作為燃氣輪機的燃料，用燃氣輪機帶動發(fā)電機發(fā)電；三是用燃氣輪機和蒸汽輪機兩級發(fā)電，即利用燃氣輪機排出的高溫廢氣把水加熱成蒸汽，再推動蒸汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。我國目前主要是采用第1種方式。目前，國內(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)生的可燃氣體中焦油含量高，應用極為不便。山東省科學院能源研究所開發(fā)了兩步法固定床氣化技術，原料首先在裂解器中經(jīng)過干燥和熱解，再進入氣化爐中完成氧化和還原，解決了以往技術中的焦油難題，較好地滿足了內(nèi)燃機的工作要求，形成了兩步法生物質(zhì)同定床氣化發(fā)電技術。
其主要特點為：一是燃氣清潔、焦油含量低。經(jīng)過簡單過濾和凈化后，燃氣中總雜質(zhì)含量<20mg/Nm3．能夠滿足氣體內(nèi)燃機工作的要求。二是無二次污染。以前的固定床氣化技術中，燃氣中焦油一般通過水洗去除，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氣經(jīng)過旋風分離器、織物過濾器除塵后進入水冷器間接換熱，整個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。
山東省科學院能源研究所利用該項技術已經(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)已實現(xiàn)穩(wěn)定并網(wǎng)發(fā)電。系統(tǒng)的裝機容量為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)濟性。
流化床氣化與固定床相比具有原料處理能力強、氣化反應速度快、系統(tǒng)容易放大等優(yōu)點。但較高的操作氣速也會帶來氣體中含灰較多、后續(xù)除塵凈化負擔增加等問題。流化床氣化爐在水分、熱值方面對原料的種類適應性較廣，但對原料的粒度要求較為嚴格，一般秸稈類原料要粉碎到20mm以下才能滿足流化床對原料的流化性能要求。
中國科學院廣州能源研究所在循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化發(fā)電技術上的研究和應用開發(fā)取得了較快進展。該技術工藝流程如圖3所示。其原理為生物質(zhì)原料進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。燃氣中攜帶的焦炭被慣性除塵器分離后流回爐內(nèi)繼續(xù)反應；依次經(jīng)過旋風分離器、文氏管除塵器后，燃氣中的固體顆粒和微細粉塵基本被清洗干凈；燃氣中的焦油采用吸附和水洗的辦法進行清除，主要設備是兩個串聯(lián)的噴淋洗氣塔；清潔的燃氣被送入內(nèi)燃機帶動發(fā)電機發(fā)電。廣州能源研究所利用該項技術在全國建設了十幾個生物質(zhì)氣化發(fā)電站，取得了較好的經(jīng)濟效益，為秸稈發(fā)電技術的產(chǎn)業(yè)化推廣積累了寶貴的經(jīng)驗。
2、我國秸稈發(fā)電存在的問題2.1秸稈收集成本過高
在發(fā)達國家，農(nóng)場種植較為集中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化程度高，秸稈收集便利，這與國內(nèi)情況有很大不同。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分散，秸稈堆積密度小、收集費時費力、運輸成本高，再加上農(nóng)村留守勞動力短缺、換茬農(nóng)時緊張，農(nóng)戶出售秸稈的意愿不高�，F(xiàn)在秸稈發(fā)電項目的燃料來源主要依靠經(jīng)紀人，這造成許多秸稈收不上來，形成了假性的供不應求局面，再加上一些經(jīng)紀人故意囤積秸稈，大大抬高了電廠的燃料成本。
華電國際十里泉電廠混燒秸稈發(fā)電項目投產(chǎn)前預計秸稈收購價格為100元／t，運行后秸稈的收購價格高至400元／t。國能單縣生物發(fā)電廠在全縣范圍內(nèi)設有8個棉柴收購站，棉柴到站價格為180元／t，到廠價格約為230元／t。國能望奎生物發(fā)電廠玉米秸稈到廠價格為270元／t。考慮到秸稈的熱值僅有煤的50%，所以在燃料價格上，秸稈與煤相比并無任何優(yōu)勢。這種局面給秸稈電廠運行帶來很大的壓力，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、價格高的問題應從以下兩方面著手。首先，在秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，政府應積極配合做好引導、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，秸稈電廠應積極探索既適合當?shù)貙嶋H情況又符合市場操作的秸稈收貯運模式，提高效率、降低收購成本。
2.2技術需進一步改進
我國建成的直燃發(fā)電項目核心設備都是從丹麥BWE公司引進的，基本解決了國產(chǎn)秸稈鍋爐結焦、腐蝕和效率低等問題，但進口設備成本高昂。因此，應在消化吸收國外技術的基礎上，加強自主研究開發(fā)，完成關鍵設備的國產(chǎn)化。
秸稈氣化發(fā)電方面，應進一步優(yōu)化工藝路線，提高系統(tǒng)效率，降低燃氣凈化除焦成本，提高發(fā)電機組運行穩(wěn)定性，從而進一步提高秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性和競爭力。
2.3國家配套政策不完善
秸稈發(fā)電項目的立項和審批手續(xù)復雜，國家政策細則實施不夠，各級政府部門不清楚對此類項目如何操作管理，立項困難。特別是對于氣化發(fā)電項目，由于裝機容量較小，基本在用戶側接入，對大電網(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)電項目的立項審批程序。建議國家相關部門針對可再生能源發(fā)電項目特點．制定科學、合理、可操作性強的立項管理辦法，簡化項目行政許可程序。
3、秸稈發(fā)電技術應用前景
時下油價高、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環(huán)境兩個方面都能發(fā)揮重要作用。我國秸稈資源豐富，秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有較好的發(fā)展基礎。隨著越來越多的秸稈發(fā)電項目的建成和運行，秸稈收貯運喂、鍋爐設備、氣化設備、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)濟效益和社會效益逐漸顯現(xiàn)。國家相關的優(yōu)惠政策和建設標準相繼出臺、立項審批程序的規(guī)范和簡化，這些因素都會吸引越來越多的技術力量和資金力量投入到秸稈發(fā)電領域，秸稈發(fā)電技術和產(chǎn)業(yè)必將進入一個快速發(fā)展時期。
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