关键词：生物质能;发电技术;可再生能源;秸秆;热电联产
1生物质直燃发电技术
1.1水冷振动炉排炉
国内采用的水冷振动炉排炉很大一部分是国能生物质发电公司引进丹麦BWE公司研发的秸秆生物质燃烧发电技术，还有近几年经过国内锅炉厂家基于此技术消化吸收并改进的联合炉排技术，他们在参数上基本无异，均采用高温高压参数，蒸发量在130t/h及以下均能生产。
丹麦BWE公司在设计此炉型时主要是考虑本国的生物质燃料特性，主要燃料为麦秆，丹麦水冷振动炉排技术主要是为焚烧黄杆生物质而设计制造。主要燃烧过程：麦秆经过打包机打包成0.5吨左右的麦秆捆，然后由皮带输送到炉前。麦秆捆入炉燃烧采用“雪茄式燃烧”，同时破碎的秸秆通过抛撒或者风力输送进入炉膛燃烧。燃烧后散落或者未燃尽的麦秆、半焦等在炉排上继续燃烧。同时解决了尾部受热面腐蚀和高温受热面结焦结渣的问题。但是我国疆域辽阔，生物质秸杆种类繁多，秸杆收割目前基本实现机械化作业，但是大部分地区还不能实现机械化打包。因此绝大多数通过在干料棚内破碎后以散料形式进入炉膛燃烧。
1.2循环流化床锅炉
循环流化床锅炉技术最开始是为了燃烧劣质煤种（如煤矸石）逐渐发展起来的，目前国内在燃用低碱，低热值，高水分生物质燃料取得了良好的效果。如目前世界单机和总装机容量最大的广东粤电湛江生物质发电项目采用华西能源工业股份有限公司220t/h高温高压参数循环流化床锅炉，燃用的燃料主要是农林木材加工边角料和高水分低热值的甘蔗渣。
目前国内部分锅炉厂依托国内知名大学强大的科研能力，陆续掌握对生物质燃料适应性强，燃烧稳定的循环流化床锅炉技术。
1.2两种燃烧技术的比较
从工作原理角度分析水冷振动炉排属于典型的层燃燃烧，大部分燃料的燃烧发生在炉排上，很少部分燃烧发生在炉膛上部空间。而循环流化床锅炉则属于典型的沸腾炉燃烧，流化床锅炉中颗粒状的固体燃料与一定速度的空气在炉膛内混合，以流化状态进行燃烧。因此两种生物质锅炉在燃用生物质燃料时也有很大不同，主要表现在：
在燃烧温度方面，炉排炉燃烧温度明显较高，会导致对流受热面沉积、高温受热面金属腐蚀以及炉膛结渣。而循环流化床炉膛内加入大量惰性床料，床料和燃料的混合能均匀释放燃烧放出的热量，属于低温动力燃烧技术，能够有效减少受热面沉积和高温受热面腐蚀。
从燃烧污染物及净化角度分析循环流化床锅炉属于低温燃烧技术，其床料温度在800-950℃，在运行过程中过低的炉膛温度对采用炉内SNCR脱硝的效率造成较大影响，而水冷振动炉排炉的炉膛温度较高，可以选择合适的温度区间合理布置SNCR脱硝工艺。
2生物质锅炉燃烧分析
锅炉效率主要是在安全运行的 基础之上通过采用最佳的燃烧器运行方式、最佳的送风量 （最佳过量空气系数）以及最佳的一次风、二次风的配比来 得到优化的。
(1) 燃料的影响
不同的生物质燃料的组成成分以及性质是不同的。生物 质锅炉较为常用的燃料是黄杆和灰杆。黄杆着火快，燃烧时 间短，在炉膛内一般不会形成堆积；而灰杆着火慢，燃烧时 间长，容易形成堆积，也不易燃烧完全。因此不同的燃料对 应风量配比及炉排振动参数也是不同的。
(2) 一次风的影响
生物质燃料密度较低，结构较松散，挥发分含量较高， 着火热较低，挥发分析出的时间较短，若一次风供应不足， 挥发分容易不被燃尽而排出，会产生大量的青烟，使排烟含 碳量过高。若一次风量过大，会使未燃尽的小木炭随烟气排 入大气，不但使飞灰含碳量增加，影响燃烧的经济性，而且 可能会引起烟道尾部积灰以及尾部烟道的再燃烧，影响锅炉 和除尘器的安全运行。
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(3) 二次风的影响
二次风一方面为炉内未燃尽的燃料提供氧气，另一方面 压低火焰位置，防止火焰过分上飘，延长烟气在炉膛内的行 程，减少机械不完全损失，从而提高锅炉的效率。必须使一、 二次风合理地配比，才能保证燃烧能顺利地进行，使锅炉效 率达到最优。
(4) 送料风压力的影响
燃料投入的长度与送料风的压力有关。当送料风压力过 高时，燃料投入时分布会很长，甚至分布在炉排上超过 75% 的地方，燃烧就不会均匀。燃料投入的长度依靠送料风的压 力来调节，其分布依靠空气阀门来调节。
(5) 振动炉排的影响
如果炉排振动较小，就会使炉排上的燃料堆积过多，燃 料燃烧不完全，使飞灰含碳量增加；如果炉排振动幅度过大， 一些燃料来不及燃烧就会排入落渣口，增加了锅炉机械不完 全燃烧，降低了锅炉的整体热效率。
(6) 最佳过量空气系数
若空气供给量不足，会产生大量的还原性气体，从而影 响燃料的完全燃烧，使燃料堆积、炉排结焦等。若空气供给 过多，烟气含氧量过高，一方面增加了风机的功耗以及磨损， 另一方面会使未燃尽的燃料排入大气，增加排烟损失，降低 锅炉效率。
3生物质发电产业存在的问题与解决措施
3.1存在的问题
（1）作为生物质发电技术的核心装备生物质锅炉及其辅助设备费用较高，采用丹麦技术的水冷振动炉排炉在国产化后其费用将近占整个生物质电厂总费用的20%。
（2）目前国内生物质电厂主要是以直燃发电为主，上网电价每千瓦时0.75元（含税），盈利模式主要是依靠国家对农林生物质发电项目实行的标杆上网电价政策。
（3）根据国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》及发布的京津冀及周边“2+26”城市和汾渭平原地区加强大气污染综合治理的文件，未来会在一定程度上增加生物质电厂的运行成本。
3.2解决措施
本文针对生物质电厂存在的问题，为提高生物质电厂的竞争能力和盈利能力给出以下几点措施：
（1）积极探索和发展具有自主知识产权的燃烧技术以降低投资费用。就目前国内130t/h高温高压参数生物质直燃水冷振动炉排炉采用进口技术设备购置费比国产自有技术的锅炉购置费用高出将近1/3-1/2。像锅炉辅助设备，如炉前给料和上料系统均已国产化，费用较生物质发电刚起步时已大大降低，但是在主要的核心零部件上仍采用国外技术，这在一定程度上也推高了设备购置费用。未来在生物质核心装备和关键零部件国产化上，仍需加大研发力度。
（2）在电厂内部层面和当地政策层面上逐步完善生物质燃料收储运体系，有效降低生物质燃料成本。
（3）由目前直燃发电为主积极向热电联产方向转型。根据由国家十部委编制的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》(发改能源[2017]2100号)和国家发改委、国家能源局联合下发的《关于促进生物质能供热发展指导意见的通知》(发改能源[2017]2123号)，在国家层面已积极支持生物质直燃发电向生物质热电联产方向转型。目前在国家标杆上网电价政策还没有退出之前，已运营生物质电厂应未雨绸缪，根据当地工业园区的工业热负荷和当地城市供热规划，积极向热电联产方向转型。
参考文献：
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[2]秦建光，余春江，王勤辉，等.流化床秸秆燃烧技术与开发[J].水利电力机械.2010（12）：70-75.
[3]孙永明，袁振宏，孙振钧.中国生物质能源与生物质利用现状与展望[J].可再生能源.2013（2）：78-82.
论文作者:陶志军
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第21期
论文发表时间:2020/5/8