生物质耦合发电技术浅述

摘  要：中国生物质资源丰富，但利用效果不好。本文主要论述了生物质耦合发电技术路线，希望通过实施生物质耦合发电技术，推动生物质资源的有效利用，为老百姓和企业带来一定的经济收入。

关键词：生物质;耦合发电

引言

中国是一个农业大国，生物质资源十分丰富，各种农作物每年产生秸秆6亿吨，其中可以作为能源使用的约4亿多吨。全国林木总生物量约190亿吨，可获得量为9亿吨，可作为能源利用的总量约为3亿吨。

虽然历年来，政府部门对燃烧农作物秸秆明令禁止，并且作为季节性的核心工作来抓，禁烧的效果虽有，但却是“年年禁，年年烧。”究其原因，就是没有方便、有效的利用方式，农作物秸秆不能及时处理，就地堆放占用耕地，影响农业生产，虽然有些地方有集中存放地，但火灾风险较大，對人民生命财产安全造成威胁。

尽管国家出台了一系列文件，提倡发展生物质发电，生物质电厂也迅猛发展，但制约发展的瓶颈也较为显著：生物质锅炉参数普遍较低，基本上是中温中压或者次高温次高压，单纯靠生物质直燃技术很难将蒸汽参数提高。生物质锅炉容量较小，燃料供应量、燃料特性决定了生物质直燃锅炉不可能做的太大。整体热效率低，发电成本高，受到季节性影响较大，发电小时数无法保证。对耐腐蚀特殊钢材要求较高，锅炉受热面所用的钢材与超临界机组近似，制造成本居高不下。烟气污染物排放水平低于常规流化床，NOx排放难于实现超低排放，因为采用SNCR或者SCR，对反应温度要求较高，在生物质锅炉中很难找到合适的温度区段进行脱硝装置的布置。

基于以上的各种研究困难，生物质耦合发电技术悄然兴起，利用原有的锅炉进行改造，实现生物质燃料与煤炭的耦合发电，这种技术可以大大提高机组整体热效率，降低了发电成本，降低单位造价，节约投资，烟气污染物可以达到超低排放水平。

1生物质耦合发电技术种类及对比

生物质耦合发电方式主要有3种：1、生物质气化耦合发电技术;2、生物质气化联合循环发电技术;3、生物质直燃耦合发电技术。

1.1生物质气化耦合发电技术

生物质气化发电是指生物质在气化炉中气化生成可燃气体，经过净化后驱动内燃机或小型燃气轮机发电。生物质气化是通过生物质在高温（800℃ ～ 900℃）下不完全氧化将生物质转化为H2、CO、CO2及CH4 等无害气体，这些混合气体放在一起就可以为发电装置提供动力。气化炉是气化反应的主要设备，生物质在气化炉中完成了气化反应过程，并转化为生物质燃气。

利用生物质进行气化耦合发电主要包括三个步骤，一是将生物质进行气化处理，将固体物质在发电的过程中转换为气体燃料，二是对收集到的气体进行净化操作，去除气体内富含的杂质，三是供给发电装置。

1.2生物质气化联合循环发电技术

整体生物质气化联合循环发电系统，是将生物质气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即生物质的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。

第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、生物质燃气净化设备，第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。BIGCC的工艺过程如下：生物质经气化成为中低热值生物质燃气，经过净化，除去燃气中的粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。

大规模的气化—燃气轮机联合循环发电系统作为先进的生物质气化发电技术，能耗比常规系统低，总体效率高于40%，但关键技术仍未成熟，尚处在示范和研究阶段。

1.3生物质直燃耦合发电技术

这种发电技术就是在原来的燃烧煤炭等矿物燃料的基础上，在锅炉中又添加了一些生物质，将生物质和矿物燃料共同燃烧发电。这是目前生物质发电技术的重要发展路径。它具有以下两个优点：一是发电效率高，二是当混合燃料中生物质的比例小于20%的时候，可以直接使用火力发电的技术、装备，并不需要对其进行改造。也就是说，这种技术可以直接应用到现在所有的火力发电厂，而且不会耗费太多的成本。

我国电力发展“十三五”规划中，就要求加快燃煤与生物质耦合发电关键技术研发与应用。燃煤与生物质耦合发电是当前高效且清洁利用生物质的技术路线。

生物质耦合发电机组与直燃生物质锅炉相比，避免了因生物质燃料短缺造成的机组停运，提高了机组的可利用小时数。

我国首台农林生物质与煤混合燃烧发电机组于2005年在山东十里泉发电厂投产。该厂采用了煤与生物质（秸杆）混燃技术，改造后的锅炉可将农林生物质与煤粉混烧，也可继续单独燃用煤粉，每年可燃用秸秆10万t左右。按机组年利用6000h，秸秆发电量占机组发电量20%计算，该机组可节约标煤约57184t，年利润总额约139.16万元。

2010年徐矿电厂在300MW循环流化床机组上也进行了生物质直接混合燃烧试验，利用原上煤系统，在煤场进行农林生物质与原煤的混合掺配后，通过锅炉原给煤系统进入炉膛燃烧，在农林生物质掺烧比重不大于20%的工况下，机组在60-100%负荷区间，运行工况良好。

2结论

上述3种生物质耦合发电技术进行对比分析，生物质直燃耦合技术有如下优点：

（1）技术性能：技术成熟，原料预处理过程简单，可以适应多种生物质原料，扩大了原

料的来源。

（2）环境效益：由于生物质燃料取代部分燃煤，减少了CO2、SO2的排放，符合节能减排政策。

（3）经济性：初始投资少，由于利用既有大型高效发电系统，极大地提高了生物质能转化为电能的效率。

（4）灵活性：直燃耦合技术路线可以适用于不同容量等级的燃煤发电机组，可以充分利用电厂大型火力机组既有的高效发电设备，保证在任何规模下都有较高的发电效率。

农林生物质燃料直燃耦合技术与超临界超低排放循环流化床技术的融合，在既有的优化设计基础上进行升级优化，发挥超临界机组效率高、污染物排放低、燃料适应性强、负荷调节范围宽等特性，改造成本最低，节约初投资及运行成本，经济效益显著。

超临界循环流化床锅炉农林生物质燃料直燃耦合发电技术符合国家能源局《能源技术创新“十三五”规划》中应用推广类T11项，此项技术的推广应用，必将引领生物质燃料发电的行业变革，开创循环流化床锅炉农林生物质燃料掺烧的新领域，破解当前生物质综合利用的难题，降低环境污染，提高可再生能源的利用效率，符合国家节能减排，降低对化石能源的依赖的要求，具有巨大的推广价值和广阔的应用前景。

作者简介：刘源，江苏徐州人，现任徐矿集团新疆阿克苏热电公司总经理助理，工程师职称，研究生学历。