生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)在我國的應(yīng)用

彭永軍，謝東升

(國能生物發(fā)電廠，內(nèi)蒙古赤峰024000)

　　摘要：介紹了生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)的工藝流程，通過對(duì)生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)在美國、瑞典和丹麥等國的應(yīng)用情況分析，闡述了生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)在我國應(yīng)用的意義以及經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　1前言

　　我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源十分豐富，各種農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈6億多t，其中可以作為能源使用的約4億t，全國林木總生物量約190億t，可獲得量為9億t，可作為能源利用的總量約為3億t。如加以有效利用，開發(fā)潛力將十分巨大。但是，目前這些寶貴的生物質(zhì)資源并沒有被很好地利用，每年都有大量的秸稈被廢棄或就地焚燒，不僅浪費(fèi)了寶貴的能源資源，還污染了環(huán)境，干擾公路交通和飛機(jī)起降，對(duì)人們的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生了不利影響。針對(duì)我國的自然情況說明了隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用的前景和效益。

　　2現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

　　目前，生物質(zhì)能技術(shù)的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計(jì)劃，如日本的陽光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場(chǎng)和巴西的酒精能源計(jì)劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當(dāng)大的比重。而且國外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用程度，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)，以美國、瑞典和丹麥三國為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，分別占該國一次能源消耗量的4%、16%和24%。

　　在美國，生物質(zhì)能發(fā)電的總裝機(jī)容量已超過10000MW，單機(jī)容量達(dá)10～25MW;美國紐約的斯塔藤垃圾處理站投資2000萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣用于發(fā)電，同時(shí)生產(chǎn)肥料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應(yīng)用最有特色的國家，實(shí)施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計(jì)劃，目前乙醇燃料已占該國汽車燃料消費(fèi)量的50%以上。美國開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精的技術(shù)，建立了lMW的稻殼發(fā)電示范工程，年產(chǎn)酒精2500t。

　　其它諸如奧地利、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進(jìn)行各自的研究與開發(fā)，并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開發(fā)體系，擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)70年代爆發(fā)世界第一次石油危機(jī)后，能源一直依賴進(jìn)口的丹麥，在大力推廣節(jié)能措施的同時(shí)，積極開發(fā)生物質(zhì)能等清潔可再生能源，現(xiàn)在秸稈發(fā)電等可再生能源已占丹麥能源消費(fèi)量的24%以上。丹麥BWE公司是亨譽(yù)世界的發(fā)電廠設(shè)備研發(fā)、制造企業(yè)之一，長(zhǎng)期以來在熱電、生物發(fā)電廠鍋爐領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位。丹麥BWE公司率先研發(fā)的秸稈生物燃燒發(fā)電技術(shù)，迄今在這一領(lǐng)域仍是世界最高水平的保持者。而在我國，生物質(zhì)直燃發(fā)電尚處于起步階段。

　　3生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的意義

　　a.目前，絕大部分農(nóng)作物秸稈因得不到有效利用而就地焚燒于農(nóng)田，不僅浪費(fèi)了大量的能源，還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，給社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了一定程度的負(fù)面影響。

　　b.眾多糧食、木材、茶葉、果類等加工廠，每天都有大量的谷殼、鋸末、木屑、果殼等廢棄物產(chǎn)出堆放，利用生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)將其轉(zhuǎn)換成高品位的電能，從而實(shí)現(xiàn)變廢為寶，可謂一舉兩得。

　　c.我國的邊遠(yuǎn)地區(qū)，生物質(zhì)資源豐富，且多屬于缺電、少電地區(qū)，可利用生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)就地取材，生產(chǎn)出電能和熱能滿足當(dāng)?shù)厝∨陀秒姷男枰?/p>

　　d.生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)之所以具有廣闊的市場(chǎng)前景，其優(yōu)勢(shì)在于可再生能源中，生物質(zhì)能以實(shí)物形式存在，具有可儲(chǔ)存、可運(yùn)輸、資源分布廣、環(huán)境影響小、可以持續(xù)利用等特點(diǎn)，受到世界各國的青睞。生物質(zhì)能是目前應(yīng)用最為廣泛的可再生能源，其消費(fèi)總量?jī)H次于煤炭、石油、天然氣，位居第四位，并且在未來可持續(xù)能源系統(tǒng)中占有重要地位。

　　開發(fā)利用可再生能源特別是生物質(zhì)直燃發(fā)電，符合科學(xué)發(fā)展觀，符合實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求。政府對(duì)開發(fā)和利用可再生能源給予有力的法律、政策支持。2005年2月全國人大通過了《中華人民共和國可再生能源法》，2006年1月正式實(shí)施?，F(xiàn)在，國家已將開發(fā)利用生物質(zhì)能作為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村和建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的重要政策和措施之一。我國在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃中，明確提出建設(shè)生物質(zhì)發(fā)電550萬kW裝機(jī)容量的發(fā)展目標(biāo)。在《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中，又進(jìn)一步提出到2020年生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3000萬kW，生物質(zhì)能利用量占到一次能源消費(fèi)量4%的目標(biāo)。

　　4工藝流程

　　生物質(zhì)燃料通過上料系統(tǒng)在生物質(zhì)電站鍋爐直接進(jìn)行燃燒，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能并通過汽輪機(jī)做功產(chǎn)生機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。整套系統(tǒng)主要由汽輪發(fā)電機(jī)、生物質(zhì)直燃鍋爐、給料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、除塵、除渣裝置等組成。生物質(zhì)直燃發(fā)電與燃煤發(fā)電十分相似，兩者都是燃料在鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生蒸汽、汽輪機(jī)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。但由于燃料的特性不同，這兩種發(fā)電方式也有區(qū)別，主要是生物質(zhì)燃料具有高氯、高堿、揮發(fā)份高、灰熔點(diǎn)低等特點(diǎn)，燃燒時(shí)易腐蝕鍋爐，并產(chǎn)生結(jié)渣、結(jié)焦等，因此，對(duì)生物質(zhì)直燃鍋爐的設(shè)計(jì)有特殊的技術(shù)要求。生物質(zhì)直燃發(fā)電工藝成熟，整套生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)可以穩(wěn)定而連續(xù)的運(yùn)行，并能夠高效率、大規(guī)模地處理多種廢棄生物質(zhì)，并且原料易于就地收集且運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本相對(duì)較低，因此非常適合在我國進(jìn)行大規(guī)模推廣。

　　在我國，生物質(zhì)原料數(shù)量雖然巨大，但來源較為分散，與西方農(nóng)場(chǎng)化耕作模式有較大的差別，為適合我國的國情，需要建立一套科學(xué)合理的收集體系。生物質(zhì)燃料的原料主要是農(nóng)林業(yè)廢棄物，存在著季節(jié)性強(qiáng)，收集運(yùn)輸困難的問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分布在面積廣闊的農(nóng)田上，農(nóng)作物收割后秸稈廣泛的分布在農(nóng)村地區(qū)，且秸稈體積大，不便于運(yùn)輸;樹枝等林業(yè)廢棄物絕大部分分布在山區(qū)，交通不便，收集工作量大。因此，如何建立科學(xué)穩(wěn)定收、儲(chǔ)、運(yùn)體系是保證生物質(zhì)直燃電廠穩(wěn)步發(fā)展、安全供應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。技術(shù)應(yīng)用路線見圖1

。

　　5效益分析

　　5.1經(jīng)濟(jì)效益

　　以一臺(tái)12MW機(jī)組為例，工程投資約16000萬元，機(jī)組年發(fā)電量8500萬kW?h，按上網(wǎng)電價(jià)0.585元/kW?h計(jì)算(生物質(zhì)發(fā)電高于脫硫機(jī)組電價(jià)0.25元/kW?h)，銷售收入可達(dá)5000萬元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)350萬元。利用稅后利潤(rùn)和折舊每年償還貸款1200萬元，14年便可收回投資。

　　5.2社會(huì)效益

　　a.可有效改善農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)民收入。

　　生物質(zhì)電廠的建設(shè)，使生物質(zhì)資源變廢為寶。據(jù)測(cè)算，1×12MW的發(fā)電項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，每年收購生物質(zhì)資源費(fèi)用約為3000萬元

，可提供就業(yè)崗位80多個(gè)，還可提供一定數(shù)量的臨時(shí)用工機(jī)會(huì)，增加了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入，為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)帶來新的活力，在一定程度上改善了農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。

　　b.可以從根本上解決秸稈在田間直接焚燒問題，減少大氣污染，減少煙霧對(duì)交通和環(huán)境的影響。

　　c.能夠有效杜絕秸稈的隨地堆放，促進(jìn)農(nóng)村文明建設(shè)，減少火災(zāi)隱患。

　　d.生物質(zhì)燃料燃盡后的產(chǎn)物以飛灰和灰渣的存在形式被收集利用，這種灰分含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農(nóng)業(yè)肥。

　　e.生物質(zhì)直燃發(fā)電對(duì)減少溫室氣體排放，減緩氣候變暖具有重要作用。是我國應(yīng)對(duì)氣候變化、維護(hù)國家環(huán)境與發(fā)展利益，樹立負(fù)責(zé)任的大國形象的重要措施。

　　6結(jié)束語

　　在我國對(duì)可再生能源制定的政策引導(dǎo)下，生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)一定會(huì)得到積極的推廣，生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)也一定會(huì)蓬勃的發(fā)展和壯大，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)反哺農(nóng)業(yè)，解決“三農(nóng)”問題，建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村，建設(shè)生態(tài)文明做出更大貢獻(xiàn)。