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摘要：本文簡要闡述了生物質發電的幾種形式，對電廠鍋爐秸稈摻燒的優點進行了分析探討，并在此基礎上，對生物質發電廠如何進行大比例的秸稈摻燒進行了論述。
生物質發電是可再生能源發電的一種，是利用生物質所具有的生物質能進行發電。生物質發電是清潔的可再生能源，在我國當前環保壓力巨增的情況下，大力推行生物質發電，利用農作物秸稈等生物質燃料替代煤炭等化石燃料發電是火力發電廠節能減排的一個重要途徑，也是未來解決能源短缺的重要途徑之一。
1生物質發電的幾種形式
生物質發電的形式主要有直燃發電、氣化發電以及摻燒混合發電等。
生物質直燃發電是將生物質在鍋爐中直接燃燒，生產蒸汽帶動蒸汽輪機及發電機發電。生物質直接燃燒發電的關鍵技術包括生物質原料預處理、鍋爐防腐、鍋爐的原料適用性及燃料效率、蒸汽輪機效率等技術。
生物質氣化發電技術是指生物質在氣化爐中轉化為氣體燃料，經凈化后直接進入燃氣機中燃燒發電或者直接進入燃料電池發電。氣化發電的關鍵技術之一是燃氣凈化，氣化出來的燃氣都含有一定的雜質，包括灰分、焦炭和焦油等，需經過凈化系統把雜質除去，以保證發電設備的正常運行。
生物質摻燒混合發電是指將生物質燃料同煤混合作為混合燃料進行發電。混合燃燒方式主要有兩種。一種是生物質直接與煤混合后投入燃燒，該方式對于燃料處理和燃燒設備要求較高，不是所有燃煤發電廠都能采用；一種是生物質氣化產生的燃氣與煤混合燃燒，這種混合燃燒系統中燃燒，產生的蒸汽一同送入汽輪機發電機組。
直接燃燒發電技術是將秸稈粉碎后燃燒，需要一種專用的秸稈燃燒鍋爐。氣化發電技術是通過化學方法將固體的生物質能轉化為氣體燃料來進行發電。摻燒混合發電技術主要應用于燃燒電廠，可以有效提高燃煤的燃燒效率，具有較好的節能減排效果。
2電廠鍋爐秸稈摻燒的優點
我國是一個農業大國，生物質資源十分豐富，各種農作物每年產生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億噸，具有來源廣、污染低、可再生和CO2零排放等優點。
秸稈與礦物燃料相比，是新能源中最具開發利用規模的一種綠色可再生能源，秸稈為低碳燃料，揮發組分含量較高，含硫量和灰分都比煤低，因此，在電廠鍋爐中摻燒秸稈，可以有效減少溫室氣體、SO2等的排放，造成空氣污染和酸雨現象會明顯降低；秸稈田間焚燒處理是造成空氣污染的一個重要方面，將秸稈作為生物質燃料進行合理利用，一方面可以有效控制環境污染，減輕環保壓力，另一方面還可以在一定程度上增加農民收入，解決農民秸稈處理難題；在電廠鍋爐中摻燒秸稈，可以改善煤的著火性能，可以使煤獲得更好的燃盡特性，而且生物質燃料摻燒能夠替代部分煤炭，生物質燃料價格與煤價相比價格低廉，可以產生一定的直接經濟效益；此外，秸稈燃料燃燒后灰分很少，能夠在一定程度上減輕鍋爐設備的磨損。
3生物質電廠秸稈摻燒量的控制
秸稈與礦物燃料相比，其揮發組分高、含硫量和灰分都比煤低。
秸稈中堿金屬含量較高、灰熔點低，就其燃燒特性來說，屬于易結焦燃料，若單純以秸稈作為燃料，在鍋爐實際運行過程中，會在設備內產生腐蝕、燒結等問題，嚴重影響設備的可靠性、安全性、以及電站的經濟性，這已經為大量的國外經驗所證實。將秸稈與煤混合燃燒，電廠現有設備不需太大的改動，就能適應秸稈的多樣性，從技術角度而言，采用原生或壓縮成型秸稈與煤混合燃燒，是秸稈燃燒發電的主要出路，只要解決好電廠摻燒秸稈量的計量和監督問題，就能取得較好的環保與經濟效益。
相關研究表明，秸稈的燃燒特性普遍比較好。秸稈燃燒主要集中于燃燒前期，而煤燃燒主要集中于燃燒后期。摻混秸稈可以改善煤的著火性能，可獲得更好的燃盡特性。對不同比例的摻混成型秸稈燃燒實驗表明，秸稈燃燒在1050℃時未發生結焦，只要秸稈的摻燒量不超過20%，混合燃料的燃燒特性就比較接近煤的燃燒特性。無煙煤中摻混10%~20%的成型秸稈，混合燃料的燃燒特性接近于煙煤。摻混10%~20%的成型秸稈的混合燃料，污染物排放可以控制在要求范圍內。在目前的循環流化床鍋爐設備中，不經過改動，直接在煤中摻混10%~20%的成型秸稈，在技術上是完全可行的，摻燒秸稈有助于降低循環流化床鍋爐的飛灰與低渣含碳量，從而有助于提高鍋爐效率。
在實踐應用中，生物質發電廠秸稈摻燒量的控制是關鍵，而影響摻燒量的主要因素是秸稈的物質組成以及含水量。由于生物質燃料的供應問題，燃料的種類往往較為繁雜，有的燃料種類高達幾十種，這使得燃料的水分和灰分大大增加，質量下降，燃燒效率降低。同時，由于燃料種類復雜，燃料的酸堿成分也發生變化，會出現了鍋爐受熱面和除塵器等設備加快腐蝕的現象。也就是說，摻燒的秸稈種類越繁雜，含水量超出設計水分越多，那么摻燒量就受影響越大，反之，則可以獲得較高的摻燒比例。因此，在生物質發電廠進行大比例的秸稈摻燒，首先要解決的就是燃料供應的質量問題。
生物質燃料的供應質量與成型燃料的加工技術密切相關。就目前而言，我國生物質能的利用率還比較低，其中最大的一個因素便是生物質原料的收集存在一定的瓶頸。以秸稈為例，原料的收集、存儲、加工等環節目前尚未形成規模化、標準化、產業化的程度，秸稈原料的收集、運輸、存儲、加工在成本、技術等方面均在一定的難度，在一定程度上影響著其綜合利用。在應用環節，電廠要加大摻燒比例，勢必要控制燃料生產的各個環節，從收集、運輸、存儲、加工等環節形成完善的質量控制體系，才能最終確保燃料質量，進而為大比例摻燒提供一定的可行性。
4秸稈成型燃料加工技術
成型燃料是將干枯的草本類（如農作物秸稈）、木本類（如樹枝）植物經粉碎后，，在一定的壓力作用下壓縮成一種固形物，形狀有棒狀、塊狀和顆粒狀等等。生物質成型燃料的密度大大提高，貯運、使用都很方便，而且成型燃料燃燒容易、污染少，其燃燒時CO2的凈排放量基本為0，NOX的排放量僅為燃煤的1/5，SO2的排放量僅為燃煤的1/10。
生物質成型燃料與煤摻燒具有諸多優點，如熱能利用率高，經壓縮成型后的秸稈成型燃料，燃燒充分，黑煙少；火力持久，爐膛溫度高；生物質成型燃料貯運方便，經過適當壓縮成型加工后，生物質的體積可減少5～10倍，降低了流通環節的成本，有利于規模化加工和利用，便于在更廣大的農村發展生物質成型燃料加工廠，開拓就業機會、增加農民收入，是解決生物質燃料質量問題的有效途徑。
5結束語
在生物質發電廠進行大比例的秸稈摻燒，其關鍵環節并不在電廠鍋爐的技術改造，而在于生物質燃料的加工環節。直接將秸稈粉碎摻燒，無論在原料存儲還是質量控制方面都存在一定的難度，而采用成型燃料加工技術，將秸稈加工成成型燃料，只要管理得當，形成一套科學的加工流程與模式，完全可以有效控制燃料的質量，實現生物質燃料與煤的大比例摻燒，獲得更高的經濟與環保效益。
參考文獻：
[1]劉志超.秸稈直燃發電不同技術方法的安全經濟性對比[A].中國能源學會.第二屆電站鍋爐優化運行與環保技術研討會論文集[C].中國能源學會：，2014：6.
[2]肖宏儒，鐘成義，宋衛東，任彩紅，陳永生，朱德文.秸稈成型燃料加工裝備與摻燒發電研究[J].能源研究與利用，2008，（02）：26-28. |
