生物质能发电技术介绍

生物质能发电技术介绍
2007年3月
我国生物质能发电技术方向探讨
来源：中国电力报我国地域辽阔，在地理、气候、作物种类、农村经济、文化、生活习惯等方面，各个地区的差异很大，所以单一技术不可能支撑一个产业。

技术的多元化是支持秸秆发电产业的基础，特别是需要国有技术的支持。

据发改委能源研究所有关专家介绍，秸秆气化发电、秸秆直燃发电、煤与秸秆混燃发电都是可以采用的技术路线。

秸秆直燃发电是采用锅炉-蒸汽-蒸汽轮机-发电机的工艺路线，可以借鉴的相关技术比较多，而且可以采用热电联供的方式提高系统效率，其特点是规模效益明显，如发电装机容量小于1万千瓦，系统效率将明显下降。

煤-秸秆混燃技术的特点是可以对现有的小型热电厂进行改造，与新建电厂相比，投资很少。

但是首先需要解决好电厂掺烧秸秆量的计量和监督的问题。

由于每种技术都有各自的特点，所以，不应该完全肯定或完全否定某一项技术。

关键是在选择技术路线时，必须充分考虑项目所在地的实际情况，采用最适宜的技术。

生物质发电最大的问题是资源的收集，这在我国尤其困难。

我国大部分地区都是以农户为农业生产单位，户均耕地占有面积很小，根据对我国粮食产量最大的五个省的统计，每年每户的秸秆可获得量仅为4～5吨。

以2.5万千瓦的秸秆发电厂每年消耗秸秆20万吨计，需要从近5万户农户收购，这些秸秆还是分夏秋两季提供，意味每年需要完成近10万笔秸秆收购交易，无论对收购的组织还是收集成本控制都是极大的考验。

能源转换产业的规模效益非常明显，国外秸秆发电也有向大规模发展的趋势，但是其农业生产以农场为主，每个收购合同或收购交易可以提供的秸秆数量远远超过我国。

因此，根据我国的国情，除了黑龙江、新疆等地，其他省份的秸秆发电项目规模不宜太大。

有关专家曾对收集秸秆的运输成本进行过详细的调查和测算，发现收集半径在15千米以内，其运输成本增加很少。

半径15千米可以提供的秸秆为10千米的一倍以上，所以，可在此范围内有选择性地收购，以有效地防范秸秆收购价格被恶意抬升的风险。

生物质发电不是小火电
生物质发电并非传统意义上的小火电。

作为生物质能产业的重要领域，生物质发电其实是一项为国家增加能源供给、保护生态环境、服务“三农”的重要措施。

我国目前已实现并网发电的4个生物质直燃发电项目中，均采用的是2.5万千瓦级的发电机组。

从世界上一些生物质直燃发电比较发达的国家来看，目前也均采用的是2.5万千瓦级或1.2万千瓦级，甚至更小容量的发电机组。

而当今世界上运行的最大的生物质直燃发电机组是英国的ELY电厂，装机也仅为3.8万千瓦。

仅从单机容量来看，各界人士会轻易地误将其视为常规小火电。

面对这样的困惑，社会各界需要正确认识和理解生物质发电项目自身的一些特点。

首先，使用燃料的不同，从根本上区分了生物发电与常规小火电的性质。

常规小火电一般都是燃烧不可再生的化石能源，而且大部分小火电设备落后，生产效率很低，造成大量的能源浪费。

生物质发电利用可再生的植物秸秆做燃料，加之我国生物质资源非常丰富，所以未来生物质发电将会在替代能源中扮演重要角色。

其次，从环保的角度看，常规小火电属于重污染项目，燃烧煤炭所产生的大量二氧化碳和二氧化碳对环境的破坏非常严重。

而生物质发电使用的是清洁的生物质能源，绿色无污染。

而且，收集农林废弃物来发电，还避免了农民大量焚烧秸秆带来的环境污染。

以国能单县生物发电项目为例，2.5万千瓦的发电机组一天就能处理农林废弃物约600吨。

最后，从服务“三农”的角度看，我国的生物质资源主要集中在农村，开发利用农村丰富的生物质资源，可以缓解农村及边远地区的用能问题，显著改进农村的用能方式，改善农村的村容村貌和居民生活条件。

对农林废弃物的采集、加工、运输、储存，会提高农民收入，增加农民就业机会，开辟农业经济和县域经济新的产业。

而常规小火电就不具备这些优势。

所以，生物质能发电和一般意义上的小火电有很大区别。

有观点把大力发展生物质能产业比喻成一件“一石四矢”的好事：能源替代，环境保护，农民增收，新经济增长点。

信息来源：中国工业报
秸秆创造惊奇？
2007年02月13日
来源：《中国投资》作者：陈蕾
不管是用来发电还是制酒精，一旦突破核心技术，形成产业化，对新农村建设都是一个巨大的支持
对绝大多数中国农民来说，都没有听说过去年发生的两件小事，但对他们来说，这可以称得上是特大喜讯。

2006年08月28日，全球第二条千吨级纤维乙醇生产线在河南天冠集团开工建设，投产后每年可消化玉米和小麦秸秆18000吨，以6∶1的全球同行业最高转化率生产3000吨燃料酒精。

同年12月，由中节能生物质能投资有限公司（以下简称中节能生物质能公司）投资建设的我国第一个拥有自主知识产权的国产化秸秆直燃发电示范项目点火运行，标志着国产化秸秆直燃发电进入了一个新的发展时期。

不管是制酒精，还是发电，对农民来说都意味着一件事：增收。

在替代能源发展备受重视的大背景下，普通的农作物秸秆也被赋予了重大的商业意义，如今它们被冠以一个新的名字：生物质能。

早在去年8月，在北京召开全国生物质能开发利用工作会议上，国家发改委副主任陈德铭强调指出了三点：开发利用生物质能是调整能源结构、保障能源安全的重要措施；是保护环境、要实现可持续发展的重要途径；是促进农村经济发展、建设社会主义新农村的重要举措。

国外样板
中节能生物质能投资有限公司副总经理吴效华博士告诉《中国投资》：作为一种重要可再生能源，生物质能的发展前景非常广阔，国外很早就涉足秸秆发电的研究。

生物质直燃发电是利用生物质燃烧发电的技术，主要原料是农林废弃物、城市固体废弃物等，目前我国主要集中开发以农林废弃物为原料的农林生物质发电。

国能生物发电有限公司有关负责人对《中国投资》表示，生物质能直燃发电作为生物质综合开发应用的重要内容，就是通过高效率的锅炉技术燃烧农作物秸秆、林木废弃物等可燃生物质进行发电。

自1970年代石油危机以来，生物质能的开发利用受到了各国关注。

以芬兰为例，芬兰本国没有化石燃料资源，因而生物质发电量占本国发电量的11%，居世界第一位。

1988年在丹麦诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂，如今已有130家秸秆发电厂。

靠新兴替代能源，丹麦由石油进口国一跃成为石油出口国。

目前在丹麦、荷兰、瑞典、芬兰等欧洲国家，利用植物秸秆作为燃料发电机组已有300多台，社会和经济效益都很好。

尤其是北欧等发达国家已拥有较为成熟的生物质能发电技术，生物质能发电量在发达国家的电力总量中所占比重逐年上升，其中瑞典的生物质能源利用率已占其能源消费总量的16%左右。

有消息称，到2020年，西方工业国家15%的电力将来自生物质发电，而目前生物质发电只占整个电力生产的1%。

届时，西方将有1亿个家庭使用的电力来自生物质发电，生物质发电产业还将为社会提供40万个就业机会。

发展农作物秸秆直燃发电，不仅节能和环保效益显著，而且能够成为我国最大的支农产业。

有专家指出，可供直燃发电的2亿吨秸秆折合标准煤1亿吨。

以秸秆代替煤炭作为发电新能源，是我国生物质能发电领域的重要突破，是利用可再生资源、大力发展循环经济的重要尝试，有利于经济增长方式的转变和农村经济的发展。

有待检验
尽管与风电、光电等相比，生物质发电克服了波动性和间歇性的缺点，但还有一个不容忽视的问题就是秸秆资源和运输环节问题。

国家发改委能源研究所副所长李俊峰对《中国投资》表示，目前我国的秸秆产量大约是6亿吨，还田大约需要秸秆2亿吨左右，畜牧业养牛大约1亿吨，烧柴取暖和农民盖房子大约1亿多吨，可供直燃发电的秸秆资源量不足2亿吨。

建立秸秆收集网络、保证秸秆资源供应是项目实施过程的一个关键环节。

与国外农场式的农作物种植模式完全不同，中国大部分家庭的种植面积很小，土地大都复耕，种植种类变化大。

这意味着，收集秸秆的难度较大，而且收集运输过程本身需要消耗大量能量，经济性有待经验。

吴效华介绍说，中节能生物质能公司的试运行项目起到了很好的示范作用。

宿迁秸秆直燃发电示范项目已在当地形成了农民—贩草户—草场—秸秆电厂一条完整的产业链，即农民将秸秆销售给贩草户，贩草户将收购的草出售给草厂，草厂经过加工打包，然后运输到电厂销售。

《中国投资》在采访中了解到，前期通过政府和项目公司大力宣传，很多农民坚持低茬收割，自觉收储秸秆，集中堆放择机销售。

许多农民经纪人主动与项目公司联系，积极建立草场和收储基地，并与中节能生物质能公司签订了合作协议。

此外，国能生物发电有限公司经过一年多的实践，在燃料收、储、运方面也初步探索出一条符合中国国情的、适合公司发展的运作模式。

李俊峰对记者说，目前在我们国家生物质能秸秆发电的技术不是问题，很早就有专家涉足研究这一领域，并且政策也非常支持，目前主要困难就是秸秆的收集和储存。

“对秸秆发电项目，我们不能太乐观，也不能太悲观，一个项目需要运行一段时间后才能看出是否可行”。

社会效益
然而，国家“十一五”规划纲要提出，建设生物质发电550万千瓦装机容量的发展目标，《可再生能源中长期发展规划》确定了2020年生物质发电装机3000万千瓦的发展目标。

从国外情况来看，生物质发电在不同的政策激励和扶持下逐渐发展起来，并形成了目前蓬勃发展的生物质发电产业。

国外鼓励生物质发电发展的政策主要体现在价格激励、财政补贴、减免税费等方面。

截至目前，许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳光计划”、美国的“能源农场”、印度的“绿色能源工厂”等，都是把生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。

尽管国内目前还没有完全普及秸秆发电项目，不过现有的试点项目还是取得了成功。

吴效华对《中国投资》说，中节能生物质能公司宿迁秸秆直燃发电示范项目是我国投入点火运行的第一个国产秸秆直燃发电项目。

该项目一期工程占地面积200亩，总投资2.48亿元，建设规模为2台75t/h 中温中压燃烧秸秆锅炉，配置1台12MW冷凝式汽轮发电机组和1台12MW抽凝式汽轮发电机组以及相应的辅助设施。

据悉，项目建成后，每年可燃烧秸秆约17～20万吨，节约标准煤9.8万吨，外供电力13200万度，销售收入8500万元，利税1500万元，可使本地农民每年增加收入5000多万元。

“作为国有企业，我们不仅考虑社会效益、环境友好效益，同时也得考虑国有资产保值和增值问题。

所以我们力求经济效益持平或者微利。

”吴效华说。

李俊峰对《中国投资》说，目前国家发改委已经审批了20多个生物质能发电项目，真正已经落成大约两三个，其中有山东单县和河北晋州两个专案。

河北晋州和山东单县的生物质能秸秆发电工程已经被国家发改委列为国家级示范项目，两个示范项目都将引进丹麦BWE公司的世界先进秸秆发电技术。

单县生物发电厂是由国家电网公司旗下的国能生物发电有限公司投资建设的，并且是我国第一个生物质能发电厂。

以棉花秸秆和林业废弃物为燃料，装机容量为2.5万千瓦。

国能单县生物发电项目的建成投产，开创了国内生物质直燃发电这一新型朝阳产业发展的先河，实现了国内农林废弃物综合利用新的突破。

该项目按年运行6000小时计算，年消耗农林废弃物约20万吨，年发电量约1.6亿千瓦时。

在秸秆收购方面，每年可为当地农民带来直接现金收入达4000多万元。

围绕燃料收、储、运等产业链条，能够直接吸纳当地农村劳动力1000多人。

与同类型火电机组相比，每年可减排二氧化碳约10万吨。

燃烧后产生的草木灰，每年可达8000吨左右，作为高质量的钾肥，可以还田使用，环保效益和社会效益突出。

该项目采用的是国内第一次引进的生物质直燃锅炉技术、国内第一次生产制造的第一台生物质直燃发电锅炉，国内第一次设计的生物质直燃发电工程，炉前给料系统选用的设备是国内第一次制造，直线移动螺旋给料机、双列平板给料机是国内第一次设计和制造。

该项目从2005年10月20日主厂房基础浇筑第一方混凝土开始，到2006年12月1日正式建成投产。

同时，作为农民的生活用能，秸秆燃烧效率只有约15%，而生物质直燃发电锅炉可以将热效率提高到90%以上，显著提高了生物质的利用效率，是节约能源的重要措施。

《中国投资》从国能生物发电有限公司获悉，2005年10月开工建设，到去年11月18日，顺利完成72小时满负荷试运行。

由于秸秆发电需要大量的原材料，仅在秸秆方面，当地农民就增加收入4000万元。

再来看河北，晋州项目每年燃烧秸秆20多万吨，发电1.38亿kwh。

按照每吨秸秆100元的收购价测算，将带动农户增收2000多万元/年；与同等规模的燃煤火电厂相比，一年可节约l0万多吨标准煤。

“发展农作物秸秆直燃发电不仅仅能减少温室气体的排放，而且作为一种清洁的、可再生能源还能增加农民收入。

”吴效华说。

中节能生物质能公司的宿迁项目采用了由北京中环联合环境工程有限公司研制的秸秆上料系统，拥有完全的自主知识产权。

目前国外的秸秆上料系统和燃烧技术只能局限于单一的秸秆，而中节能生物质能公司采用的秸秆直燃发电给料装置和燃烧系统可以适合多种复合秸秆同时燃烧，更适合中国国情，同时也降低了建设成本。

这将实现从对国外技术的依赖为主向自主创新为主的战略转变，对于秸秆直燃发电项目的建设推广具有重大而现实的意义。

政策优惠
目前，生物质发电事业得到了各级政府高度重视和大力支持。

李俊峰对记者表示，目前的政策支持是非常不错的，对于生物质能发电项目进行大量的补贴，比巴西、美国的补贴政策都好得多。

2006年6月和8月，国家财政部和环保总局分别下发了《中央环境保护专项资金项目申报指南》和《国家先进污染治理技术示范名录（第一批）》，将生物质直燃发电技术作为秸秆资源化综合利用的一种方式，纳入补贴范畴。

同年9月，《国家鼓励的资源综合利用认定管理办法》发布，明确了以生物质能为燃料的发电企业属于资源综合利用范围。

1990年代以来，我国中央和各地方政府出台了一系列法律法规，从不同层面，采取不同措施来支持包括生物质能利用的可再生能源的发展。

《电力法》、《节约能源法》、《大气污染防治法》等法律中，都作了有关鼓励开发利用清洁能源，包括可再生能源的原则规定。

2006年上半年，依据《可再生能源法》和《电力法》等有关法律法规，国家相继出台了《可再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电价格与费用分摊管理试行办法》和《关于可再生能源发展专项资金暂行管理办法》，明确了发电企业和电网企业的责任和义务，给出了生物质发电的电价政策和有关鼓励措施。

根据国家对可再生能源发电的一系列优惠政策，秸秆发电厂所发电量由电网全额收购；上网电价经当地省政府价格主管部门按现行电价政策提出上报国家发展和改革委员会核批后，一般在0.50～0.60元左右；进口设备的关税和进口环节增值税全免，同时，各地方省市还因地制宜地制定了其它补贴政策。

这些政策的出台为秸秆发电在农村的推广利用提供了有力的保障。

目前，随着国家关于生物发电的政策出台，从中央到地方政府都制定了一系列补贴政策支持生物质能技术的发展，加快了技术商业化的进程。

目前已经有不少投资主体进入了生物发电行业，纷纷对生物发电行业表示出了很大的兴趣和参与热情。

生物质热解技术简介
按温度，升温速率，固定停留时间（反应时间）和颗粒大小等实验条件可将热解分为炭化（慢热解），快速热解和气化。

由于液体产物的诸多优点和随之而来的人们对其研究兴趣的日益高涨，对液体产物收率相对较高的快速热解技术的研究和应用越来越受到人们的重视。

快速热解过程在几秒或更短的时间内完成。

所以，化学反应，传热传质以及相变现象都起重要作用。

关键问题是使生物质颗粒只在极短的时间内处于较低温度（此种低温利于生成焦炭），然后一直处于热解过程最优温度。

要达到此目的的一种方法是使用小生物质颗粒（应用于流化床反应器），另一种方法是通过热源直接与生物质颗粒表面接触达到快速传热（这一方法应用于生物质烧蚀热解技术中）。

由众多实验研究得知，较低的加热温度和较长气体停留时间会有利于炭的生成，高温和较长停留时间会增加生物质转化为气体的量，中温和短停留时间对液体产物增加最有利。

秸秆发电商品化前景分析
解决浪费性生物质能资源的唯一出路在于商品化。

生物质能秸秆发电技术，不仅为农村提供更多电力，更有意义的是将使生物质能资源的商品化成为可能，一方面农民可通过出售秸秆获得更多的收入；另一方面过去农村使用直接燃烧秸秆的方式进行炊事，要为秸秆的收集、运输、储存以及在直接燃烧时花费大量的时间和劳力。

如果能使用秸秆发电，农村使用更多的商品能源，农民将获得更多的时间从事生产性劳动，以尽早脱贫致富。

因此，将秸秆发电进行能源方式转化，是一件利国利民的好事。

1 生物质能秸秆发电的工艺流程
农作物秸秆在很久以前就开始作为燃料，直至1973年第一次石油危机时丹麦开始研究利用秸秆作为发电燃料。

在这个领域丹麦BWE公司是世界领先者，第一家秸秆燃烧发电厂于1998年投入运行(Haslev，5Mw)。

此后，BWE公司在西欧设计并建造了大量的生物发电厂，其中最大的发电厂是英国的Elyan发电厂，装机容量为38Mw。

1.1 秸秆的处理、输送和燃烧
发电厂内建设两个独立的秸秆仓库。

每个仓库都有大门，运输货车可从大门驶入，然后停在地磅上称重，秸秆同时要测试含水量。

任何一包秸秆的含水量超过25％，则为不合格。

在欧洲的发电厂中，这项测试由安装在自动起重机上的红外传感器来实现。

在国内，可以手动将探测器插入每一个秸秆捆中测试水分，该探测器能存储99组测量值，测量完所有秸秆捆之后，测量结果可以存入连接至地磅的计算机。

然后使用叉车卸货，并将运输货车的空车重量输入计算机。

计算机可根据前后的重量以及含水量计算出秸秆的净重。

货车卸货时，叉车将秸秆包放入预先确定的位置；在仓库的另一端，叉车将秸秆包放在进料输送机上；进料输送机有一个缓冲台，可保艚崭?分钟；秸秆从进料台通过带密封闸门(防火)的进料输送机传送至进料系统；秸秆包被推压到两个立式螺杆上，通过螺杆的旋转扯碎秸秆，然后将秸秆传送给螺旋自动给料机，
通过给料机将秸秆压入密封的进料通道，然后输送到炉床。

炉床为水冷式振动炉，是专门为秸秆燃烧发电厂而开发的设备。

1.2 锅炉系统
锅炉采用自然循环的汽包锅炉，过热器分两级布置在烟道中，烟道尾部布置省煤器和空气预热器。

由于秸秆灰中碱金属的含量相对较高，因此，烟气在高温时(450℃以上)具有较高的腐蚀性。

此外，飞灰的熔点较低，易产生结渣的问题。

如果灰分变成固体和半流体，运行中就很难清除，就会阻碍管道中从烟气至蒸汽的热量传输。

严重时甚至会完全堵塞烟气通道，将烟气堵在锅炉中。

由于存在这些问题，因此，专门设计了过热器系统，已经用在最新的发电厂中。

1.3 汽轮机系统
1.3.1 汽轮机系统
涡轮机和锅炉必须在启动、部分负荷和停止操作等方面保持一致，汽轮机和锅炉，协调锅炉、汽轮机和空冷凝汽器的工作非常重要。

1.3.2 空冷凝汽器
丹麦的所有发电厂都是海水冷却的，西班牙的Sanguesa发电厂是河水冷却，英国的Ely发电厂装有空气冷凝器。

在中国，空气冷凝器是一种很成熟的产品，可以在秸秆发电厂中采用。

1.4 环境保护系统
在湿法烟气净化系统之后，安装一个布袋除尘器，以便收集烟气中的飞灰。

布袋除尘器的排放低于25 mg/Nm3，大大低于中国烧煤发电厂的烟灰排放水平。

布袋除尘器为脉动喷射式，容器由压缩空气脉冲清洁。

1.5 副产物
秸秆通常含有3％～5％的灰分。

这种灰以锅炉飞灰和灰渣/炉底灰的形式被收集，这种灰分含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙，可用作高效农业肥料。

2 我国农村推广秸秆发电技术意义重大
我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿t，其中6.04亿t可作能源使用。

国家通过引进、消化、吸收国外先进技术，嫁接商品化、集约化、规模化的管理经验，结合中国国情，在农村推广实施秸秆发电技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要的意义。

2.1 秸秆资源是新能源中最具开发利用规模的一种绿色可再生能源秸秆为低碳燃料，且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低，是一种较为“清洁”的燃料，在有效的排污保护措施下发展秸秆发电，会大大地改善环境质量，对环境保护非常有利。

秸秆资源是新能源中最具开发利用规模的一种绿色可再生能源。

据有关部门统计数据，我国在用作能源的农作物秸秆中，其中用于畜牧饲料为1.45亿t，还田肥料0.91亿t，工业原料0.14亿t，作为农民传统的生活燃料的秸秆为2.8亿t，分别占总量的24％、15％、2.3％和40％。

除了上述用途外，还有18.7％约1.13亿t剩余秸秆没有任何用途，成为真正的废弃物，大部分被农民或农场主在田野焚烧了，这不仅严重污染环境，影响交通，而且造成生物质能源的极大浪费。

2.2 我国利用秸秆发电的市场广阔。