生物质直燃发电的几点建议

生物质直燃发电的几点建议

摘要:本文首先简要介绍了生物质直燃发电技术,并对生物质燃烧技术、生物质收集以及生物质直燃发电项目的规模大小等问题提出几点建议,期望能为生物质直燃发电技术的应用提供帮助。

关键词:生物质燃烧技术发电

Several Suggestions about Biomass directly Combustion for Power Generation

Abstract:In the present article the biomass directly combustion for power generation was introduced briefly. Several relating problems such as biomass combustion technology and biomass collection as well as the suitable scale of the power plant were discussed, and some constructive suggestions were proposed.

Key words:biomass;combustion technology;power generation

对化石能源的过度依赖不仅导致了生态环境的不断恶化,还引起了世界范围内的能源危机,探寻新型替代能源实施可持续发展已刻不容缓。生物质能是一种新的能源,它存储在生物体内部,利用光合作用产生,以化学能量的方式存在。由于生物质存有量大、零CO2排放以及可再生等优点,因此生物质能利用已经成为新能源领域的一个研究热点[1,2]。

利用生物质能源发电得技术,也被称为“生物发电”,其原理就是把生物质能转化为电能,与其他利用技术相比,生物质直燃发电具有较好的灵活性、洁净性和经济性。目前国内的生物质能发电项目多以生物质气化发电为主,对生物质直燃发电介绍不多。本文首先简要介绍了生物质直燃发电技术,重点对生物质收集、生物质燃烧技术以及生物质直燃发电项目的规模大小等问题提出几点建议,期望能给国内相关研究提供参考。

1 生物质直燃发电

生物质直接燃烧发电就是利用生物质燃烧释放的热量产生蒸汽、推动汽轮机、发电机发电,生物质直燃发电过程见如图1。生物质直燃发电系统主要包括燃烧系统、汽水系统和电气系统。燃烧系统由锅炉的燃烧组成部分、生物质的加工和传送运输输系统、除去灰尘及除去燃烧残渣等组成;汽水系统由生物质燃烧的空间——锅炉、把热能转换为电能的转换装置——汽轮机、冷凝凝结水蒸气装置——凝汽器械、给水泵、化学水处理系统及冷却水系统构成;电气系统由发电机和变压器以及高低压配电装置等组成[3]。生物质直燃发电和燃煤发电技术类似,但是由于生物质能量密度低、含水率高和挥发分高等特点,致使生物质锅炉燃烧装置,供料系统等方面与火力发电不尽相同,汽水系统及电气系统均与一般燃煤发电厂相同。而与生物质气化发电技术相比,生物质直燃发电技术减少了生物质气化这一环节,从而降低

初期投资和后期相应的运行费用。

2 生物质燃烧技术

传统的生物质燃烧多采用层燃技术,生物质燃料呈层状铺在炉排上,首先经过一次配风,使层状粉体燃料与风充分混合均匀,然后再经过烘干、分解、初步燃烧等过程形成风分混合的可燃气体,在二次切向风的作用下,可燃气体在炉排上方充分燃烧。层燃技术通常可分为下饲式及炉排式:下饲式的操作技术简单,对操作员的技术水平要求不高,成本较低,一些颗粒尺寸小、含灰量低的生物质燃料可以直接通过给料器输送到锅炉的燃烧室内,主要用在小规模发电站。炉排式的种类繁多,其适用范围更广泛,一些水份含量较大、颗粒大小不均匀的生物质燃料均可直接送到燃烧室燃烧,投资及操作成本也都比较低廉[4]。

近些年来层燃技术正逐步被循环流化床燃烧技术所取代。循环流化床燃烧技术具有较广的燃料适应性、燃烧效率比较高、有害气体排放容易控制等优点。流化床锅炉为高效利用生物废料提供了保证。在西方发达国家,已经广泛采用了流化床燃烧技术,尤其是工业高度发达的美国、英国、瑞典、丹麦等,该项技术已达到世界一流水平[4]。在我国生物质燃料主要是秸秆,但是在英国、荷兰等国家,家禽粪便也是优质能源。英国的Fibrowatt集团修建了三座电站,都以家禽粪便为燃

料,其中一家电站拥有3台流化床锅炉,每年处理大约75wt的家禽粪,可以为10万个家庭提供生活用电,美国加州40%的电力供应也来源于生物质发电。同时生产电能和热能的热电联合生产技术,可以将热效率利用提高到85%,热电联合电站在世界各国也雨后春笋般建设了起来。到目前为止,美国已经从小型热电联产发展到了小型冷热电联产计划,预计到2020年,将有50%的新建写字楼类建筑采用小型冷热电联产[5,6]。我国的热电联产技术在北京、上海等大城市得到了广泛应用,“西气东输”工程加速了热电联产燃料机构的优化。国内这方面的研究主要在哈尔滨工业大学、浙江大学、广州能源所和山东能源所等单位,其中,流化床燃烧技术是由哈尔滨工业大学最早开始研究,更进一步的生物质转化利用方案则由浙江大学的陈冠益教授率先提出,图2、图3是陈教授设计的一台稻壳流化床锅炉,稻壳的燃烧特性的结果分析图。

3 生物质收集

生物质燃料的有效收集和储运一直以来都是阻碍生物质发电项目大规模应用的一个主要问题,不仅在我国,在世界范围内都是如此。我国农业生产模式大多数是以单个农户做为生产单位,每户平均耕地面积有限。根据统计,每年每户的秸秆可获得量仅为2～3吨。以现阶段建立的4兆瓦的生物质发电站来说,每年消耗生物质在4万吨左右,需要从将近2万农户中收购秸秆,收购交易量比较大。如果从生物质燃料的播种、除草、施肥、喷洒农药等田间管理、收割收集、储运,再经过加工进入锅炉,每个环节都由电厂部门去完成,成本会增加很多。表1[3]是生物质燃料收集、运输、储运的一个测算表。因此建议在收购模式打破原来的挂牌收购模式,要深入研究,探索适合我国的刺激性收购模式,不仅要调动农户出卖生物质燃料的主动性,而且要调动农户高质量储运生物质燃料的积极性。例如农户上缴农业废弃物可以消费多少度电量等。对于农民来说,大部分的农业废弃物利用价值比较小,如果能用这些农业废弃物抵消部分电费,等同于增加了收入,必