生物質燃料發電創新應用淺析

嘉興新嘉愛斯熱電有限公司 顏景順

目前，我國能源還是以燃煤為主，燃煤鍋爐排放氣體中污染物種類處理起來比較繁瑣，超低排放處理費用也較高。另外，煤炭屬于不可再生能源，不是用之不盡，取之不竭的，所以尋找、增加潔凈能源勢在必行，生物質燃料是我們開發及研究的重點。我廠通過建設生物質鍋爐，用生物質燃料代替常規能源，開發及使用生物質燃料，對節約常規能源、優化我國能源層次結構，減輕環境污染都有著積極意義。本文主要以我廠（燃煤熱電廠）生物質鍋爐所使用的燃料為主題進行論述與分析。

1 生物質燃料的概述及特點

生物質是指任何可再生的或可循環的有機物質，包括所有的動物、植物、微生物，以及這些生命體排泄和代謝的所有有機物質。一般是農林物秸稈、林業廢棄物等為主要燃料，包含玉米秸稈、棉桿、小麥桿、稻桿、甘蔗渣、廢木料、家具廠廢料等。該燃料是國家大力提倡的清潔能源，使用成本遠遠低于煤炭、石油等。它清潔環保，熱值高，揮發分高，碳活性高，灰分也遠低于煤碳，灰渣中余熱特別低，燃燒率可達96%以上。另外，其含硫量、含氮量等遠低于煤炭、石油等，比較適合用于生物質鍋爐的燃料。

2 生物質燃料的預處理

燃料在進鍋爐燃燒之前，需進行一定的預處理，才能夠充分燃燒，熱值點達到最高，所以進行預處理尤為重要，一般處理大致經過：收集-干燥-粉碎-除雜-篩選-混合-擠壓-成型等程序，預處理后熱值更高、燃燒更充分，以此獲取最大能量。

2.1 收集、干燥

原料能量密度低、分散、季節性強，易腐難存，高效收集運輸儲存系統比較重要。農作物種植與廢木料產地都布置比較分散，首先需設置收購點，集中統一收集，進行簡單的處理與包裝，主要是為了便于裝卸、運輸，建立完善的運輸系統，系統統一調配車輛到達收購點，拉運至我廠生物質車間，等待進一步的處理。剛收集過來的燃料含水率一般40-50%，燃燒之前需進行干燥，有兩種方式：一是放在生物質車間進行自然風干；二是機械干燥。這里不做詳述，處理后的燃料含水率一般在5-10%。

2.2 粉碎

進入生物質鍋爐燃燒之前，燃料粉碎極為重要。目前，在生物質直接燃燒發電、供汽技術工藝中，無論是采用擠壓成型燃料入爐還是采用切碎散料入爐，均需要將生物質進行粉碎。為解決以上問題，我廠成功的實現一種結構簡單、安裝方便、粉碎效果好、成本低的生物質燃料粉碎機—雙滾筒飛刀式生物質粉碎機。這一步處理的成功與否，直接導致燃料的燃燒程度是否充分，以及燃燒產生的熱值能否達到最大等。集中收購點運輸過來的燃料，參次不齊，長短不一，需要整理后，統一進行粉碎。使用我廠滾筒飛刀式生物質粉碎機進行粉碎，幾年來一直運行良好，粉碎尤佳。

2.3 成型

將生物質燃料經過粉碎后，其長度50mm以下，含水率控制在5～10%范圍內，然后進行成型處理，是指在一定溫度和壓力下通過專門的成型設備擠壓成規則的致密的棒狀、塊狀或顆粒狀的燃料，加工后可直接作為固體燃料使用。燃料成型一般分為三種形式：熱壓成型、濕壓成型、炭化成型。我廠主要采用第一種熱壓成型，之前干燥、粉碎完成的燃料，經上料輸送機將物料送入進料口，通過主軸轉動，帶動壓輥轉動，并經過壓輥的自轉，成型機中進行加熱，物料被強制從模型孔中成塊狀擠出，壓縮成截面尺寸為40-50毫米、長度20-200毫米一種可以直接燃燒的固體顆粒燃料，投入生物質鍋爐中，進行燃燒使用。

3 燃料的燃燒

生物質燃料燃燒在整個能源利用過程中占有舉足輕重的地位，使燃料充分燃燒，最大限度的利用燃料，產生的熱值最大化，是我們必須重視的問題。生物質燃料發電供汽過程，進入鍋爐燃燒，產生高溫高壓蒸汽，推動汽輪機，再帶動發電機進行發電，利用過、多余的蒸汽通過熱網管道輸送到熱用戶。由此可見，在能源利用發電供汽過程中，燃燒是核心步驟。

3.1 燃燒成分分析

1）熱值為3800～4200千卡/公斤；

2）揮發分75.01%；

3）灰分為5.43%；

4）固定碳含量17.25%；

5）硫含量0.05～0.14%；

6）密度：1.0～2.0Kg/cm3。

3.2 燃燒步驟

第一步，即便經過數年干燥的生物質，其細胞結構中仍含有一定量的水分，燃燒先使生物質燃料中水的進行蒸發；第二步，生物質燃料燃燒產生的汽化成分的釋放與排出，這包含蒸發的焦油和蒸汽混合物，其余成分均通過煙囪對外排放；第三步，燃燒釋放的氣體與空氣中的氧氣在高溫下再進行混合燃燒，后產生高溫分解物；第四步，生物質燃料中的剩余物繼續燃燒，在完全燃燒條件下，能量被完全釋放出來，此刻該燃料完全轉變為灰渣。

3.3 提高燃燒效率

生產過程中能量產出與投入的比值，實際上反映的是能效問題。當比值大于1時，即能效是正值，有凈能量產出，而且比值越大，凈能量產出越多。在燃燒過程中，提高燃燒效率，保證凈能量產出盡可能的多，至關重要。具備燃燒條件需要提供的相關要素，溫度、空氣、時間、環境等。以上要素達到后，需要鍋爐提供足夠高的溫度，一、二次風機提供燃料燃燒所需要的氧氣，操作人員給充分燃燒充裕的時間，整個燃燒環境也需做出極大的改變。這樣才能使得燃燒充分，保證燃燒效率極大的提高。

4 項目應用創新點

2013年我廠新建農業廢棄物焚燒綜合利用發電、供汽項目：包含2臺90噸/時高溫高壓生物質鍋爐，配套1臺C25兆瓦高溫高壓抽凝式汽輪機和1臺30兆瓦發電機。項目建成后，年消耗農林廢棄物生物質20.65萬噸，年供熱量121.0萬吉焦，發電16250萬度，供電量14381萬度，廠用電1869度。熱電廠總效率62.25%。經核算，每年為社會節約化石能源折標煤量59025.83噸（按當量標準煤折算）。經過幾年的投產運行，不但運行良好，還做出了以下幾個創新。

4.1 雙滾筒飛刀粉碎機

原創性地研制了生物質收集粉碎及擠壓成型的雙滾筒飛刀粉碎機。該機配有板鏈式喂料機，將生物質自動送入粉碎機，提高了自動化程度。粉碎機的刀片運行壽命在7000小時以上，降低了維護成本，同時在粉碎機上部裝有袋式除塵器；擠壓成型機采用多孔拆卸式模頭，拆卸式模頭采用模頭本體與嵌入式擠壓頭二部分，可提高生物質擠壓成型的效率，降低成本。

4.2 污染物協同控制技術

自主研發了一種污染物協同控制技術，實現煙氣污染物的“近零排放”?！皻夤谭蛛x+水汽冷凝+等離子降解+回爐焚燒”四段式燃燒及臭氣處理技術是本廠在國際上率先提出并付諸實踐的，在此基礎上對燃燒裝置進行改造，采用爐內燃燒優化和尾部脫除的綜合控制，使污染物的排放優于國家標準，從而實現污染物的“近零排放”。

4.3 燃燒技術及發電供汽裝置

根據自主創新的專利技術，通過集成創新，開發了高效“近零排放”的復合循環流化床秸稈燃燒技術及發電供汽裝置，實現長期自控投用率＞80%、排放污染率達國際先進水平，可實現自動在線熱值檢測的在線驗證，具有自動投用率高和維護工作量小等優點。

5 環境保護貢獻

開發建設生物質鍋爐、使用生物質燃料發電供汽是一條減少環境污染，變廢為寶的有效能源開發手段。一是收集了農林廢棄物，防止丟棄與焚燒給環境帶來危害；二是生物質鍋爐燃燒后，排放氣體中污染物極大的降低與減少；三是開發新能源，節約常規能源，減少常規能源開發給環境帶來的傷害。

6 小結

生物質燃料是太陽輻射能經過植物光合作用轉化生成的可再生物質能源，燃燒1千克生物質燃料約產生4000大卡熱量，相當于0.5千克標準煤。我國每年田間約燒掉1.2億噸秸稈，相當于白白浪費了約0.6億噸標準煤。因此，生物質燃料能源化利用不但解決了農林廢棄物焚燒帶來的環境污染問題，而且充分利用了生物質能源，充分做到了節能減排，保護環境。另外，我廠經過生物質鍋爐建設、投產、運行，幾年中，取得了不錯的效果，實現了清潔能源使用的目標，減少了污染氣體的排放。

參考文獻：

[1]肖鋼，紀欽洪.《生物能源--陽光與大地的恩賜》.新能源叢書系列.武漢大學出版社.2013.

[2]張志英，魯嘉華.《新能源與節能技術》.清華大學出版社.2013.

[3]李廉明，孟志浩.《農業廢棄物(稻稈)優化綜合利用發電、供汽關鍵技術研究與產業化示范》.我廠科研項目.2016.