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摘要：本文根据国内近10年生物质直燃发电技术的现状和相关的产业政策，分析了生物质电厂燃料收储运环节和生物质锅炉技术的发展及存在的问题，探讨未来生物质直燃发电的发展趋势。
关键词：生物质能;发电技术;可再生能源;秸秆;热电联产
1、概述
自1988年丹麦BWE公司建成世界上第一座秸秆生物质焚烧发电厂算起，生物质发电技术已经历三十年的发展。我国是农业大国，秸秆是我国生物质资源的主体，秸秆年产量在6-7亿吨。为了解决田间地头焚烧农作物秸秆带来的大气污染所导致的日益严重的雾霾天气问题，近十年来国家大力推进和积极倡导生物质发电技术。我国生物质发电技术经历了从无到有，单机装机容量从小到大，技术从引进国外技术到完全自主国产化的历程。
2、生物质直燃发电技术
从技术角度来看生物质发电分为生物质纯烧发电技术和生物质混烧发电技术两大类。生物质燃烧发电的技术关键在于燃烧设备。我国生物质资源及其丰富，总量较大，秸秆年产量在6-7亿吨。结合国情国内生物质发电技术的发展主流方向主要是考虑燃烧秸秆类生物质燃料，在部分林业发达地区，制糖厂，化工厂可以考虑燃用木材加工边角料，甘蔗渣和糠醛渣等生物质废料。
因为不同生物质燃料的特性如含水量，低位热值差别较大，因此根据不同的燃料特性选择合适的焚烧炉型尤其显得重要。目前国内主流焚烧设备主要是水冷振动炉排炉和循环流化床锅炉这两种炉型。本文重点对这两种炉型的特点进行分析比较。
2.1水冷振动炉排炉
国内采用的水冷振动炉排炉很大一部分是国能生物质发电公司引进丹麦BWE公司研发的秸秆生物质燃烧发电技术，还有近几年经过国内锅炉厂家基于此技术消化吸收并改进的联合炉排技术，他们在参数上基本无异，均采用高温高压参数，蒸发量在130t/h及以下均能生产。
丹麦BWE公司在设计此炉型时主要是考虑本国的生物质燃料特性，主要燃料为麦秆，丹麦水冷振动炉排技术主要是为焚烧黄杆生物质而设计制造。主要燃烧过程：麦秆经过打包机打包成0.5吨左右的麦秆捆，然后由皮带输送到炉前。麦秆捆入炉燃烧采用“雪茄式燃烧”，同时破碎的秸秆通过抛撒或者风力输送进入炉膛燃烧。燃烧后散落或者未燃尽的麦秆、半焦等在炉排上继续燃烧。同时解决了尾部受热面腐蚀和高温受热面结焦结渣的问题。但是我国疆域辽阔，生物质秸杆种类繁多，秸杆收割目前基本实现机械化作业，但是大部分地区还不能实现机械化打包。因此绝大多数通过在干料棚内破碎后以散料形式进入炉膛燃烧。
2.2循环流化床锅炉
循环流化床锅炉技术最开始是为了燃烧劣质煤种（如煤矸石）逐渐发展起来的，目前国内在燃用低碱，低热值，高水分生物质燃料取得了良好的效果。如目前世界单机和总装机容量最大的广东粤电湛江生物质发电项目采用华西能源工业股份有限公司220t/h高温高压参数循环流化床锅炉，燃用的燃料主要是农林木材加工边角料和高水分低热值的甘蔗渣。
目前国内部分锅炉厂依托国内知名大学强大的科研能力，陆续掌握对生物质燃料适应性强，燃烧稳定的循环流化床锅炉技术。
2.2两种燃烧技术的比较
从工作原理角度分析水冷振动炉排属于典型的层燃燃烧，大部分燃料的燃烧发生在炉排上，很少部分燃烧发生在炉膛上部空间。而循环流化床锅炉则属于典型的沸腾炉燃烧，流化床锅炉中颗粒状的固体燃料与一定速度的空气在炉膛内混合，以流化状态进行燃烧。因此两种生物质锅炉在燃用生物质燃料时也有很大不同，主要表现在：
在燃烧温度方面，炉排炉燃烧温度明显较高，会导致对流受热面沉积、高温受热面金属腐蚀以及炉膛结渣。而循环流化床炉膛内加入大量惰性床料，床料和燃料的混合能均匀释放燃烧放出的热量，属于低温动力燃烧技术，能够有效减少受热面沉积和高温受热面腐蚀。
从燃料适应性角度分析炉排炉更适合燃烧单一稳定的燃料，在燃料适应性方面较差，燃料品种和性质的较大改变会造成锅炉效率的下降。而循环流化床锅炉对生物质燃料有较高的适应性。
从燃烧污染物及净化角度分析循环流化床锅炉属于低温燃烧技术，其床料温度在800-950℃，在运行过程中过低的炉膛温度对采用炉内SNCR脱硝的效率造成较大影响，而水冷振动炉排炉的炉膛温度较高，可以选择合适的温度区间合理布置SNCR脱硝工艺。
从运行角度分析循环流化床锅炉在变负荷工况下有较好的适应性，并能够保持较高的热效率。但是相同容量的流化床锅炉的电耗较水冷振动炉排炉较高。
3、生物质发电产业存在的问题与解决措施
3.1存在的问题
根据目前国内生物质发电产业的发展情况，本人认为主要存在以下几点问题：
（1）作为生物质发电技术的核心装备生物质锅炉及其辅助设备费用较高，采用丹麦技术的水冷振动炉排炉在国产化后其费用将近占整个生物质电厂总费用的20%。
（2）目前国内生物质电厂主要是以直燃发电为主，上网电价每千瓦时0.75元（含税），盈利模式主要是依靠国家对农林生物质发电项目实行的标杆上网电价政策。
（3）根据国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》及发布的京津冀及周边“2+26”城市和汾渭平原地区加强大气污染综合治理的文件，未来会在一定程度上增加生物质电厂的运行成本。
3.2解决措施
本文针对生物质电厂存在的问题，为提高生物质电厂的竞争能力和盈利能力给出以下几点措施：
（1）积极探索和发展具有自主知识产权的燃烧技术以降低投资费用。就目前国内130t/h高温高压参数生物质直燃水冷振动炉排炉采用进口技术设备购置费比国产自有技术的锅炉购置费用高出将近1/3-1/2。像锅炉辅助设备，如炉前给料和上料系统均已国产化，费用较生物质发电刚起步时已大大降低，但是在主要的核心零部件上仍采用国外技术，这在一定程度上也推高了设备购置费用。未来在生物质核心装备和关键零部件国产化上，仍需加大研发力度。
（2）在电厂内部层面和当地政策层面上逐步完善生物质燃料收储运体系，有效降低生物质燃料成本。
（3）由目前直燃发电为主积极向热电联产方向转型。根据由国家十部委编制的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》(发改能源[2017]2100号)和国家发改委、国家能源局联合下发的《关于促进生物质能供热发展指导意见的通知》(发改能源[2017]2123号)，在国家层面已积极支持生物质直燃发电向生物质热电联产方向转型。目前在国家标杆上网电价政策还没有退出之前，已运营生物质电厂应未雨绸缪，根据当地工业园区的工业热负荷和当地城市供热规划，积极向热电联产方向转型。
4、结论
自主开发生物质发电核心装备是解决生物质发电产业问题和生物质发电产业不断前进的关键。随着燃料收储运体系规范化，生物质锅炉辅助配套设备国产化，标准化；收储运设备机械化，自动化程度的提高，未来在燃料收储运环节逐渐降低电厂运营成本，为生物质电厂完全实现独立商业化运营盈利提高支撑和保障。
未来我国以发电为主的生物质能利用体系将发生重大变化，生物质发电将向生物质热电联产和生物质能供热方向发生重大转变。
未来在县域层面上，为解决城镇和乡村垃圾消纳问题和响应国家禁烧农村农作物秸杆政策，应积极推进垃圾焚烧和农林生物质一体化热电联产项目建设。
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