我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村的秸稈資源相當(dāng)豐富，主要的農(nóng)作物種類有稻谷、小麥、玉米、豆類等。每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量6億t以上。大量的秸稈資源將是新能源中最具開發(fā)性的一種綠色可再生能源。秸稈為低碳燃料，而且硫、灰的含量均比目前大量使用的煤炭低。目前秸稈的過剩焚燒和日趨嚴(yán)重的環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)為全社會(huì)所關(guān)注，因此，加大開發(fā)秸稈發(fā)電的力度，不但能有效利用秸稈這類優(yōu)質(zhì)過剩資源，同時(shí)也會(huì)大大地改善環(huán)境質(zhì)量，對(duì)環(huán)境保護(hù)非常有利。在節(jié)省不可再生資源、緩解電力供應(yīng)緊張等方面都具有特別重要的意義。
國外發(fā)達(dá)國家自20世紀(jì)70年代末期已經(jīng)開始生物質(zhì)能技術(shù)的開發(fā)，到目前秸稈直接燃燒發(fā)電的主要設(shè)備已經(jīng)投放市場(chǎng)并運(yùn)行。秸稈直燃發(fā)電可以采用鍋爐一蒸汽一蒸汽輪機(jī)一發(fā)電機(jī)的工藝方式，還可以采用熱電聯(lián)供的方式提高系統(tǒng)效率。通常秸稈直接燃燒發(fā)電的過程為：秸稈與過量空氣在特定的鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，產(chǎn)生高溫高壓蒸氣在蒸汽輪機(jī)中膨脹做功發(fā)出電能。電經(jīng)配電裝置由輸電線路送出。鍋爐煙氣經(jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器和布袋除塵器經(jīng)煙囪排放。與其他生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)相比，秸稈直接燃燒系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)是秸稈處理利用量大、熱能利用率高。
秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料。
1、秸稈燃料使用的主要特點(diǎn)
與煤炭等化石燃料能源相比，秸稈類生物質(zhì)能具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
a．固定碳的含量明顯比煤少。含碳量最高的也僅為50%左右。相當(dāng)于年輕褐煤的含碳量。
b．燃料的揮發(fā)分高，含氫、含氧量高，易被引燃。燃燒時(shí)需要的空氣量相應(yīng)要少。
c．秸稈燃料的密度明顯比煤炭低，而且質(zhì)地疏松。在爐內(nèi)易于燃燒和燃盡，灰中的含碳量很低。
d．秸稈燃料的水分變化很大，一般在5%～60%之間。也是燃燒情況變化大的原因。
e．灰份低(0.1%～3%)，含硫量低（含硫量為0.1%～1.5%，木材一般低于0.05%）。燃燒過程中產(chǎn)生的S02較少，有利于環(huán)境保護(hù)。
f．由于含氧量高，燃料熱值較低，而且燃燒過程中有C02排放的特點(diǎn)。
表1為我國華北某地區(qū)的秸稈成分檢驗(yàn)報(bào)告。
由于秸稈燃料的特殊性其燃燒過程也與煤精等不同。秸稈燃料的燃燒過程是混合很劇烈的化學(xué)反應(yīng)過程，燃料在燃燒時(shí)必須有足夠溫度的熱量和足夠的理論空氣量。其燃料燃燒主要過程為預(yù)熱、干燥、揮發(fā)分析出和焦碳燃燒。燃料送入燃燒室后，在高溫?zé)崃孔饔孟拢剂媳患訜岷臀龀鏊�。�?dāng)溫度繼續(xù)增高，約為250℃，開始析出揮發(fā)分，并形成焦碳。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到350℃時(shí)大量焦碳開始燃燒，并不斷產(chǎn)生灰燼，最后燃燒完產(chǎn)生煙氣。
2、秸稈直燃發(fā)電的主要工藝流程
秸稈燃料的直接燃燒和煤炭的直接燃燒工藝有所不同，目前國外的秸稈直燃鍋爐和燃燒前處理設(shè)備比較成熟。尤其在鍋爐形式、給料方式、燃燒方式、空氣的配給等方面有顯著的優(yōu)勢(shì)。
2.1燃料的收購
秸稈燃料是季節(jié)性產(chǎn)品，只有每年的秋季有一次收購期。秸稈秋季收割時(shí)一般水分都在30%左右，而作為燃料使用時(shí)盡量要求其降低水分。新收購的秸稈必須要經(jīng)過1個(gè)月的自然風(fēng)干后，其水分低于25%左右才可以儲(chǔ)存。并要求有充足的儲(chǔ)存量來滿足鍋爐的正常運(yùn)行。
2.2燃料的儲(chǔ)存
收集到的秸稈需要由打包機(jī)打成秸稈包，稱重后存放于位于爐前的秸稈儲(chǔ)庫中。一般來講單臺(tái)機(jī)組電廠內(nèi)至少要設(shè)置2座秸稈儲(chǔ)存庫，儲(chǔ)存量可供全廠鍋爐燃用一周左右。秸稈儲(chǔ)存庫需要嚴(yán)格密閉干燥，并且?guī)靸?nèi)設(shè)有堆跺機(jī)、叉車等來完成存料、上料、整備等功能。
2.3燃料輸送和入爐前的預(yù)處理
入爐前的秸稈必須要經(jīng)過水分測(cè)定�？梢杂眉t外線測(cè)試或探測(cè)器接觸測(cè)定含水量。含水量合格的秸稈包從儲(chǔ)庫通過密封防火的鏈?zhǔn)捷斔蛶б焕右焕Φ厮屯o鄰的封閉型切割裝置立式螺桿機(jī)上，秸稈通過螺桿的旋轉(zhuǎn)被扯碎、切割成一段不規(guī)則的短稈，通過給料機(jī)將秸稈壓入密封的進(jìn)料通道，然后到達(dá)爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。
2.4秸稈的燃燒系統(tǒng)
秸稈發(fā)電與煤炭發(fā)電最主要的區(qū)別就是燃燒設(shè)備的不同。目前秸稈直燃發(fā)電采用比較多的燃燒設(shè)備是爐排燃燒（層燃爐）和流化床燃燒（流化爐）。
丹麥BWE生物質(zhì)能發(fā)電公司的鍋爐技術(shù)在國際上具有成熟的優(yōu)勢(shì)。該公司的130t/h的高溫高壓、自然循環(huán)全封閉結(jié)構(gòu)的汽包爐已經(jīng)大量投入運(yùn)行。設(shè)備的耐腐蝕壽命、運(yùn)行效率具有明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，燃燒方式采用水冷振動(dòng)爐排設(shè)備。圖1為該爐型的系統(tǒng)簡(jiǎn)易流程圖。
流化床燃燒方式與層燃方式相比有效率高、調(diào)節(jié)控制更靈活等優(yōu)點(diǎn)。秸稈燃料被送入爐內(nèi)與床料、空氣迅速劇烈混合著火燃燒。國內(nèi)的流化床燃燒技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是燃燒生物質(zhì)類的流化床鍋爐與普通燃煤的流化床鍋爐還有很多不同之處，因此在研究開發(fā)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。爐膛設(shè)計(jì)要保證燃燒和燃盡，并盡可能提高效率。爐膛內(nèi)要布置合適受熱面，使煙氣達(dá)到爐膛出口時(shí)盡可能地降低溫度，防止水平煙道結(jié)焦。
2.5秸稈發(fā)電的除塵控制
尾部煙氣的除塵多采用布袋除塵器，將其安裝在旋風(fēng)除塵之后更有效地收集煙氣中的飛灰。布袋除塵的效率為99.6%以上，采用脈動(dòng)噴射式產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵后由煙囪排放。
鍋爐底部的爐渣多采用干式除渣系統(tǒng)。爐渣從鍋爐排渣管落入冷渣器冷卻至100℃以下后，采用正壓氣力輸送系統(tǒng)將其輸送至灰渣倉。尾部煙氣的布袋除塵器下的干灰也同時(shí)采用正壓氣力除灰系統(tǒng)集中至灰渣倉，灰與渣可以共用一座干灰渣倉。
秸稈燃燒后鍋爐底部排出的渣和除塵器捕集的灰分別經(jīng)輸送系統(tǒng)輸送至灰渣倉暫存，這種灰分含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農(nóng)業(yè)肥料。干灰渣可經(jīng)干灰卸料器裝入密封罐車送至綜合利用用戶，也可經(jīng)濕式攪拌機(jī)將干灰渣加濕攪拌后裝入自卸汽車送至綜合利用用戶。
3、秸稈直燃發(fā)電幾個(gè)主要問題
由于秸稈燃料的特殊性，其鍋爐等主要設(shè)備的制造是發(fā)展秸稈發(fā)電技術(shù)的主要難點(diǎn)。目前國內(nèi)的一些示范發(fā)電項(xiàng)目采用的都是國內(nèi)自主設(shè)計(jì)的65t/h的秸稈直燃鍋爐。國產(chǎn)設(shè)備不但可以節(jié)省大量成本，還能有力帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。
3.1燃料輸送
因?yàn)榻斩捜剂系谋戎睾艿停Π蟮拿芏扔?00kg／m3左右，因此達(dá)到鍋爐出力需要的燃料體積量比較大。大量的秸稈燃料連續(xù)不斷、沒有堵塞地由加料口進(jìn)入爐內(nèi)燃燒，需要可靠穩(wěn)定的上料系統(tǒng)。給料機(jī)的密封及傳動(dòng)系統(tǒng)尤為重要。
3.2受熱面腐蝕
由于秸稈灰中堿金屬及氯的含量高，燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的堿性物質(zhì)，具有較高的腐蝕性。由于飛灰的熔點(diǎn)低，因此受熱面又很易結(jié)渣。有關(guān)資料表明，生物質(zhì)鍋爐受熱面的腐蝕主要是由于沾在表面的堿金屬氯化物引起。其化學(xué)反應(yīng)為
堿金屬氯化物的腐蝕都伴有氣體氯的產(chǎn)生，在此過程中氯不斷地將受熱面管道中的鐵從內(nèi)層到外層置換，加速腐蝕的過程。爐內(nèi)受熱面的設(shè)計(jì)要充分考慮防腐蝕、防結(jié)渣。運(yùn)行中可以考慮投入添加劑與堿金屬化合物反應(yīng)，減少堿金屬帶來的腐蝕。
3.3爐內(nèi)燃燒配風(fēng)
由于秸稈燃料容易引燃，在350℃時(shí)揮發(fā)分就能析出80%，揮發(fā)分析出時(shí)間較短，在初期燃燒空氣量和溫度不高的情況下有大量煙氣析出，因此在鍋爐的設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證有足夠的爐膛容積來保證揮發(fā)分燃燒時(shí)有足夠穩(wěn)定的燃燒空間。
當(dāng)揮發(fā)分逐漸析出和燒完后．剩余物為受到灰燼包裹的焦碳。由于空氣滲透較難，造成在焦炭中殘留的余碳不能迅速燃盡，只有當(dāng)空氣和溫度達(dá)到一定量時(shí)，焦碳才開始燃燒，并不斷產(chǎn)生灰燼。產(chǎn)生火焰的燃燒過程可為，揮發(fā)分析出燃燒和焦碳燃燒兩個(gè)階段。其中焦碳燃燒占燃燒時(shí)間的80%以上。
在鍋爐的通風(fēng)量設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有適合的空氣量供給。足夠的后續(xù)空氣量加入，保證有足夠的燃燒時(shí)間使燃料充分燃燒。通風(fēng)量也不能過大，過多的空氣供給會(huì)吸收燃燒產(chǎn)生的熱量，降低燃燒溫度，影響燃燒效率。
3.4污染物排放
從環(huán)境效益的角度考慮，生物質(zhì)直接燃燒會(huì)放出一定的NO。，但其他有害氣體比燃煤要少得多�？梢圆捎玫偷紵姆绞綔p少排放。另外生物質(zhì)在燃燒過程中有C02，但排放出的C02與其生長過程中所吸收的量相等，最后C02的凈排放可以認(rèn)為是零。同時(shí)由于燃燒生物質(zhì)剩余物減少了其自然腐爛所產(chǎn)生的CH4，進(jìn)一步減少了溫室氣體的排放，通常認(rèn)為CH4氣體的溫室效應(yīng)為C02的21倍。直燃生物質(zhì)發(fā)電是目前電力發(fā)展中最經(jīng)濟(jì)可行的減排C02手段之一。秸稈鍋爐排放的爐渣和飛灰可作為農(nóng)家肥再次利用。生物質(zhì)的底灰再次返田有利于保持土壤內(nèi)無機(jī)物質(zhì)平衡。
4、結(jié)束語
生物質(zhì)（秸稈）直接燃燒發(fā)電的技術(shù)已基本成熟（已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段），美國大部分生物質(zhì)采用這種方法利用，10年來已建成生物質(zhì)燃燒發(fā)電站約6 000MW。國內(nèi)的首個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的秸稈直燃發(fā)電示范項(xiàng)目已在江蘇宿遷點(diǎn)火運(yùn)行。每年可燃燒秸稈17～20萬t，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤9.8萬t，對(duì)外增加供電1.32億kW-h，而且可為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民增加收5000多萬元。目前，國家對(duì)秸稈發(fā)電還實(shí)行優(yōu)惠電價(jià)的政策，上網(wǎng)電價(jià)比燃煤電價(jià)高0.25元/kW-h。從中央到地方政府都制定了一系列補(bǔ)貼政策支持生物質(zhì)能技術(shù)的發(fā)展，并加快了技術(shù)商業(yè)化的進(jìn)程。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高，秸稈發(fā)電技術(shù)的利用前景將會(huì)越來越廣闊。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)也銷售木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備。
