1、目前常用的農(nóng)作物秸稈發(fā)電技術(shù)路線
根據(jù)農(nóng)作物秸稈利用方式的不同，主要有以下三種技術(shù)路線：秸稈直接燃燒發(fā)電技術(shù)；秸稈，煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)；秸稈（包括谷殼）氣化發(fā)電技術(shù)。不同的技術(shù)路線有各自的特點(diǎn)，分析如下。
1.1秸稈直燃發(fā)電技術(shù)
秸稈直燃發(fā)電技術(shù)是將秸稈直接送往鍋爐中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)做功。與常規(guī)的火力燃煤電廠相比，在設(shè)備組成上幾乎沒(méi)有太大的差別，只是燃料用秸稈取代了煤，相應(yīng)的用常規(guī)燃煤鍋爐換為秸稈直燃鍋爐，而在汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組方面則幾乎沒(méi)有區(qū)別。其關(guān)鍵技術(shù)是秸稈燃燒技術(shù)。
現(xiàn)用于秸稈直接燃燒發(fā)電技術(shù)主要是水冷式振動(dòng)爐排燃燒技術(shù)（以丹麥的BWE為代表）和流化床燃燒技術(shù)。
1.1.1水冷式振動(dòng)爐排燃燒技術(shù)
水冷式振動(dòng)爐排燃燒技術(shù)是丹麥BWE公司開(kāi)發(fā)用于直接燃燒秸稈等生物質(zhì)的燃燒技術(shù)，圖1為直接燃燒秸稈發(fā)電的系統(tǒng)示意圖。鍋爐設(shè)計(jì)的燃燒為麥秸，麥秸運(yùn)輸和存儲(chǔ)采用標(biāo)準(zhǔn)的捆包，尺寸為
1.2 mxl.3 mx2.5m．每捆質(zhì)量為500 kg。
秸稈進(jìn)料方式可以分成兩種，一種是秸稈包整體直接推進(jìn)爐膛，在爐膛內(nèi)進(jìn)行“雪茄式”燃燒，如丹麥的Haslev電廠：另一種是秸稈包經(jīng)過(guò)螺旋進(jìn)料器粉碎后，再輸送到爐排上燃燒，如丹麥的Slagelse和Rudkdbing電廠。
2006年12月正式投產(chǎn)的山東省國(guó)能單縣生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目是我國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)生物發(fā)電示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目引進(jìn)丹麥BWE的先進(jìn)的秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)。建設(shè)規(guī)模為一臺(tái)容量為135 t/h的振動(dòng)爐排高溫高壓鍋爐和一臺(tái)25 MW的單級(jí)抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，所需燃料以破碎后的棉花稈為主，摻燒部分樹(shù)枝和荊條等。江蘇省已經(jīng)投產(chǎn)或在建的生物質(zhì)秸稈發(fā)電項(xiàng)目，大都引進(jìn)了國(guó)外(丹麥BWE)秸稈直燃發(fā)電技術(shù)，采用了秸稈直燃發(fā)電的技術(shù)路線，主要分布在連云港、宿遷、鹽城、南通等蘇北農(nóng)作物秸稈豐富的地區(qū)。
燃燒秸稈的水冷式振動(dòng)爐排鍋爐是典型的層燃燃燒，適合于單一、穩(wěn)定的秸稈燃料大規(guī)模的直接燃燒，但對(duì)燃料的適應(yīng)能力有限，燃料品種、燃料的物理特性和燃燒特性有些變動(dòng)就有可能導(dǎo)致鍋爐效率下降甚至影響鍋爐的正常運(yùn)行。秸稈層燃燃燒帶來(lái)灰渣沉積和煙氣兩大問(wèn)題。
1.1.2流化床燃燒發(fā)電技術(shù)
采用流化床燃燒技術(shù)，能夠在一定程度上解決上面的問(wèn)題q。流化床密相區(qū)的床料溫度在800℃左右，即使秸稈的水分高達(dá)50%～60%，進(jìn)入爐膛后也能穩(wěn)定燃燒，燃燒效率較高。循環(huán)流化床的運(yùn)行溫度在800—900℃之間，低于秸稈燃料的灰熔點(diǎn)，能夠有效地解決灰渣堵結(jié)問(wèn)題，同時(shí)能夠抑制NO，的生成。
浙江大學(xué)針對(duì)秸稈燃燒灰熔點(diǎn)低、易結(jié)渣等特點(diǎn)進(jìn)行研究，不斷改進(jìn)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，通過(guò)采用特殊風(fēng)分配及組織方式保證秸稈的流化燃燒和順暢排渣，并優(yōu)化受熱面布置，降低堿金屬的腐蝕，解決了一系列的難題，已在10 MW的半工業(yè)規(guī)模化流化床秸稈燃燒試驗(yàn)中得到了證明。并在試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，浙江大學(xué)和中節(jié)能（宿遷）生物質(zhì)能發(fā)電有限公司在江蘇宿遷聯(lián)合實(shí)施了秸稈直接燃燒發(fā)電的示范項(xiàng)目。這是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)、完全擁有核心技術(shù)的示范發(fā)電項(xiàng)目，是我國(guó)同時(shí)也是世界上第一臺(tái)以稻草、小麥秸為單一燃料直接燃燒的流化床鍋爐，一期工程為2x75t/h的循環(huán)流化床秸稈直燃鍋爐。該項(xiàng)目已于2006年10月正式投產(chǎn)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)燃料為麥秸和稻草，在實(shí)際中可能摻燒棉花稈、玉米秸、楊樹(shù)枝條等，利用流態(tài)化低溫動(dòng)力燃燒的特點(diǎn)，很大程度上抑制了高堿秸稈燃料在燃燒中的各種堿金屬問(wèn)題，同時(shí)高效的物料循環(huán)提高了秸稈燃料的利用率，農(nóng)作物秸稈可以經(jīng)過(guò)秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制成生物質(zhì)顆粒燃料后再發(fā)電，這樣不僅可以提到其熱值而且可以很方便的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。
1.2秸稈，煤混燃發(fā)電技術(shù)
秸稈/煤混合燃燒發(fā)電技術(shù)是將秸稈摻混于煤粉中，輸送到鍋爐中燃燒產(chǎn)生蒸汽，通過(guò)汽輪機(jī)或蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。秸稈混燒發(fā)電從鍋爐加熱蒸汽之后的工藝技術(shù)與常規(guī)火力發(fā)電基本相同，只是在燃料輸送、鍋爐燃燒器設(shè)計(jì)與制造方面有所不同。
秸稈／煤混合燃燒方式有：直接混合燃燒、間接混合燃燒和并聯(lián)燃燒三種方式I習(xí)。直接混合燃燒，是在秸稈預(yù)處理階段，將粉碎處理好的秸稈與煤粉在進(jìn)料的上游充分混合后，輸入鍋爐燃燒。間接混合燃燒是將秸稈氣化產(chǎn)生的燃?xì)廨斔椭铃仩t燃燒，相當(dāng)于用氣化爐代替了秸稈粉碎等預(yù)處理設(shè)備。并聯(lián)混合燃燒指秸稈在獨(dú)立的鍋爐中燃燒，將產(chǎn)生的蒸汽與傳統(tǒng)燃煤鍋爐產(chǎn)生的蒸汽一并供給汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組做功。目前，江蘇省的秸稈/煤混合燃燒項(xiàng)目采用直接混合的燃燒方式。
2005年12月16日．我國(guó)第一個(gè)農(nóng)作物秸稈，煤粉混燒發(fā)電項(xiàng)目在山東棗莊十里泉發(fā)電廠竣工投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)秸稈／煤混燃發(fā)電技術(shù)取得了新的重大進(jìn)展。江蘇省生物質(zhì)環(huán)保熱電有限公司，設(shè)備容量為3x75 t/h次高溫次高壓循環(huán)流化床鍋爐和2x15 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組及相關(guān)輔助設(shè)施，實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)，以農(nóng)作物秸稈、農(nóng)林廢棄物、煤和煤泥作燃料，生物質(zhì)能比例約占15%，實(shí)行全自動(dòng)全方位監(jiān)控管理。l#和2#機(jī)組分別于2003年10月、11月投產(chǎn)試運(yùn)行。
江蘇省揚(yáng)州市寶應(yīng)協(xié)鑫生物質(zhì)環(huán)保熱電有限公司投資興建一期工程為2x15 MW次高溫次高壓抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配3x75t/h次高溫次高壓循環(huán)流化床鍋爐。2006年3月完成了利用循環(huán)流化床鍋爐以煤為主燃料，摻燒10%—20%稻殼和秸稈等農(nóng)田廢棄物的生物質(zhì)技改工程。將待建的一臺(tái)(3#爐)75 t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐改建為水冷振動(dòng)爐排秸稈直燃鍋爐，并將已投運(yùn)的一臺(tái)(2#爐)75 t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐改造為摻燒80%以上生物質(zhì)鍋爐。采用四電場(chǎng)靜電除塵器，除塵效率達(dá)99.5%。
摻燒生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)包括生物質(zhì)加工存儲(chǔ)、輸送、控制計(jì)量、入爐裝置、消防、保護(hù)等子系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)采用DCS控制和保護(hù)，通過(guò)變頻調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)摻燒比例的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，摻燒量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)量，輸送系統(tǒng)裝有電磁除鐵器，系統(tǒng)可長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行。
1,3秸稈（谷殼）氣化發(fā)電技術(shù)
氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理lq是把秸稈（谷殼）等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓倮每扇細(xì)馔苿?dòng)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，如圖2所示。
生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)采用氣化技術(shù)和燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)的不同，其系統(tǒng)構(gòu)成和工藝過(guò)程有很大的差別。從氣化技術(shù)上，生物質(zhì)氣化過(guò)程可以分成為固定床和流化床兩大類，固定床氣化包括上吸式、下吸式、橫吸式和開(kāi)心層下式氣化四種。流化床氣化包括鼓泡床、循環(huán)流化床及雙流化床氣化三種。其中研究和應(yīng)用最多是循環(huán)流化床氣化發(fā)電系統(tǒng)，近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的氣化發(fā)電方式，提高氣化發(fā)電效率，國(guó)際上正在積極開(kāi)發(fā)高壓流化床氣化發(fā)電工藝。
從燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)上，可分為內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)及燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。(a)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)備緊湊，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、技術(shù)較成熟、可靠。(b)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)燃?xì)赓|(zhì)量要求高，并且需有較高的自動(dòng)化控制水平和燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)，所以一般單獨(dú)采用燃?xì)廨啓C(jī)的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)較少。(c)燃?xì)?middot;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是在內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的基礎(chǔ)上增加余熱蒸汽的聯(lián)合循環(huán)，該種系統(tǒng)可以有效地提高發(fā)電效率，構(gòu)成的系統(tǒng)稱為生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)(Biomass Integrated Gasification Combined Cycle，簡(jiǎn)稱B/ICCC)技術(shù)。
B/ICCC技術(shù)包括生物質(zhì)氣化、氣體凈化、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電及蒸汽輪機(jī)發(fā)電（如圖3,4所示）。由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档停s5 000 kVm）．爐子出口氣體溫度較高（800 qc以上），要使ICCC具有較高的效率，要求系統(tǒng)必須采用生物質(zhì)高壓氣化和燃?xì)飧邷貎艋瘍煞N技術(shù)才能使ICCC的總體效率達(dá)到較高水平（大于40%）。
我國(guó)目前最大的生物質(zhì)氣化發(fā)電項(xiàng)目是江蘇省興化55 MW整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目。電廠目前安裝有10臺(tái)400 kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)1500 kW蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，配1臺(tái)15 MW循環(huán)流化床CFB氣化爐及l(fā)臺(tái)余熱鍋爐．總裝機(jī)容量5 500 kW。燃料以稻殼為主，輔以稻草、棉花稈等農(nóng)作物秸稈，每年可處理3萬(wàn)多t稻殼和農(nóng)作物秸稈。該項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出了生物質(zhì)氣化一內(nèi)燃機(jī)—蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的工藝路線。主要工藝流程是：農(nóng)作物秸稈經(jīng)粉碎后送入氣化爐，在氣化爐中獲得低熱值可燃?xì)�，將可燃�(xì)膺M(jìn)行除塵脫焦后，送人10臺(tái)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，每臺(tái)功率為400 kW，從內(nèi)燃機(jī)排出的煙氣進(jìn)入1臺(tái)余熱鍋爐，生成的低壓蒸汽推動(dòng)1臺(tái)1500 kW的純凝式汽輪機(jī)。
2、三種技術(shù)路線的比較與分析
通過(guò)對(duì)秸稈發(fā)電三種技術(shù)路線的特點(diǎn)分析，得出了秸稈發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題是：原料、核心技術(shù)、發(fā)電效率與成本問(wèn)題。所以，從這三個(gè)方面進(jìn)行比較和分析。
2.1原料問(wèn)題
原料問(wèn)題包括原料的種類，原料的收集，存儲(chǔ)和運(yùn)輸。直燃發(fā)電的主要燃料為小麥秸稈、稻草和棉花稈等農(nóng)作物秸稈，以及樹(shù)枝條等林業(yè)廢棄物和谷殼等糧食加工副產(chǎn)品。秸稈的收購(gòu)模式主要是“電廠一收購(gòu)站一經(jīng)紀(jì)人一農(nóng)戶”的模式。由于秸稈燃料的季節(jié)性特征，為了保證直燃發(fā)電的連續(xù)性，至少存儲(chǔ)半年的秸稈量。所以必須額外建設(shè)秸稈儲(chǔ)存的倉(cāng)庫(kù)。與之相比秸稈，煤混燃發(fā)電對(duì)秸稈燃料則具有很大的靈活性，在秸稈收獲季節(jié)，摻混秸稈燃料，有效地利用了秸稈資源；在秸稈供應(yīng)的淡季，適當(dāng)?shù)販p少秸稈的混合燃燒，不必為儲(chǔ)存占用大量的場(chǎng)地，降低了秸稈發(fā)電的成本。
秸稈直燃發(fā)電和混燃發(fā)電的項(xiàng)目都是建設(shè)在秸稈資源豐富的農(nóng)業(yè)種植大縣：生物質(zhì)氣化發(fā)電對(duì)原料的要求比較苛刻，主要是顆粒狀的稻殼、木屑等，輔助少量的稻草等秸稈，所以電廠建設(shè)在糧食加工業(yè)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)。
2.2核心技術(shù)問(wèn)題
秸稈直燃發(fā)電的核心技術(shù)有秸稈的預(yù)處理，灰渣沉淀堵塞管道和煙氣高溫腐蝕鍋爐設(shè)備。秸稈直燃發(fā)電的預(yù)處理技術(shù)主要是打包和粉碎技術(shù)，其中應(yīng)用打包技術(shù)居多，將秸稈打包成一定規(guī)格的方捆。由于秸稈灰中K、Na等堿金屬的含量相對(duì)較高，煙氣在高溫時(shí)(450℃以上)具有較高的腐蝕性。此外，秸稈的飛灰熔點(diǎn)較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問(wèn)題，灰分變成固體和半流體，運(yùn)行中很難清除，阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)耆氯麩煔馔ǖ馈?br /> 秸稈／煤發(fā)電的核心技術(shù)同樣有上述的問(wèn)題，由于秸稈與煤的燃燒特性不同，可能造成鍋爐效率的下降，以及鍋爐運(yùn)行的不穩(wěn)定。從寶應(yīng)協(xié)鑫生物質(zhì)環(huán)保熱電有限公司摻燒秸稈的實(shí)踐情況來(lái)看，目前摻燒量可達(dá)30%~40%．連續(xù)運(yùn)行經(jīng)熱力試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明：秸稈摻燒量30%時(shí)，鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)基本正常，鍋爐效率為88.93%，比純?nèi)济簳r(shí)鍋爐效率下降1.43%。雖然與傳統(tǒng)的燃煤電廠相比，混燃的燃燒污染物(S02以及NOx)的排放量有所減少，但是其產(chǎn)生的污染排放物還是相當(dāng)可觀的，還是必須進(jìn)行脫硫處理，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的作用。但是秸稈與煤混燃同樣也會(huì)帶來(lái)兩大問(wèn)題，即灰渣沉積和高溫?zé)煔獾母g。
生物質(zhì)氣化發(fā)電的核心技術(shù)包括：生物質(zhì)預(yù)處理，可燃?xì)獾某龎m脫焦技術(shù)，燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)以及廢水處理問(wèn)題。氣化發(fā)電的生物質(zhì)預(yù)處理主要是，秸稈通過(guò)螺旋進(jìn)料器在送料的同時(shí)進(jìn)行破碎處理。氣化發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)就是可燃?xì)獾某龎m脫焦技術(shù)，因?yàn)閺臍饣癄t出來(lái)的可燃?xì)夂写罅康臒焿m和含碳小顆粒，以及氣態(tài)的焦油，會(huì)危害發(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行。所以提高氣化系統(tǒng)效率的關(guān)鍵問(wèn)題之一便是燃?xì)獾膬艋夹g(shù)，即高溫除塵和高效脫焦技術(shù)：關(guān)鍵問(wèn)題之二就是燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)，在我國(guó)氣化發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模都很小，一般采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組，發(fā)電效率較低。生物質(zhì)整體氣化燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)，提高了系統(tǒng)發(fā)電效率，是我國(guó)氣化發(fā)電的主要發(fā)展方向。廢水處理也是推廣氣化發(fā)電技術(shù)的一大障礙。
2,3發(fā)電效率與發(fā)電成本
秸稈發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率與成本都與系統(tǒng)的規(guī)模有關(guān)。規(guī)模小，雖然初投資小，但是發(fā)電的效率差，相應(yīng)地發(fā)電的成本高。
秸稈直燃發(fā)電技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)大量興起的秸稈發(fā)電的方式，目前江蘇省秸稈直燃發(fā)電最大的裝機(jī)容量為5萬(wàn)kW(國(guó)能射陽(yáng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目)。初投資較大，核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備需要從國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)，在技術(shù)上受制于人，發(fā)電成本較高。
秸稈／煤混燒發(fā)電的工藝技術(shù)與常規(guī)火力發(fā)電基本相同，只是在燃料輸送、鍋爐燃燒器設(shè)計(jì)與制造方面有所不同。只要對(duì)傳統(tǒng)的燃煤鍋爐進(jìn)行相應(yīng)的改造，充分利用了現(xiàn)有燃煤發(fā)電廠的巨額投資和基礎(chǔ)設(shè)施，與新建秸稈直燃發(fā)電廠相比，混燃發(fā)電成本更低。在現(xiàn)階段是一種低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的可再生能源利用方式。
谷殼（秸稈）氣化發(fā)電的效率與前兩種秸稈焚燒發(fā)電技術(shù)的相比，要高一些，秸稈的利用效率高，但是其裝機(jī)容量小(目前國(guó)內(nèi)最大為4 MW)．對(duì)燃料的要求較苛刻，并且氣體凈化的要求高，工藝流程復(fù)雜，設(shè)備繁多，投資巨大，發(fā)電成本也比前兩種高許多�？煽啃圆�，應(yīng)用程度不高。
3、結(jié)論
根據(jù)以上對(duì)秸稈發(fā)電的三種技術(shù)路線的特點(diǎn)分析，可以得出以下的結(jié)論：
(1)從秸稈發(fā)電的燃料（原料）問(wèn)題來(lái)看，目前秸稈／煤混燃發(fā)電技術(shù)，技術(shù)改造成本較低，收益快，是比秸稈直燃和稻殼氣化發(fā)電技術(shù)更可行的方案：
(2)從秸稈發(fā)電核心技術(shù)的問(wèn)題和國(guó)外技術(shù)的擇，尤其是采用循環(huán)流化床秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)是未來(lái)秸稈焚燒發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向：
(3)從秸稈發(fā)電系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及秸稈等生物質(zhì)清潔利用的角度，無(wú)疑氣化發(fā)電遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)秸稈焚燒發(fā)電，尤其生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)(B/IGCC)發(fā)電技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
但是，在實(shí)際工程中，秸稈發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)需要從當(dāng)?shù)亟斩捹Y源分布、技術(shù)掌握水平、投資資金等多方面考慮，所以要權(quán)衡各技術(shù)路線的利弊，采用合乎實(shí)際情況、切實(shí)可行的技術(shù)路線，利用秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)固化農(nóng)作物秸稈成顆粒燃料將十分可行有效。
