當(dāng)今人類正面臨著巨大的能源與環(huán)境壓力，從全球范圍看，化石能源正在日益耗盡，人類對于化石能源的極大依賴，不僅給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染，而且由于能源的逐漸匱乏，也給未來社會帶來潛在的危機(jī)。能源短缺和環(huán)境污染已成為全社會普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。我國是化石能源非常短缺的國家，從環(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)發(fā)展方面看，發(fā)展可再生能源具有長遠(yuǎn)意義。我國是典型的農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源相當(dāng)豐富，每年農(nóng)作物秸稈資源量約占我國生物質(zhì)能資源量的近一半。秸稈的大規(guī)模能源化利用是未來的發(fā)展趨勢。
1、秸稈發(fā)電技術(shù)與我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1秸稈發(fā)電技術(shù)
主要的秸稈發(fā)電技術(shù)包括直接燃燒發(fā)電、混合燃燒發(fā)電和熱解氣化發(fā)電技術(shù)。
直接燃燒發(fā)電技術(shù)是指把秸稈原料送入特定蒸汽鍋爐產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機(jī)從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的技術(shù)。丹麥于1988年建成了世界上第一座秸稈直接燃燒發(fā)電廠，BWE公司率先研發(fā)秸稈原料燃燒發(fā)電技術(shù)，迄今在這一領(lǐng)域仍保持世界最高水平。位于英國坎貝斯的農(nóng)作物秸稈和農(nóng)林廢棄物發(fā)電廠是目前世界上最大的秸稈發(fā)電廠，裝機(jī)容量3.8萬kW。
混合燃燒發(fā)電技術(shù)是指將秸稈用于燃煤電廠，使用秸稈和煤兩種原料進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。近年來，生物質(zhì)與礦物燃料（主要是煤）的混合燃燒發(fā)電得到許多研究和示范應(yīng)用，該技術(shù)在斯堪的納維亞半島和北美地區(qū)使用相當(dāng)普遍。在美國，有300多家發(fā)電廠采用生物質(zhì)能與煤炭混燃技術(shù)，裝機(jī)容量達(dá)600萬kW。
熱解氣化發(fā)電技術(shù)是指在氣化爐中將秸稈等生物質(zhì)原料氣化，生成可燃?xì)怏w，經(jīng)過凈化供給內(nèi)燃機(jī)或小型燃?xì)廨啓C(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的技術(shù)。小型生物質(zhì)氣化發(fā)電主要集中在非洲和東南亞，而在美國以及歐洲只有少數(shù)供研究用的實(shí)驗(yàn)裝置；中型生物質(zhì)氣化發(fā)電目前僅在歐洲有少量幾個項(xiàng)目；大型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在國際上仍停留在示范和研究階段。作為先進(jìn)的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)能耗比常規(guī)系統(tǒng)低，總體效率可達(dá)40%，也是各國研究的熱點(diǎn)。
1.2我國秸稈發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
我國秸稈資源較為豐富，每年秸稈產(chǎn)量大約在6億t左右，假定有70%的農(nóng)作物秸稈用于發(fā)電，按熱值折算約1.9億t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于120臺100萬kW超臨界發(fā)電機(jī)組1年所需的燃煤量。近些年我國已催生一大批秸稈發(fā)電項(xiàng)目，截至2010年8月，江蘇已有11家秸稈發(fā)電廠投產(chǎn)，總裝機(jī)容量達(dá)28萬kW。
2、秸稈發(fā)電環(huán)保性能
2.1秸稈燃料工業(yè)分析和元素分析
秸稈作為重要的可再生能源，不僅可以作為傳統(tǒng)化石能源的有益補(bǔ)充，而且與傳統(tǒng)化石能源如煤炭相比，具有顯著的環(huán)保性能。表1是典型生物質(zhì)燃料與煤炭的主要成分對比，其中，生物質(zhì)燃料中含硫量大多都少于0.20%，大大低于煤炭的含硫量；生物質(zhì)燃料含氧量高，含氫量稍多，揮發(fā)分也明顯較多，更易于燃燒；而煤炭的熱值明顯大于生物質(zhì)燃料”。
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料飼料，其可以做到農(nóng)作物秸稈的綜合利用。
2.2秸稈直接燃燒發(fā)電與燃煤機(jī)組環(huán)保性能比較
采用秸稈直接燃燒發(fā)電是我國目前采用的主要方式。假定秸稈與煤炭燃燒效率相同，同等熱值典型秸稈燃料與煤炭污染物產(chǎn)生量存在著較大的差異見表2。
2.2.1 CO：秸稈含碳量最高的也僅為50%左右，固定碳的含量明顯比煤炭少，因此，秸稈不耐燒，熱值較低。秸稈在燃燒過程中排放出的CO2與其生長過程中所吸收的一樣多，其CO，的凈排放量為零，相對于煤的燃燒，減少了溫室氣體的排放總量。
2.2.2 S02平均而言，秸稈含硫量僅為煤炭含硫量的1/5。1/10．甚至更低。秸稈直燃發(fā)電一般不需設(shè)置脫硫裝置，在保護(hù)環(huán)境的同時還降低了生產(chǎn)成本；而在煤的燃燒過程中80q)以上的燃料硫會轉(zhuǎn)變成SO2，對環(huán)境空氣質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，需采取各種脫硫固硫措施加以控制。
2.2.3煙塵 秸稈的灰分通常在4%～14%之間，低于煤炭的灰分。目前秸稈發(fā)電通常采用袋式除塵器收塵，其除塵效率一般在99.8%—99.9%之間。一般情況下，煙塵排放濃度在30 mg/m3以下。
2.2.4 NO.秸稈燃燒過程中產(chǎn)生的NO，主要為NO和NO，。通常采用多級送風(fēng)等低氮燃燒技術(shù)，煙氣凈化則無需采取脫硝措施。一般情況下，NO,排放濃度在300mg/m3以下。
2.2.5灰渣同等熱值的秸稈燃燒產(chǎn)生的灰渣量比煤炭要少很多。通常秸稈燃燒發(fā)電產(chǎn)生的灰可作為農(nóng)業(yè)用肥，理論上可實(shí)現(xiàn)100%綜合利用；而產(chǎn)生的渣主要作填埋處理。
以某電廠燃煤發(fā)電改為秸稈發(fā)電的技改工程為例。技改工程拆除原1號和2號JG75-5.29/485-M型次高壓循環(huán)流化床鍋爐，新建2臺75t/h秸稈直燃水冷振動爐排鍋爐（次高溫次高壓）。表3是技改前后燃料成分的對比情況。在產(chǎn)生相同熱量的情況下，年秸稈消耗量約為煤炭用量的1.7倍。所產(chǎn)生的污染物量見表4。
在不計(jì)脫除效率的情況下，相對于煤的燃燒，秸稈燃燒產(chǎn)生CO，的排放量為零，減排量為344 760t/a，SO2減排量為l 360婦，同等熱值的秸稈燃燒產(chǎn)生的煙塵量比煤要少很多，減排量達(dá)12610t/a，灰渣減排量達(dá)25970t/a。從實(shí)例中可以看出，采用秸稈作為燃料減少了污染物的實(shí)際排放量，從根本上減輕了對環(huán)境的污染，相對于傳統(tǒng)能源發(fā)電有很明顯的環(huán)保優(yōu)勢。
2.3秸稈混燃發(fā)電的環(huán)保性能
混燃不僅可以加大秸稈的燃燒效率，還能夠有效地減少燃煤SO：的排放量。多數(shù)秸稈灰分中含有大量堿金屬或堿土金屬的氧化物，能夠與SO，反應(yīng)生成硫酸鹽，起到固硫劑的作用。Spliethof認(rèn)為當(dāng)生物質(zhì)與煤混燒時，煙氣中的SO，排放大大降低而被有效吸附在顆粒物上。Bengt籌認(rèn)為燃料中的硫元素更易與Ca、Mg等堿土金屬結(jié)合以硫酸鹽的形式通過汽化凝結(jié)富集在亞微米顆粒上。
秸稈與煤炭混燃，一般情況下秸稈的熱輸入量不得超過鍋爐總熱輸入量的20%。在此情況下，發(fā)電廠鍋爐等現(xiàn)存設(shè)備無需太大改動，從而降低了投資費(fèi)用。從江蘇寶應(yīng)某熱電廠摻燒秸稈的實(shí)踐情況來看，目前摻燒量可達(dá)30%一40%，經(jīng)熱力試驗(yàn)測試，在現(xiàn)有燃煤機(jī)組中摻燒秸稈量30%時，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鍋爐效率略有下降，下降幅度約1.43%。
2.4秸稈氣化發(fā)電的環(huán)保性能
秸稈氣化發(fā)電對環(huán)境的污染最小，是3種發(fā)電技術(shù)中最清潔的發(fā)電技術(shù)。氣化發(fā)電除了可發(fā)揮秸稈發(fā)電本身的環(huán)保優(yōu)勢外，還能有效控制NO.的排放，這是因?yàn)闅饣^程溫度一般較低(約在700-900℃)，由此導(dǎo)致NO。的生成量有所降低。但由于氣化發(fā)電技術(shù)本身固有的特點(diǎn)，目前實(shí)際應(yīng)用狀況并不如秸稈直燃發(fā)電廣泛。
3、展望
我國生物質(zhì)秸稈發(fā)電還存在一些問題，如秸稈直燃發(fā)電中秸稈的預(yù)處理、灰渣沉淀堵塞管道和煙氣高溫腐蝕鍋爐設(shè)備等。
秸稈直燃發(fā)電將是今后一段時間內(nèi)我國秸稈發(fā)電的主要方式。該技術(shù)在我國大規(guī)模的推廣應(yīng)用，尚需要盡快解決好實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的技術(shù)難題以及秸稈大規(guī)模收集與運(yùn)輸?shù)葐栴}。
秸稈混合燃燒發(fā)電技術(shù)簡單，使用方便，設(shè)備投資省，是秸稈燃燒發(fā)電的發(fā)展方向。但仍需解決一系列技術(shù)問題：①要將生物質(zhì)秸稈處理成符合燃煤鍋爐或氣化爐的要求。②由于秸稈與煤的燃燒特性不同且秸稈的不穩(wěn)定性使得鍋爐的穩(wěn)定燃燒復(fù)雜化，可能造成鍋爐效率的下降，以及鍋爐運(yùn)行的不穩(wěn)定。③秸稈燃燒生成的堿會使燃煤電廠中脫硝催化劑失活，影響燃煤機(jī)組的脫硝效率。
我國開發(fā)的中小規(guī)模生物質(zhì)秸稈氣化發(fā)電技術(shù)具有投資少，發(fā)電成本較低，靈活性好的特點(diǎn)，比較適合于生物質(zhì)秸稈的分散利用。但同時需要解決秸稈預(yù)處理、可燃?xì)獾某龎m脫焦技術(shù)、燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)以及廢水處理等問題，這些都是推廣秸稈氣化發(fā)電技術(shù)的障礙。
近幾年，世界各國高度重視秸稈發(fā)電項(xiàng)目的開發(fā)，將其作為21世紀(jì)發(fā)展可再生能源的戰(zhàn)略重點(diǎn)。我國秸稈發(fā)電的發(fā)展空間巨大，需要加大對其核心技術(shù)的研究與開發(fā)，解決好實(shí)際運(yùn)行中存在的技術(shù)問題，推動秸稈發(fā)電的健康發(fā)展，充分發(fā)揮秸稈發(fā)電的環(huán)保優(yōu)勢。
