0、引言
生物質(zhì)秸稈是一種潔凈的可再生能源，它包括玉米稈、小麥稈、稻稈、油料作物秸稈、豆類(lèi)作物秸稈、雜糧作物秸稈、棉花稈等多種作物的莖稈。作為新能源中最具開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的一種綠色可再生能源，生物質(zhì)秸稈發(fā)電受到高度重視，世界上許多國(guó)家將其作為21世紀(jì)發(fā)展可再生能源的戰(zhàn)略重點(diǎn)和具備發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。秸稈發(fā)電技術(shù)己被聯(lián)合國(guó)列為重點(diǎn)項(xiàng)目予以推廣,富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)、
木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備。
在歐洲，尤其是北歐的一些國(guó)家利用秸稈發(fā)電已經(jīng)有10余年的歷史，世界上第1座生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠(chǎng)于1988年在丹麥投產(chǎn)(Haslev，5 MW)，如今，丹麥已建成100多家秸稈發(fā)電廠(chǎng)，秸稈發(fā)電量占該國(guó)總發(fā)電量的24%。目前，世界上最大的秸稈發(fā)電廠(chǎng)是位于英國(guó)坎貝斯的Elyan生物質(zhì)能發(fā)電廠(chǎng)，裝機(jī)容量為38MW。
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源十分豐富。據(jù)1998 - 2003年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算，我國(guó)可開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)資源總量約7億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中農(nóng)作物秸稈約3.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤。
目前我國(guó)農(nóng)作物秸稈中大約有1.45億t用作畜牧飼料，0.91億t用作還田肥料，0.14億t用作工業(yè)原料，2.8億t作為農(nóng)民傳統(tǒng)的生活燃料，余下的1億t左右大部分在田間地頭被直接焚燒了。這不僅污染環(huán)境，還造成能源的浪費(fèi)。近幾年來(lái)，隨著農(nóng)村液化氣、煤炭等優(yōu)質(zhì)能源的大量使用，使得農(nóng)作物秸稈、谷殼等農(nóng)作物廢棄物的剩余量越來(lái)越大。
生物質(zhì)秸稈為低碳燃料，而且含硫量低，是一種較為清潔的燃料。利用秸稈發(fā)電，不僅可為缺電地區(qū)提供寶貴的電力，而且會(huì)極大地改善環(huán)境質(zhì)量，對(duì)環(huán)境保護(hù)非常有利；另外秸稈通常含有3%-5%的灰分，這種灰分以鍋爐飛灰和灰渣／爐底灰的形式被收集，灰分中含有豐富的鉀、鎂、磷、鈣等成分，可用作高效農(nóng)業(yè)肥料。所以，生物質(zhì)秸稈資源是新能源中最具開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的一種綠色環(huán)保可再生能源。
1、生物質(zhì)秸稈能源轉(zhuǎn)換技術(shù)研究進(jìn)展
生物質(zhì)秸稈發(fā)電主要工藝分3類(lèi)：生物質(zhì)鍋爐直接燃燒發(fā)電、生物質(zhì)一煤混合燃燒發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。目前，生物質(zhì)發(fā)電量已占發(fā)達(dá)國(guó)家可再生能源發(fā)電量的70%。
1.1生物質(zhì)秸稈氣化發(fā)電技術(shù)
20世紀(jì)70年代，ChalyE71首次提出了將氣化技術(shù)用于生物質(zhì)這種含能密度低的燃料，使氣化技術(shù)成為生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程最新技術(shù)之一。近年來(lái)歐洲很多研究人員對(duì)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并取得了相當(dāng)?shù)某晒Ｉ镔|(zhì)受熱后，在相對(duì)較低的溫度下就可使大量的揮發(fā)分物質(zhì)析出，生物質(zhì)原料揮發(fā)分高達(dá)70%以上。因此，氣化技術(shù)非常適合生物質(zhì)原料的能量轉(zhuǎn)化。
生物質(zhì)秸稈氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理是把生物質(zhì)秸稈轉(zhuǎn)化為高品位的燃料氣，再利用燃料氣推動(dòng)內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。這樣既能解決生物質(zhì)秸稈燃燒效率低，分布分散的缺點(diǎn)，又可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、污染少的優(yōu)點(diǎn)。所以，氣化發(fā)電是生物質(zhì)秸稈最有效、最潔凈的利用方式之一。
氣化發(fā)電工藝主要包括3個(gè)方面：一是生物質(zhì)秸稈氣化，在氣化爐中生物質(zhì)秸稈轉(zhuǎn)化為氣體燃料；二是氣體凈化，氣化后的燃?xì)舛己幸欢ǖ碾s質(zhì)，包括灰焦炭和焦油等，需經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保證燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行；三是燃?xì)獍l(fā)電，利用內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電。有的工藝為了提高發(fā)電效率，發(fā)電過(guò)程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)。
生物質(zhì)氣化技術(shù)是通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。生物質(zhì)秸稈氣化技術(shù)根據(jù)采用的氣化反應(yīng)爐的不同可以分為固定床氣化和流化床氣化。在氣化過(guò)程中使用不同的氣化劑，采用不同的過(guò)程運(yùn)行條件，可以得到3種不同熱值的氣化產(chǎn)品：低熱值-4.6 MJ/m3（使用空氣和蒸汽／空氣）；中等熱值-12 - 18 MJ/m3（使用氧氣和蒸汽）；高熱值-40 MJ/mj3（使用氫氣）。
固定床氣化爐與流化床氣化爐有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)和一定的適用范圍。
可以看出，流化床氣化爐比固定床氣化爐具有更好的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)成為今后生物質(zhì)氣化研究的方向。
生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合發(fā)電技術(shù)(BIGCC)作為先進(jìn)的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)，從1990年開(kāi)始得到廣泛研究。BIGCC通過(guò)2級(jí)燃燒方式，利用2種工質(zhì)將勃雷登(Broyton)循環(huán)和朗肯循環(huán)疊加在一起，具有較高的發(fā)電效率和較大的發(fā)電規(guī)模。但由于生物質(zhì)燃?xì)鉄嶂档停瑺t子出口氣體溫度較高（800℃以上），要使BIGCC達(dá)到較高效率，需具備2個(gè)條件：一是燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)之前不能降溫，二是燃?xì)獗仨毷歉邏籂顟B(tài)的。這就要求系統(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BIGCC的總體效率較高(40%)。目前，歐美一些國(guó)家正在開(kāi)展這方面的研究，也建設(shè)了多個(gè)生物質(zhì)氣化發(fā)電BIGCC示范項(xiàng)目。但由于焦油處理技術(shù)和燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)難度大，限制了其應(yīng)用推廣。
我國(guó)對(duì)生物質(zhì)秸稈氣化技術(shù)的深入研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代。目前，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)氣化裝置基本上是以空氣為氣化劑的常壓固定床氣化技術(shù)，如河北的ND系列，山東的XFL系列，廣州的cso系列和云南的QL系列。其技術(shù)上存在的問(wèn)題主要有：燃?xì)赓|(zhì)量不穩(wěn)定且燃?xì)鉄嶂档停篊O含量過(guò)高，不符合城市居民使用的燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)；燃?xì)鈨艋敖褂偷奶幚砑夹g(shù)落后；整套裝置的可靠性差、使用壽命短；氣化系統(tǒng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與施工規(guī)范尚未建立，難以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣化技術(shù)的工程化。
我國(guó)于1998年10月建成了1 MW谷殼氣化發(fā)電系統(tǒng)．2000年7月通過(guò)了中科院鑒定；1999年1MW木屑?xì)饣l(fā)電示范工程建成并投入運(yùn)行；2000年6MW秸稈氣化發(fā)電示范工程建成并投入運(yùn)行：2005年5月由中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所開(kāi)發(fā)的4MW生物質(zhì)聯(lián)合發(fā)電項(xiàng)目，在江蘇興化市投入運(yùn)行。由于受氣化效率與內(nèi)燃機(jī)效率的限制，簡(jiǎn)單的氣化一內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)效率低于18%，單位電量的生物質(zhì)消耗量一般大于1.2kg/(kW·h)。目前，我國(guó)的生物質(zhì)秸稈發(fā)電技術(shù)的最大裝機(jī)容量與國(guó)外相比，還有很大差距。
1.2生物質(zhì)一煤混合燃燒技術(shù)
1.2.1生物質(zhì)秸稈燃料和固體燃料（煤）特性比較
生物質(zhì)秸稈和煤在組成和特性（如發(fā)熱量）等方面存在明顯的差異。
可以看出，秸稈的揮發(fā)分和含氧量遠(yuǎn)高于煤，而灰分和含碳量，特別是固定碳含量遠(yuǎn)低于煤，其熱值也小于煤。
1.2.2實(shí)施生物質(zhì)秸稈一煤共燃技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
(1)生物質(zhì)秸稈資源豐富，而且分布廣泛。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年產(chǎn)生的生物質(zhì)秸稈量超過(guò)7億t，除去40%作為飼料、肥料和工業(yè)原料外，尚有60%可用作能源開(kāi)發(fā)，大約折合2.1億t標(biāo)準(zhǔn)煤。
(2)可以提高生物質(zhì)秸稈的燃燒效率。煤粉發(fā)電燃燒效率高，可以達(dá)到35%以上，生物質(zhì)秸稈與煤共燃，可以借用其高效率的優(yōu)點(diǎn)。
(3)生物質(zhì)秸稈一煤共燃技術(shù)簡(jiǎn)單易行，可以利用現(xiàn)役燃煤電廠(chǎng)而無(wú)需大量投資。生物質(zhì)秸稈價(jià)格相對(duì)較低，大量使用可以降低燃料成本。
(4)降低有害氣體排放，有利于環(huán)境保護(hù)。生物質(zhì)秸稈燃料低碳、低氮，在與煤粉共燃時(shí)可以降低電廠(chǎng)廢氣中SO，和NOx的含量。生物質(zhì)秸稈燃燒被看作CO，零排放，所以，采用生物質(zhì)秸稈一煤共燃技術(shù)，是現(xiàn)役燃煤電廠(chǎng)降低CO，排放量的有效措施之一。
1.2.3生物質(zhì)秸稈一煤共燃實(shí)施技術(shù)
在現(xiàn)役燃煤電廠(chǎng)實(shí)施生物質(zhì)秸稈一煤共燃較為簡(jiǎn)單，僅僅涉及在已有的燃料系統(tǒng)中進(jìn)行生物質(zhì)秸稈的摻混，通常有下面2種方式：
(1)在給煤機(jī)上游與煤混合，再一起制粉后噴入爐膛燃燒。
(2)采用專(zhuān)門(mén)的粉碎裝置進(jìn)行生物質(zhì)秸稈的切割和粉碎，然后在燃燒器上游混入煤粉氣流中，或通過(guò)專(zhuān)設(shè)的生物質(zhì)燃燒器噴入爐膛燃燒。
第1種方式相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行改造，但由于生物質(zhì)能量密度低且難以粉碎，磨煤機(jī)的容量及系統(tǒng)可靠運(yùn)行對(duì)摻燒比例有限制。對(duì)燃燒煙煤的電廠(chǎng)，生物質(zhì)秸稈質(zhì)量配比一般小于4%~5%；第2種方式需要加裝單獨(dú)的生物質(zhì)燃料制備系統(tǒng)，設(shè)備投資等費(fèi)用顯著增加。
1. 2.4生物質(zhì)秸稈一煤共燃的一些技術(shù)問(wèn)題
(l)摻燒比例。綜合國(guó)外在這方面的大量試驗(yàn)和工程應(yīng)用研究，采用生物質(zhì)秸稈一煤共燃時(shí)，一般生物質(zhì)秸桿熱量配比（生物質(zhì)秸稈發(fā)熱量大約為煤的一半）小于15%或質(zhì)量配比小于5%。若超過(guò)此限度，可能會(huì)造成燃料及制粉系統(tǒng)的堵塞，影響制粉系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(2)生物質(zhì)秸稈燃料的制備。生物質(zhì)秸稈與煤在共燃時(shí)，必須首先將其粉碎成尺寸為3mm左右的顆粒；生物質(zhì)秸稈含水量不能太高，故在粉碎前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行干燥處理。研究表明，當(dāng)顆粒尺寸大于3mm，秸稈中水分含量大于40%時(shí)，將不易充分燃燒。
(3)腐蝕問(wèn)題。生物質(zhì)秸稈中氯和堿金屬含量較高，它們?cè)谌紵猩陕然锒Y(jié)在受熱面上，可能會(huì)引起受熱面金屬腐蝕。因此，在共燃生物質(zhì)秸稈時(shí)，堿金屬氯化物的腐蝕問(wèn)題需要關(guān)注。
(4)對(duì)催化劑活性的影響。研究表明，煤粉燃燒電廠(chǎng)共燃生物質(zhì)秸稈，會(huì)出現(xiàn)選擇性催化還原，致使煙氣脫硫系統(tǒng)催化劑的活性顯著降低，其原因可能是生物質(zhì)秸稈燃料中豐富的堿金屬和堿土金屬會(huì)引起上述系統(tǒng)中催化劑中毒。
1.3生物質(zhì)秸稈直接燃燒技術(shù)
生物質(zhì)秸稈直接燃燒是最簡(jiǎn)單，也是最早被采用的生物質(zhì)能利用方式。但在過(guò)去的傳統(tǒng)燃燒方式中，生物質(zhì)燃燒效率極低，一般只有10%左右，造成能源嚴(yán)重浪費(fèi)。若能開(kāi)發(fā)一種方便、高效的生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)，必將具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
鍋爐燃燒是一種先進(jìn)的燃燒技術(shù)，把生物質(zhì)秸稈壓縮成型后作為鍋爐的燃料燃燒，可以提高生物質(zhì)能的利用效率，適應(yīng)于生物質(zhì)資源相對(duì)集中，可大規(guī)模利用的地區(qū)。
生物質(zhì)（秸稈）成型技術(shù)(Biomass BriquettingTechnology)是指在一定溫度和壓力下，將各類(lèi)分散的、沒(méi)有規(guī)則形狀的生物質(zhì)廢棄物壓制成具有規(guī)則形狀的、密度較大的各種成型燃料的高新技術(shù)。生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料的工藝流程如下：秸稈收集一千燥一粉碎一成型一成品一燃燒一發(fā)電（供熱）。用于生物質(zhì)秸稈成型的設(shè)備主要有螺旋擠壓式成型機(jī)、機(jī)械活塞沖壓式成型機(jī)、環(huán)磨輥壓式和液壓活塞沖壓式成型機(jī)等幾種主要類(lèi)型。從主要技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，環(huán)磨輥壓式成型機(jī)具有最高的效率，而且生產(chǎn)成本低，但是技術(shù)要求較高，目前在我國(guó)還不成熟。技術(shù)比較成熟的是機(jī)械活塞成型和液壓活塞成型，比較而言前者生產(chǎn)率高，但主要部件壽命低；而后者主要工作部件壽命可達(dá)前者2倍，但最高生產(chǎn)能力不足前者的1/2。考慮總體產(chǎn)品成本，液壓活塞成型機(jī)較低。
現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)生物質(zhì)成型工藝要先將秸稈粉碎至極為細(xì)小的顆粒或粉末，然后經(jīng)成型設(shè)備壓縮成型，否則將不能成型或難以成型。樊峰鳴，張利用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的HPB -Ⅲ型生物質(zhì)秸稈成型設(shè)備進(jìn)行粗大秸稈擠壓成型試驗(yàn)，將原料粒度大大放寬，粗大玉米稈只需要簡(jiǎn)單切碎，對(duì)麥秸稈、豆秸稈、稻殼、花生殼等直徑小于1 cm、長(zhǎng)度小于25 cm的大粒徑松軟生物質(zhì)秸稈，不需要粉碎便可輸入成型機(jī)擠壓出成型燃料。不但降低了能耗，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還有效地提高了生產(chǎn)效率。
農(nóng)作物秸稈經(jīng)壓縮后的成型燃料密度可達(dá)0.8 -1.4 g/cm3，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。而且其熱值大于木材，熱值為14 - 17 MJ/kg，相當(dāng)于中質(zhì)煙煤，適于直接燃燒，具有黑煙少、火力旺、燃燒充分、不飛灰、干凈衛(wèi)生以及NOx，SOx極微量排放等優(yōu)點(diǎn)。秸稈鍋爐為水冷式振動(dòng)鍋爐或鏈條爐排鍋爐，是專(zhuān)門(mén)為秸稈燃燒發(fā)電而開(kāi)發(fā)的設(shè)備。
馬孝琴，駱仲泱設(shè)計(jì)的生物質(zhì)秸稈成型鍋爐采用雙膽反燒結(jié)構(gòu)，經(jīng)燃燒試驗(yàn)，表明該爐具有較高的熱效率和環(huán)保效益，燃用秸稈成型燃料燃燒穩(wěn)定，床層不易結(jié)渣且煙氣中飄塵含量達(dá)標(biāo)。
2、結(jié)束語(yǔ)
(1)生物質(zhì)秸稈作為一種潔凈能源，利用時(shí)不僅SO2，NOx等有害氣體排放量極小，而且具有CO，零排放的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)測(cè)算，建設(shè)一個(gè)2×12 MW的秸稈發(fā)電廠(chǎng)，與同等規(guī)模的燃煤電廠(chǎng)相比，利用秸稈發(fā)電每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6萬(wàn)t，減少SO2排放量600 t，減少煙塵排放400t。一方面提高了農(nóng)村的生活環(huán)境，另一方面也改善了農(nóng)民的生活質(zhì)量。秸稈發(fā)電鍋爐排放的灰渣還可作為農(nóng)家肥再利用，其生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。
(2)生物質(zhì)秸稈發(fā)電技術(shù)，不僅可為農(nóng)村提供更多電力，而且使生物質(zhì)能資源的商品化成為可能，農(nóng)民可通過(guò)出售農(nóng)作物秸稈獲得一定的收入。如我國(guó)第一個(gè)完全利用作物秸稈發(fā)電的建設(shè)項(xiàng)目——河北省晉州市秸稈發(fā)電廠(chǎng)，每年所需的近20萬(wàn)t秸稈全部從當(dāng)?shù)厥召?gòu)，按市場(chǎng)價(jià)格100元／t計(jì)算，可為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收2000萬(wàn)元／年。另外，生物質(zhì)秸稈的收購(gòu)、運(yùn)輸及儲(chǔ)存等也會(huì)形成一系列的產(chǎn)業(yè)，從而帶動(dòng)農(nóng)民收入的增加
(3)秸稈發(fā)電作為一項(xiàng)新技術(shù)，建設(shè)秸稈發(fā)電廠(chǎng)的一些設(shè)備還需要進(jìn)一步完善，一些技術(shù)問(wèn)題還有待于進(jìn)一步解決。開(kāi)發(fā)效率較高的秸稈發(fā)電系統(tǒng)，是我國(guó)開(kāi)發(fā)生物質(zhì)秸稈發(fā)電技術(shù)的一個(gè)主要課題，也是我國(guó)能否有效利用生物質(zhì)能源的關(guān)鍵。應(yīng)積極引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，嫁接商品化、集約化、規(guī)模化的管理經(jīng)驗(yàn)，并不斷創(chuàng)新，早日實(shí)現(xiàn)秸稈成套發(fā)電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。
(4)我國(guó)具有豐富的農(nóng)作物秸稈資源，若能充分利用，不僅能減少環(huán)境污染，變廢為寶，而且還是能源可持續(xù)發(fā)展的必由之路。我國(guó)的《可再生能源法》已于2006年1月1日正式實(shí)施，相關(guān)的價(jià)格、稅收、強(qiáng)制性市場(chǎng)配額和并網(wǎng)接入等鼓勵(lì)扶持政策也相繼出臺(tái)，這些措施的落實(shí)，將使我國(guó)的可再生能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)加速發(fā)展時(shí)期。
相關(guān)顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)產(chǎn)品：
1、
秸稈顆粒機(jī)
2、
木屑顆粒機(jī)
3、
秸稈壓塊機(jī)
