摘要：根據我國目前能源緊缺和秸稈資源利用水平低的現狀，介紹了國內秸稈發電技術的研究和應用情況。分別闡述了秸稈直接燃燒發電、秸稈與煤混合燃燒發電和秸稈氣化發電3種發電形式的技術原理、工藝流程和工程應用情況。結合工程實踐經驗，分析了秸稈發電技術應用中存在的問題，從秸稈收集、技術改進、國家配套政策等3個方面提出了建議，指出我國秸稈發電技術和產業將進入一個快速發展時期。
0、引言
我國是一個農業大國，秸稈資源十分豐富，每年產生的農作物秸稈總量超過6億t，其中可以作為能源利用的在3億t以上。近年來，隨著農村經濟的發展和農民生活水平的提高，大部分農村地區把煤炭、液化氣等常規能源作為炊事取暖用能的首選。大量的剩余秸稈被遺棄在田間地頭付之一炬，既浪費資源又污染環境。隨著生物質能利用技術的發展，秸稈發電技術也日趨成熟，秸稈大規模能源化利用成為大勢所趨。
利用生物質能已成為國家解決能源短缺問題的重要舉措之一。根據我國中長期能源規劃，到2010年，生物質發電裝機600萬kW，約占全國發電總裝機容量的1%；到2020年，生物質發電裝機2000萬kW，約占全國總發電裝機容量的2%。自2006年1月1日起施行的《可再生能源法》從法律上明確了可再生能源的戰略地位。國家發改委《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》規定：生物質發電項目上網電價由傳統上網電價加補貼電價組成，補貼電價標準為0. 25元/kW·h。秸稈發電技術和產業的發展迎來了最佳時機。
1、秸稈發電技術及應用
秸稈發電技術經過多年的發展已日趨成熟，按照原料利用方式的不同主要分為3類：秸稈直接燃燒發電、秸稈與煤混合燃燒發電和秸稈氣化發電。
國內秸稈直接燃燒發電工程的技術基本是從國外引進的，此類發電項目裝機容量一般在25MW左右。秸稈與煤混合燃燒發電的關鍵技術也是從國外引進，一般在原有燃煤機組的基礎上進行改造。秸稈氣化發電技術具有完全的自主知識產權，已進入應用示范階段，裝機容量一般在5MW以下。
1.1秸稈直接燃燒發電
秸稈原料送入鍋爐中直接燃燒，產出的高壓過熱蒸汽，通過汽輪機的渦輪膨脹做功，驅動發電機發電，這種發電方式稱為秸稈直燃發電。秸稈直燃發電和燃煤發電并沒有本質上的區別，只是在原料的理化性質方面，與煤相比，一般的秸稈原料具有“兩小兩多”的特點，即熱值小、密度小；鉀含量多、揮發分多。所以，燃秸稈鍋爐的燃燒室、受熱部件、供風系統，特別是進料系統在結構上都要與秸稈的這些特性相適應。
秸稈直燃發電工程建設以丹麥BWE公司為代表，采用水冷式振動爐床燃燒技術，較好地適應了秸稈類燃料“兩小兩多”的特點。在該技術工藝中，秸稈首先由螺旋進料器輸送到固定爐排上，揮發分在此迅速析出燃燒。而后焦炭在連續進料的推動下移動到固定爐排的上方振動爐排上進行燃燒，在爐排振動的作用下，焦炭不斷移動位置，這就克服了傳統爐床燃燒技術中燃料分布不均勻、燃燒效率低的缺點。水冷可以保護爐排以免燒壞，同時也減少了結渣現象。尾部的過熱器也都根據煙氣中堿金屬含量高易產生高溫腐蝕的特點進行了針對性設計。
BWE公司已在丹麥、瑞典、芬蘭、西班牙等國建設了數十個秸稈發電站。我國同能生物發電有限公司引進丹麥BWE技術在國內建設的第一座生物質發電廠一山東單縣秸稈發電廠，已于2006年12月1日正式投產，燃料以粉碎的棉花秸稈為主，設計負荷為25MW，每年可消耗棉稈20萬t。由該公司投資建設的威縣、成安、高唐、墾利、射陽5個以棉稈和林木廢棄物等灰色秸稈為主要燃料的生物質發電項目和浚縣、望奎、鹿邑、遼源4個以玉米稈、小麥稈等黃色秸稈為主要燃料的項目也相繼投產運行。截至目前，該公司已有10個生物質直燃發電項目實現并網發電，截至2007年底，國家和各省發改委已核準項目87個，總裝機規模220萬kW。全國已建成投產的生物質直燃發電項目超過15個，在建項目30個多。
1.2秸稈與煤混合燃燒發電
雖然秸稈原料與煤在物理化學性質上有很大的不同，但在現役的燃煤鍋爐中摻燒15%（熱量比）以下的秸稈對鍋爐穩定運行影響不大，在技術上是可行的。實施時可在已有的燃料系統中混入秸稈，有以下兩種方式：一是秸稈與煤混合均勻后與煤一起制粉后噴入爐膛燃燒；二是秸稈單獨粉碎后再與煤粉共用燃燒器，或者是專用燃燒器噴人爐膛燃燒。國外進行的大量試驗和工程實踐表明：秸稈原料混燒的熱量比例<2%時，無需對電廠原燃煤系統進行任何改造，電廠運行的安全性和經濟性也不受影響；比例在5%和10%之間時，混燒技術的優勢可以充分發揮出來，所引起的設備投資和運行費用的增加也可以從混燃的收益中得到補償，目前國外的工程應用大多在此范圍內；15%是目前生物質原料混燒熱量比例的上限值，大于15%時，電廠的經濟性和安全性將受到影響。
2005年，華電國際十里泉電廠從丹麥引進技術設備，對1臺14萬kW機組的鍋爐燃燒器進行了秸稈混燒技術改造。該項技術改造總投資8300萬元，改造后實現了秸稈與煤粉混燒，秸稈摻混質量比<20%，也可單獨燒煤。
1.3秸稈氣化發電
秸稈氣化的基本原理是在不完全燃燒條件下，將秸稈中較高分子量的有機碳氫化合物裂解，變成較低分子量的CO，H2，CH4等可燃氣體。該氣體用于發電的方式主要有3種：一是將可燃氣作為內燃機燃料，用內燃機帶動發電機發電；二是將可燃氣作為燃氣輪機的燃料，用燃氣輪機帶動發電機發電；三是用燃氣輪機和蒸汽輪機兩級發電，即利用燃氣輪機排出的高溫廢氣把水加熱成蒸汽，再推動蒸汽輪機帶動發電機發電。我國目前主要是采用第1種方式。目前，國內秸稈發電工程中秸稈氣化爐主要有同定床氣化爐和流化床氣化爐兩種形式。
在傳統的固定床氣化技術中，原料的干燥、熱解、氧化、還原等過程都在氣化爐中完成，產生的可燃氣體中焦油含量高，應用極為不便。山東省科學院能源研究所開發了兩步法固定床氣化技術，原料首先在裂解器中經過干燥和熱解，再進入氣化爐中完成氧化和還原，解決了以往技術中的焦油難題，較好地滿足了內燃機的工作要求，形成了兩步法生物質同定床氣化發電技術。
其主要特點為：一是燃氣清潔、焦油含量低。經過簡單過濾和凈化后，燃氣中總雜質含量<20mg/Nm3．能夠滿足氣體內燃機工作的要求。二是無二次污染。以前的固定床氣化技術中，燃氣中焦油一般通過水洗去除，焦油廢水帶來的二次污染問題無法解決。而在兩步法氣化工藝中燃氣經過旋風分離器、織物過濾器除塵后進入水冷器間接換熱，整個凈化冷卻過程都不和水直接接觸，所以不存在二次污染問題。三是系統總效率高。氣體內燃機的高溫排氣為秸稈原料裂解提供熱源，充分利用了排氣余熱，使系統總效率得到提高。
山東省科學院能源研究所利用該項技術已經建成了一套生物質氣化發電示范系統，目前該系統已實現穩定并網發電。系統的裝機容量為200kW，年發電量約為140萬kW·h；單位投資約7000元/kW，投資回收期為7年左右，具有較好的經濟性。
流化床氣化與固定床相比具有原料處理能力強、氣化反應速度快、系統容易放大等優點。但較高的操作氣速也會帶來氣體中含灰較多、后續除塵凈化負擔增加等問題。流化床氣化爐在水分、熱值方面對原料的種類適應性較廣，但對原料的粒度要求較為嚴格，一般秸稈類原料要粉碎到20mm以下才能滿足流化床對原料的流化性能要求。
中國科學院廣州能源研究所在循環流化床生物質氣化發電技術上的研究和應用開發取得了較快進展。該技術工藝流程如圖3所示。其原理為生物質原料進入流化床氣化爐后被高溫的惰性床料（河沙）迅速加熱，在流化狀態下發生一系列熱解、氧化、還原反應。燃氣中攜帶的焦炭被慣性除塵器分離后流回爐內繼續反應；依次經過旋風分離器、文氏管除塵器后，燃氣中的固體顆粒和微細粉塵基本被清洗干凈；燃氣中的焦油采用吸附和水洗的辦法進行清除，主要設備是兩個串聯的噴淋洗氣塔；清潔的燃氣被送入內燃機帶動發電機發電。廣州能源研究所利用該項技術在全國建設了十幾個生物質氣化發電站，取得了較好的經濟效益，為秸稈發電技術的產業化推廣積累了寶貴的經驗。
2、我國秸稈發電存在的問題
2.1秸稈收集成本過高
在發達國家，農場種植較為集中，農業生產自動化程度高，秸稈收集便利，這與國內情況有很大不同。我國農業生產分散，秸稈堆積密度小、收集費時費力、運輸成本高，再加上農村留守勞動力短缺、換茬農時緊張，農戶出售秸稈的意愿不高。現在秸稈發電項目的燃料來源主要依靠經紀人，這造成許多秸稈收不上來，形成了假性的供不應求局面，再加上一些經紀人故意囤積秸稈，大大抬高了電廠的燃料成本。
華電國際十里泉電廠混燒秸稈發電項目投產前預計秸稈收購價格為100元／t，運行后秸稈的收購價格高至400元／t。國能單縣生物發電廠在全縣范圍內設有8個棉柴收購站，棉柴到站價格為180元／t，到廠價格約為230元／t。國能望奎生物發電廠玉米秸稈到廠價格為270元／t。考慮到秸稈的熱值僅有煤的50%，所以在燃料價格上，秸稈與煤相比并無任何優勢。這種局面給秸稈電廠運行帶來很大的壓力，也讓潛在的投資秸稈發電的企業望而卻步。
解決秸稈收集困難、價格高的問題應從以下兩方面著手。首先，在秸稈發電產業發展初期，政府應積極配合做好引導、組織和政策支持，在廣大農民朋友中宣傳廢物利用、節約能源等觀念，使他們能夠積極出售秸稈。其次，秸稈電廠應積極探索既適合當地實際情況又符合市場操作的秸稈收貯運模式，提高效率、降低收購成本。
2.2技術需進一步改進
我國建成的直燃發電項目核心設備都是從丹麥BWE公司引進的，基本解決了國產秸稈鍋爐結焦、腐蝕和效率低等問題，但進口設備成本高昂。因此，應在消化吸收國外技術的基礎上，加強自主研究開發，完成關鍵設備的國產化。
秸稈氣化發電方面，應進一步優化工藝路線，提高系統效率，降低燃氣凈化除焦成本，提高發電機組運行穩定性，從而進一步提高秸稈氣化發電系統的經濟性和競爭力。
2.3國家配套政策不完善
秸稈發電項目的立項和審批手續復雜，國家政策細則實施不夠，各級政府部門不清楚對此類項目如何操作管理，立項困難。特別是對于氣化發電項目，由于裝機容量較小，基本在用戶側接入，對大電網影響較少，并且環境友好，不宜也不需要完全套用常規發電項目的立項審批程序。建議國家相關部門針對可再生能源發電項目特點．制定科學、合理、可操作性強的立項管理辦法，簡化項目行政許可程序。
3、秸稈發電技術應用前景
時下油價高、煤炭短缺，而秸稈發電則充分利用了生物質廢棄物，節約了能源，在緩解能源供給壓力和保護環境兩個方面都能發揮重要作用。我國秸稈資源豐富，秸稈發電產業具有較好的發展基礎。隨著越來越多的秸稈發電項目的建成和運行，秸稈收貯運喂、鍋爐設備、氣化設備、灰渣利用等一系列產業鏈逐步形成，秸稈發電產業的經濟效益和社會效益逐漸顯現。國家相關的優惠政策和建設標準相繼出臺、立項審批程序的規范和簡化，這些因素都會吸引越來越多的技術力量和資金力量投入到秸稈發電領域，秸稈發電技術和產業必將進入一個快速發展時期。
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