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生物質燃料發(fā)電是利用生物質所具有的生物質能進行的發(fā)電,是可再生能源發(fā)電的一種,一般分為直接燃燒發(fā)電技術和氣化發(fā)電技術。包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。
生物質能直接燃燒發(fā)電是以農(nóng)作物秸稈和林木廢棄物為原料,進行簡單加工,然后輸送到生物質發(fā)電鍋爐,經(jīng)過充分燃燒后產(chǎn)生蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電的高新技術。燃燒后產(chǎn)生的灰粉有加工成鉀肥返田,該過程將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原本的開環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈子轉變?yōu)榭裳h(huán)的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈,是完全的變廢為寶的生態(tài)經(jīng)濟。生物質燃料在高溫及缺氧條件下,熱解產(chǎn)生co與氣化介質(通常有空氣、氧氣、水蒸氣或氫氣),在一定條件下發(fā)生熱化學反應,產(chǎn)生以CO、H2或CH4為主要成分的可燃氣體的轉化過程。
生物質氣化發(fā)電技術又稱生物質發(fā)電系統(tǒng),利用氣化爐把生物質轉化為可燃氣體,經(jīng)過除塵、除焦等凈化工序后,再通過內(nèi)燃機或燃氣輪機進行的發(fā)電。過程包括三方面:生物質氣化;氣體凈化;國外生物質能源在燃料生產(chǎn)與發(fā)電方面的應用起步較早,主要利用農(nóng)作物、農(nóng)林廢棄物及加工廠廢棄物來進行燃料生產(chǎn)與發(fā)電。燃氣發(fā)電。既可以解決可再生能源的有效利用,又可以解決各種有機廢棄物的環(huán)境污染。正是基于以上原因,生物質氣化發(fā)電技術得到了越來越多的研究和應用,并日趨完善。
秸稈發(fā)電的主要燃料,來源于小麥秸稈、玉米秸稈、稻草稻殼、棉花秸稈、林業(yè)間伐及加工剩余物等農(nóng)林廢棄物。秸稈發(fā)電變農(nóng)民在田間無序焚燒,為集中燃燒并發(fā)電、造肥,節(jié)省了大量煤炭資源,并增加農(nóng)民收入。中國國家電網(wǎng)公司旗下的國能生物發(fā)電有限公司,引進丹麥先進的生物質直燃發(fā)電技術,于2006年12月1日建成投產(chǎn)了中國生物質直燃發(fā)電項目——國能單縣1×25MW生物質發(fā)電工程,實現(xiàn)了中國大容量生物質直燃發(fā)電零的突破。該電廠2007年全年穩(wěn)定運行8200多個小時,發(fā)電2.2億千瓦時,消耗農(nóng)林剩余物20多萬噸,為農(nóng)民增加收入5000萬元以上。農(nóng)民生活用能,秸稈燃燒效率僅約為15%,而直燃發(fā)電鍋爐可將熱效率提高到90%以上。由于中國電力供應緊張,而生物質廢棄物浪費嚴重,價格低廉,所以生物質氣化發(fā)電的成本,約為0。
秸稈作為一種可再生能源,在生長和燃燒中不增加大氣中二氧化碳量,不但可以替代部分化石燃料,而且還能減少溫室氣體排放量。據(jù)測算,中國可開發(fā)的生物質能資源總量近期約為5億噸標準煤,遠期可達10億噸標準煤。即使按5億噸標準煤計算,生物質發(fā)電可滿足中國能源消費量的20%以上的電力,年可減少排放二氧化碳近3.5億噸,、氮氧化物、減排量近2500萬噸。除此之外,秸稈燃燒產(chǎn)生的灰分還可作為鉀還田使用,一臺2.5萬千瓦生物質發(fā)電機組年生產(chǎn)達8000噸左右灰分。當前改造熱效率僅為10%左右的傳統(tǒng)燒柴灶,推廣效率可達20%~30%的節(jié)柴灶,其技術簡單、易于推廣,是效益明顯的節(jié)能措施。
生物質氣化發(fā)電可使用農(nóng)林廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機廢棄物及動物糞便等生物質原料。原料來源廣泛,發(fā)電設備多種,發(fā)電規(guī)模不等,促使氣化技術呈多樣化發(fā)展。從發(fā)電規(guī)模上分,生物質氣化發(fā)電系統(tǒng)可分為小型、中型、大型三種。小型氣化發(fā)電系統(tǒng)所需的生物質數(shù)量較少,簡單靈活,多采用固定床氣化設備,主要用于農(nóng)村照明或作為中小企業(yè)的自備發(fā)電機組,一般發(fā)電功率小于200kW。固定床氣化設備又可分為上吸式、下吸式和開心層下式3種,其中下吸式爐型有利于減少爐內(nèi)熱解生成的焦油含量,因而被廣泛采用。直接干餾熱解的特點是生物質在隔絕空氣條件下進行熱分解,產(chǎn)物為固體炭和木醋液、可燃性氣體,生產(chǎn)過程須外加能源[8]。
生物質氣化發(fā)電技術形式多樣,要利用氣化發(fā)電設施創(chuàng)造良好社會經(jīng)濟效益,一定要因地制宜采用適宜的氣化發(fā)電技術形式。增大發(fā)電規(guī)模有利于提高熱效率,有利于降低二次污染;生物質的直接燃燒在今后相當長的時間內(nèi)將是我國生物質能利用的主要方式。但大型氣化發(fā)電系統(tǒng)也意味著高投資和復雜的機組系統(tǒng),在地廣人稀或經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)發(fā)展這樣的系統(tǒng)設施缺乏經(jīng)濟性。因此,我國應同時關注以村、鎮(zhèn)為單位的中小型氣化發(fā)電機組和重點地區(qū)的大型氣化發(fā)電機組的研究與開發(fā),根據(jù)規(guī)模的大小選用合適的生物質氣化發(fā)電系統(tǒng)技術,保證在任何規(guī)模下都有合理的發(fā)電效率,充分利用生物質能源,改善我國的能源結構和生態(tài)環(huán)境。