我国生物质发电的现状浅析

我国生物质发电的现状浅析
李 巧 王 捷 郑桂银
（中机中电设计研究院有限公司 100048 中国中元国际工程有限公司 100089 中国电力工程有限公司 100048）
[摘 要]随着环境和能源问题的愈显突出，发展新能源迫在眉睫。本文主要对新能源之一的生物质发电现状进行了分析，并指出其发展中存在的问题。
[关键词]生物质发电 新能源
2013年以来，我国北方多个城市频繁出现雾霾天气，严重的空气污染给我
国“高污染、高能耗、高排放”的工业发展模式敲响了警钟。同时，随着国家能源
政策的调整，
“煤改气”工程不断实施，导致天然气需求量激增，供需缺口随之扩
大。要减少污染物，特别是污染气体的排放，就必须改变以煤为主的能源结构，
尽量减少煤炭、石油等化石能源的使用，降低对外依存度，大力发展国内可再生
清洁能源刻不容缓。
中国作为一个农业大国，生物质资源十分丰富，各种农作物每年产生秸秆
6亿多吨，其中可以作为能源使用的约4亿吨，全国林木总生物量约190亿吨，可
获得量为9亿吨，可作为能源利用的总量约为3亿吨。因此，发展生物质发电厂在
我国是十分有必要的。
1， 生物质发电厂的主要流程
生物质发电厂是利用生物质燃料的化学能产出电能的工厂。在锅炉中，燃
料的化学能转变为蒸汽的热能，在汽轮机中，蒸汽的热能转变为轮子旋转的机
械能，在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是生物质发电厂中的主要设备，
亦称三大主机。辅助三大主机的设备称为辅助设备简称辅机。主机与辅机及其
相连的管道、线路等称为系统。燃料燃烧所需要的热空气由送风机送入锅炉的
空气预热器中加热，预热后的热空气，经过风道一部分送入料仓作干燥以及送
料粉，另一部分直接引至燃烧器进入炉膛。燃烧生成的高温烟气，在引风机的作
用下先沿着锅炉的烟道依次流过炉膛，水冷壁管，过热器，省煤器，空气预热器，
同时逐步将烟气的热能传给工质以及空气，自身变成低温烟气，经除尘器净化
后在排入大气。
经过以上流程，就完了燃料的输送和燃烧、蒸汽的生成燃物的处理及排出。
由锅炉过热气出来的主蒸汽经过主蒸汽管道进入汽轮机膨胀做功，冲转汽轮
机，从而带动发电机发电。从汽轮机排出的乏汽排入凝汽器，在此被凝结冷却成
水，此凝结水称为主凝结水。主凝结水通过凝结水泵送入低压加热器，有汽轮机
抽出部分蒸汽后再进入除氧器，在其中通过继续加热除去溶于水中的各种气
体。经化学车间处理后的补给水与主凝结水汇于除氧器的水箱，成为锅炉的给
水，再经过给水泵升压后送往高压加热器，汽轮机高压部分抽出一定的蒸汽加
热，然后送入锅炉，从而完成一个热力循环。循环水泵将冷却水送往凝结器，这
就形成循环冷却水系统。经过以上流程，就完成了蒸汽的热能转换为机械能，电
能，以及锅炉给水供应的过程。因此生物质发电厂是由炉，机，电三大部分和各
自相应的辅助设备及系统组成的复杂的能源转换的动力厂。
2.生物质发电厂主要的发电形式
2.1 生物质直接燃烧发电
直接燃烧发电是将生物质在锅炉中直接燃烧，生产蒸汽带动蒸汽轮机及发
电机发电。生物质直接燃烧发电的关键技术包括生物质原料预处理、锅炉防腐、
锅炉的原料适用性及燃料效率、蒸汽轮机效率等技术。
生物质燃料和传统能源相比的主要差别为：
2.1.1 含碳量较少。生物质燃料中含碳量最高的也仅 50%左右，相当于
生成年代较少的褐煤的含碳量。特别是固定碳的含量，明显地比煤炭少。因此，
生物质燃料热值较低。
2.1.2含氢量稍多，挥发分明显较多。生物质燃料中的碳多数和氢结合成低
分子的碳氢化合物，遇一定的温度后热分解而析出挥发分。所以，生物质燃料易
被引燃，燃烧初期，析出量较大，在空气和温度不足的情况下易产生镶黑边的火
焰。
2.1.3 含氧量多。生物质燃料含氧量明显地多于煤炭，使得生物质燃料热
值低，但易于引燃。在燃烧时，可相对地减少供给空气量。
2.1.4 密度小。生物质燃料的密度明显地较煤炭低，质地比较疏松，特别
是农作物秸秆和畜禽粪便。这样使得这类燃料易于燃烧和燃尽，灰烬中残留的
碳量较燃用煤炭者少。
2.1.5 含硫量低。大部分生物质燃料含硫量少于0.02%，燃烧时不必设置
气体脱硫装置，降低了成本，有利于环境保护。
2.2 生物质型煤发电技术
生物质还可以与煤混合成为生物质型煤，然后可以作为燃料进行发电，称
为生物质混合燃烧发电技术。生物质型煤是指破碎成一定粒度和干燥到一定程
度的煤及可燃生物质按一定比例掺混，加入少量固硫剂，利用生物质中的木质
素、纤维素、半纤维素等与煤粘接性的差异压制而成。生物质在其中既起粘接作
用又起助燃作用。生物质型煤虽然具有优良的燃烧性能和环保节能效果，但在
国内尚处于实验室研究与工业试生产阶段，尚未形成规模产业，技术经济因素
阻碍了它的工业化发展应用。
生物质型煤的有以下几个优点：生物质型煤的混合燃烧技术由于大部分生
物质燃料的含水量较高，且组分复杂，因此很难使燃用生物质的锅炉以较低的
成本达到与常规锅炉相比的效率。然而，实践表明，采用生物质型煤的混合燃烧
技术，既可以达到经济上的合理性，又可以降低锅炉排放物的浓度。
这是因为生物质的含氮量比煤少，且生物质燃料中的水分使燃烧过程冷
却，减少了 氮氧化合物的热形成。混合燃烧会对燃烧稳定性、给料及制粉系统
产生影响，可通过调整燃烧器和组料系统满足要求。
2.3 气化发电
生物质气化发电技术是指生物质在气化炉中转化为气体燃料，经净化后直
接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。气化发电的关键技术之
一是燃气净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，
需经过净化系统把杂质除去，以保证发电设备的正常运行。
生物质气化发电可通过三种途径实现：生物质气化产生燃气作为燃料直接
进入燃气锅炉生产蒸汽，再驱动蒸汽轮机发电；也可将净化后的燃气送给燃气
轮机燃烧发电；还可以将净化后的燃气送入内燃机直接发电。在发电和投资规
模上，它们分别对应于大规模、中等规模和小规模的发电。
在商业上最为成功的生物质气化内燃发电技术，由于具有装机容量小、布
置灵活、投资少、结构紧凑、技术可靠、运行费用低廉、经济效益显著、操作维护
简单和对燃气质量要求较低等特点，而得到广泛的推广与应用。
2.4 沼气发电
沼气发电是随着沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技
术，其主要原理是利用工农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理
产生的沼气驱动发电机组发电。用于沼气发电的设备主要为内燃机，一般由柴
油机组或者天然气机组改造而成。
3.生物质发电中存在的问题
3．1 生物质原料收集问题
3.1.1规模收集体系尚未形成，收集率太低。由于收集时间短、收集手段落
后、收集成本高，秸秆的收集率不足30%，大部分被农民在田里直接烧掉。这也
造成了环境污染。
3.1.2物质资源的运输成本较高。发电厂的燃料收集半径对其经济性有较
大影响。收集半径越大，运输费用越高，电厂的燃料成本也相应增大，利润也就
越低。而秸秆及稻壳等比重、体积大，加上沿途的罚款导致运输成本居高不下。
3.1.3由于北方地区秸秆等原料有季节性特点，需要很好的存贮条件，这直
接加大了企业成本。再加上近来人工成本不断上涨，政府补贴发放也不是很及
时，这些都影响到生物质发电公司的运营。此外，基建投资大（是同容量燃煤电
厂投资的3倍）、设备不成熟、改造费用多等，都直接造成了以山东京能为代表的
生物质发电公司的长期亏损。
3.2 生物质发电技术急需提高
在目前的技术条件下，发电成本过高是生物质发电项目的‘瓶颈’。完全依
靠政府补贴无法让行业走出困境，只有相关技术的提高，才能让生物质发电迎
来转机。由于生物质发电技术产业发展叫缓慢，规模较小，相对于国内的火电、
燃气发电等大型机组来讲，生物质发电属于“小之又小”的小字辈。这种原因造
成了对市场和技术都了解的技术人员较少的现状，与此同时，每年都有一部分
人逃离这个行业。在专业技术人员往业外流出的同时，新兴力量的又无法及时
的补充。新生力量的进入也是难题。
3.3 政府扶持力度需要加大
虽然政府已经对生物质发电厂在很多方便较常规发电厂优惠较多，但生物
质发电厂的生存难度依然很大。政府一是需要在人才培养上建立专门对口的培
训渠道，二是要更多的鼓励生物质发电厂相关产业的发展。生物质发电厂的利
用率只有在机械和研发上提高，才能更好的降低成本，更大的获得效益。
总之，生物质发电厂在环境和经济的双重压力之下，需要大力发展。只有政
策和技术的提高，才能逐渐提高生物质发电的社会价值。