生物质热电联产的技术应用

生物质热电联产的技术应用

李强, 章丹

浙江富春江环保热电股份有限公司  浙江 杭州  311411

摘要：随着全球对温室效应的关注，各国开始关注温室气体排放。通过以生物质资源的热电联产来减少温室气体排放，正开始探索研究。热电联产可以节约更多的能源，同时可以选择多种生物质作为燃料，具有很大的发展前景。生物质可以是动物废物、特殊能源植物、木材废物等。生物质能源是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源，不同于光能和风能，属于一种友好型热能，是燃煤热电燃料多样性的有益补充。本文对生物质热电联产的技术应用进行分析，以供参考。

关键词：生物质能 热电联产 技术应用

引言

用生物质作燃料的热电联产，与燃煤热电联产相比，仍然存在许多问题，如燃料供应不足、生物碱金属腐蚀等，这可能会影响能源供应的稳定性。我国热电联产的发展，由于缺乏先进技术、缺乏足够的政策支持和燃料收储问题，需要政府进行更多的管理和投资，以确保生物质热电联产工业的进一步发展。

1. 概述

我国的能源消费以煤炭、石油和天然气等不可再生矿物能源为主。这种能源结构造成了两个主要问题:一方面，化石能源储备减少；另一方面，人们的能源供应和需求不断增加。开发清洁无害的可再生能源，是能源结构调整的必然趋势，目的是减少矿物燃料燃烧对环境的污染，并确保能源发展的可持续性。大规模开发生物质作为可再生能源无疑是一个现实可行的选择。所谓生物质能源是指太阳能作为化学能源储存在生物质中的一种能源形式。它直接或间接来自绿色植物的光合作用，可转化为固体、液体和常规气体燃料。然而，生物质能源过于分散，难以收集的特性导致生物质未得到充分利用。

热电联产是一种新型的分布式能源形式，可以利用分散的能源，生物质能源特性与热电联产的使用方式相一致。现阶段，我国各地区可再生能源基础设施建设落后，传统化石能源比例较高，清洁能源利用率相对较低。随着能源技术的进步，生物质利用正在逐步发展和使用，利用农业生产中的废弃有机物质作为生物质燃料，以及利用气化和燃烧等技术进行供热和发电，可以有效地缓解国家经济发展中的能源短缺问题，生物质能源具有广泛分布、可再生和低成本等优点，但生物质燃烧产生的能源与小型火力发电厂产生的能源相似，效率较低。由于热电联产(CHP)可以同时发电和供热，热电联产的规模使用可以大大提高能源使用效率。所以，将生物质能源纳入CHP系统可以提高生物质能源的使用效率。

2. 生物质热电联产的技术应用

    生物质发电是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物气化发电、农林废弃物直接燃烧发电。我国是一个农业大国，生物质资源十分丰富，开发潜力十分巨大。近些年来，我国工业园区发展迅速，热电厂作为工业园区配套的能源基础设施也得到了蓬勃发展，随着双碳目标的管控加强，热电企业把利用好生物质资源作为重点研究工作。热电厂一般坐落在工业园区，生物质资源欠缺；而生物质资源发达的地方工业却相对落后，热电需求不足。只有资源禀赋的生物质工业园区，才适合优先发展生物质资源供热。

2.1.生物质气化联合发电供热

生物质气化发电供热采用特殊的气化反应器，把生物质废弃物，包括木料、秸秆、稻草、甘蔗渣等转换为可燃气体，产生的可燃气体再经过除尘除焦等净化工序后，送到燃气轮机或内燃机进行发电供热。典型的生物质流化床气化炉包括：进料系统、气化系统、除焦系统、出料系统、除尘系统、控制系统等。适用于小型生物质气化热电联产连续性供热。

生物质气化的热电联产因国而异，并与国家能源结构和政府能源政策密切相关。总的来说，欧洲国家，如瑞典、芬兰和丹麦，已经达到技术成熟并迅速发展。其他国家，如美国、日本也在努力开发这种技术，而我国生物质气化发展较晚，普及程度不高。

2.2.生物质与现有燃煤热电耦合

在已建成的一般工业园区，生物质资源不十分充足，可考虑改造原煤机组，掺烧20%生物质供热。现有热电厂多为循环流化床锅炉，燃料主要是原煤，这种锅炉最适合掺烧灰色生物质（木质类生物质：树枝、木片、木板之类）。掺烧方式简单破碎，减少破碎成本，降低燃料价格，建立和原有输煤分开的生物质输送通道，老机组适宜在原有输煤栈桥下加一层生物质输送通道。掺烧20%生物质对锅炉烟气和尾部受热面腐蚀影响不严重。

表一：90t/h高温高压循环流化床锅炉，年运行7000小时额定负荷原煤燃料用量

生物质资源利用是控制碳排放的需要。燃烧生物质代替1吨5000kcal/kg原煤可以减少二氧化碳的排放，根据C+O2=CO2，若原煤固定碳55%，则1吨原煤产生的二氧化碳为：0.55*44/12=2.017吨、上述90t/h高温高压循环流化床锅炉掺烧生物质年碳排放量减少约2.4万吨（生物质能属于零碳燃料）。

2.3.全生物质热电联产

在一般工业园区新建或扩建热电能源基础设施时，如果生物质资源十分充足，可考虑全生物质热电联产形式。根据当地生物质特性可以选择水冷振动炉排燃烧技术或流化床燃烧技术。

这两种炉型技术路线都有广泛的应用，在实际应用过程中如果生物质主要以农田秸秆为主，多数采用水冷振动炉排燃烧技术。水冷振动炉排是国外纯燃生物质燃料锅炉应用最多、技术最成熟的炉排，锅炉为单锅筒、膜式水冷壁、自然循环、平衡通风的高温高压锅炉。水冷振动炉排有水冷却，可有效地解决秸秆灰熔点低产生的结焦问题。生物质燃料含灰量少，采用水冷振动炉排后可有效解决炉排因灰少而产生的烧坏炉排片的问题。

如果生物质主要以林业废弃物为主，建议采用流化床燃烧技术。燃料在流化床中燃烧方式与水冷振动炉排炉有明显区别。锅炉采用循环流化床燃烧方式和高温分离循环返料的燃烧系统，该系统由炉膛、物料分离收集器和返料器三部分组成。特点是燃烧充分完全;污染排放量低，可以有效控制SO2和NOx的生成量。

3. 生物质收购、存储及财税补贴政策
   1. 生物质收购、存储

在燃料收购方面，保障原料充足、高质量的供给，是热电厂稳定高效运行的基础。采集农林废弃物生物质必须根据季节特点选择，因此生物质热电厂必须储存足够多的生物质燃料，这就使得储存场地有足够大的空间，并建设防雷、防雨和防火等设施。就实际采购而言，需要地方当局协助进行行政组织和指导，并通过一些有效鼓励措施。掌握了生物质来源是企业盈利的核心，有条件的可以开发收购生物质的APP小程序，让农民和收购商信息沟通更为畅通，更为合理安排运输路线和时间，节省收购成本。

3.2.财税补贴政策

进一步完善生物质热电税收优惠政策，依托热电联产改造来提升系统效率，鼓励支持县域多源废弃物清洁供热示范项目建设，限制只发电不供热的生物质项目，提高生物质资源利用效率。十四五期间，对于生物质发电产业来说，所能享有的利好政策也是非常多的。主要有1）可再生能源电价补贴；2）投建成本国家支持30%；3）清洁能源供热补贴；4）秸秆综合利用补贴；5）财政补贴确权贷款；6）地方政策性补贴。综合下来一个生物质热电项目如果将以上补贴都能合法、合规、合理的享受到，其所享有的政策性补贴将超过投建成本。

结束语

综上所述，热电厂在新建或改造过程中，需要重视生物质资源利用技术，生物质资源用于热电联产，保护了环境，提高了农民收入，同时降低了供应蒸汽的碳排放，是对打造环境友好型、低炭型热电厂和工业园区的一种探索，是完全必要的，也是非常紧迫的。

参考文献

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