专业 | 我国生物质气化耦合发电技术及应用探讨

摘要：文章在划分现阶段生物质发电技术类别的基础上，结合国家“十三五”期间煤电发展的产业政策，重点论述了生物质燃气耦合发电的工艺流程和主要设备，阐述了目前我国生物质燃气耦合发电项目推广应用的优势与不足，提出生物质原料预处理的方案，解决存在的不足。

关键词：生物质燃气;耦合发电;技术与应用

1 概述

2016年11月7日，国家发展和改革委员会、国家能源局率先公布了《电力发展“十三五”规划(2016  }  2020年)》，根据电力发展“十三五”规划，我国将开展燃煤耦合发电试点示范，并明确指出重点任务是“在东北等粮食主产区布局一批燃煤与农林废残余物耦合发电示范项目，在京津冀、长三角、珠三角布局一批燃煤与污泥耦合发电示范项目”。

2016年11月29日国务院公布了《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》。

2016年12月20日国务院下发了《“十三五”节能减排综合工作方案》。

2016年12月30日国家能源局公布了《能源技术创新“十三五”规划》。

这些规划与工作方案都将燃煤耦合发电列为重要的支持性发展产业。由此，一批燃煤生物质耦合发电试点项目建设已开始启动，继吉林大唐长山热电厂启动燃煤与农作物秸秆耦合发电技术改造试点工作后，广东、宁夏、湖北、安徽等省已启动了一批燃煤与农林生物质、污泥耦合发电的试点项目。

2017年6月7日，第7届燃煤生物质耦合发电国际研讨会在北京召开，国家能源局电力司的有关领导表示：“燃煤生物质耦合发电有利于促进化石能源替代，增加清洁能源供应;有利于促进电力行业特别是煤电的低碳清洁发展;有利于破解秸秆田间直焚、污泥垃圾围城等社会治理难题”，这三个“有利于”的评价，基本就是当前我国燃煤生物质耦合发电发展的首要任务。

2 生物质发电和生物质耦合发电技术简述

传统的生物质发电技术，实际并不是火力发电技术领域的新技术。世界上最早的生物质发电起源于20世纪70年代，当时因为世界性的石油危机爆发，丹麦为缓解危机带来的能源压力，率先大力推行秸秆等生物质发电技术，1990年以后，生物质发电在欧美许多国家也得到大力发展。在传统生物质发电技术发展中，实际也包含了生物质与煤炭、燃油、天然气的耦合发电技术，只是以西方国家为代表的技术中，通常是在中小机组方面的应用，这也与西方国家电力产业发展国情有直接关系，在欧洲300M  W机组以上的生物质耦合发电技术实际并不多见。从生物质耦合角度来看，我国300MW和600M  W机组将是主要的适用机组，这样来看，我国采用燃煤耦合发电技术的定义是符合国内未来发展道路的，这不仅仅是简单的生物质和燃煤谁多谁少的问题，还包含了燃煤与其他能源耦合技术的范畴。

生物质发电方式主要可分为直接燃烧发电、气化发电和与耦合发电三种方式。直接燃烧发电分为农林废弃物直接燃烧发电、垃圾焚烧发电等;气化发电可分为农林废弃物气化发电、垃圾填埋气发电、沼气发电等;耦合发电是生物质与其他燃料结合的发电技术。

生物质耦合发电又可分为三种方式：

1)生物质直接与煤炭、燃油、天然气等燃料在锅炉内混合燃烧，我国早期开展的生物质耦合发电以该方式为主，这种方式对于火电发电机组来说，生物质利用热效率低，对生物质燃料处理和燃烧设备要求较高，并不具有很好的适用性;

2)生物质燃烧锅炉直接产生蒸气，这部分蒸气可送人到锅炉再热器或送到汽轮机低压缸，这种耦合方式因为存在相对独立的生物质锅炉系统，对燃煤锅炉燃烧不产生影响，但是系统复杂，投资造价高;

3)生物质气化产生的燃气在锅炉内与其他燃料混合燃烧，这种方式对于火力发电机组来讲，需将生物质燃气总量控制在一定范围内，否则就要调整燃煤锅炉的燃烧器和燃烧区域。

我国目前开展的燃煤耦合发电技术，主要趋向于第三种的燃气耦合方式。这是因为我国农业生产方式的特征、电站锅炉现状等因素，决定了燃气耦合方式具有对电站锅炉现有装备影响小、投资少、生物质利用热效率高、对社会环境适应性强的优点。图1是生物质发电技术的划分和分类情况。

图1 生物质发电技术的划分与分类

生物质耦合发电的原料，实际上与生物质发电一样不仅局限于秸秆，也包括农业、林业、食品加丁业的所有废弃可燃物质，都可以成为生物质耦合发电的燃料，更广义地讲，甚至包括工业废弃物、城市垃圾、污水处理污泥等有害废物。生物质耦合发电在火力发电领域起到降低煤耗、减少碳排放、促进锅炉低负荷经济运行作用的同时，也是固废无害化处理环保技术新的发展与应用。

3 生物质燃气耦合发电技术的主要工艺流程

生物质原料经过多道工序处理后，达到气化炉的人料要求，生物质原料被输送至气化炉内，在气化炉内在高温、高压的作用下，产生含有C0,  CH4, H2等低热值的混合可燃气体。从气化炉内出来的生物质燃气温度约为730  ℃，为了实现热能的综合利用和便于生物质燃气的可靠计量，燃气需降温冷却到400℃-420  ℃，降温后的生物质燃气通过输送管道及加压系统送人煤粉锅炉燃烧室与煤混合燃烧。图2是生物质燃气与煤混合燃烧耦合发电的工艺流程图。

图2生物质燃气与煤混合燃烧祸合发电技术工艺流程