分布式生物质发电技术的优化与应用

生物质是有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和微生物的物质，包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物。生物质发电技术是采用燃烧、气化及发酵等方式将生物质资源转化为电能的一种技术，作为新型的可替代型新能源，生物质发电技术引起全世界的关注及研究。生物质直接燃烧发电利用锅炉燃烧生物质，加热产生水蒸气，过热蒸气推动汽轮机组发电。该技术在我国发展较快，在大规模生产条件下（10～50MW）具有较高的效率，其要求生物质资源集中，且数量巨大，但生物质原料收集、运输、存储的成本较高。虽然我国拥有巨大的生物质原料总量，但分布十分分散，特别是边远地区、海岛等交通不方便的地方，并不适合大规模利用，因此要采取就近吸收原料、规模较小的分布式发电系统。分布式生物质发电系统能很好地解决供电的质量及安全，也可以解决传统单一供电的各种弊端。生物质发电可分直接燃烧发电、气化发电、混合燃烧发电、沼气发电等［22］。

1）生物质燃烧发电

燃烧发电是在锅炉中将生物质直接燃烧产生热及高温高压的水蒸气推动蒸气轮机及发电机进行发电。其主要的两种燃烧方式为固定床燃烧和流化床燃烧。该发电技术的关键因素在于原料预处理、锅炉防腐、锅炉对多种生物质原料的适应性及蒸汽轮机的效率等。该方法相对容易，易实现大规模利用，技术相对较成熟，但热值低、发电效率不高于35%，适用于谷米加工厂、木料加工厂等生物质资源比较集中的地方。

生物质燃烧发电可分为汽轮机发电、蒸汽机发电及斯特林发动机，其中最为成熟的汽轮机发电技术通过生物质锅炉燃烧将化学能转化成热能的同时进行热交换，将锅炉中的水转化成高温高压的蒸气，蒸气进入汽轮机膨胀做功驱动发电机发电，将蒸气的热能转化成机械能进行发电。

2）气化发电技术

生物质气化发电技术是通过气化反应（如氧化、还原、裂解及燃料的干燥）把生物质转化为可燃气，再将可燃气净化后进入燃气发电设备进行发电。它是生物质能最有效最洁净的利用方法之一，适用燃烧高杂质、低热值的生物质燃气，其燃气发电技术设备紧凑、污染少。

生物质气化发电技术有内燃机发电系统、燃气轮机发电系统及燃气-蒸气联合循环发电系统，中型气化发电采用气化-内燃机工艺，同时增加余热锅炉和蒸汽轮机，发电效率可达25%～35%，大规模的气化-燃气轮机联合发电效率可达40%以上。目前气化发电的关键技术仍需完善，需进一步研究以达到更高的发电效率。

3）沼气发电

沼气发电在高温厌氧条件将生物质原料直接装入密闭型发酵设备，产生高质沼气（甲烷），再通过沼气发动机转换成电能，以及将热交换器带出余热加以利用，该系统综合热效率达80%左右，发电机效率为30%～40%。(www.xing528.com)

4）生物质能电池

生物质能电池是将生物质发酵产物作为燃料电池的阳极材料，通过电池反应直接将燃料化学能转化成电池电能，利用这种转化不受卡诺循环效应的限制，能源转化效率高、噪声小、环境友好及可靠性高。生物质电池包括沼气燃料电池及乙醇燃料电池等。

生物质发电机组［23］是实现生物质能转换成电能的设备，通常包括生物质的处理、输送和燃烧系统，锅炉系统，汽轮机系统，环境保护系统。我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿吨，其中6.04亿吨可作为能源使用，因此下面以生物质秸秆发电为例介绍电厂系统配置。

（1）生物质的处理、输送和燃烧。一般将松散的秸秆、树枝和木屑等生物质原料挤压成特定形状的可以高效燃烧的固体燃料。压缩成形可以解决天然生物质分布散、密度低、松散蓬松造成的储运困难、使用不便等问题。

（2）锅炉系统。用自然循环的汽包锅炉，过热器分两级布置在烟道中，烟道尾部布置省煤器和空气预热器。由于秸秆灰中碱金属的含量相对较高，因此烟气在高温时（450℃以上）具有较高的腐蚀性。此外飞灰的熔点较低，易产生结渣的问题。如果灰分变成固体和半流体，运行中很难清除，就会阻碍管道中从烟气至蒸气的热量传输。严重时甚至会完全堵塞烟气通道，将烟气堵在锅炉中。由于存在这些问题，实际生产中会专门设计过热器系统。

（3）汽轮机系统。汽轮机和锅炉必须在启动、部分负荷和停止操作等方面保持一致，协调锅炉、汽轮机和凝汽器的工作非常重要。

（4）环境保护系统。可以在湿法烟气净化系统之后，安装一个布袋除尘器，以便收集烟气中的飞灰。布袋除尘器的烟灰排放低于25mg/Nm3①，大大低于发电厂的烟灰排放水平。

①Nm3，标准立方米，1mg/m3=10-24g/Nm3。