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摘 要：从多角度介绍了生物质直燃发电的机理，概括和总结了不同种类生物质直燃发电的工艺和现状，指出生物质发电所存在的问题，并提出有关产业的前景分析，根据相关问题，寻求其高效可持续发展的方法。
关键词：生物质；直燃技术；流化床；垃圾焚烧；清洁能源
引言
生物质能是重要的可再生能源，也是唯一能够连续生产，规模可控、可储存、可运输的全能性能源。生物质作为火的载体，以生物质为燃料的直接燃烧技术是最原始、最实用的利用方式，生物质直燃发电成为大规模利用的主要形式之一。发改委发布的《可再生能源中长期发展规划》和国家能源局《生物质能发展“十二五”规划》中明确指出，到2015年生物质发电装机容量达到1300万kW，力争到2020年生物质发电装机容量达到3000万kW的发展目标。
受国际国内关于生物质发电发展趋势影响，投资主体纷纷投入到生物质直接燃烧发电行业，对其抱有极大预期和热情。我国可开发生物质能资源丰富，生物质直燃发电技术的推广与应用顺应我国能源利用多元化和绿色低碳经济可持续发展的需求。目前，关于生物质直燃发电的现状与发展趋势研究较多：王文总结了生物质直燃发电遇到的部分问题，给出了生物质直燃发电的发展趋势；李昕蔚在介绍生物质能源和生物质直燃发电的基础上，站在国能生物发电的角度，指出生物质直燃发电“功在当代、利于千秋”；杨圣春围绕安徽省生物质电站的现状及存在的问题提出了完善的调控及价格补贴政策。但相关工艺、有针对性的存在问题及相关建议鲜有报道。
本文从秸秆汽化直燃技术、林业流化床燃烧技术，以及垃圾直燃工艺多方面介绍生物质直燃发电的机理、发展工艺，提出了生物质直燃发电存在的问题和建议，指明了生物质直燃发电的可观前景。对于推动我国生物质能源利用规模化、高效利用、清洁利用具有重大的作用。
1生物质直燃发电的机理
本文从三方面对生物质进行直接燃烧加工处理，使其进行燃烧发电，能源结构多样化。三种燃烧发电工艺的从原料成分不同，以及不同的处理方式加工，但都对烟气、污水，及固体残渣进行处理回收，防止对环境造成污染。气化发电以气化反应产生可燃气体进行发电；层燃和悬浮燃烧是常见的燃烧方式，而流化床锅炉燃烧介于二者之间，与煤燃烧有异曲同工之妙；而垃圾燃烧以固体废弃物直接燃烧为主，进行负压处理，最终从不同方面对生物质进行利用，推动能源产业发展。
2生物质直燃发展工艺
2.1農业直燃发电（秸秆）的工艺
生物质气化发电技术是生物质能高效洁净利用的重要方式之一，如图1所示。经预处理过的生物质原料，如秸秆、稻草、稻壳、甘蔗渣等由进料装置在气化炉内生气化反应生成可燃气体，再经过除尘除焦净化后，被送至燃气发电机进行发电。
在中型气化发电技术的基础上，利用高压气化、燃气轮机技术和高温除尘技术，可发展为气化-燃气轮机联合循环发电系统，并大规模加以运用，能耗比常规系统更低，总体效率可>40%，但关键技术仍未成熟，尚处在示范和研究阶段。
2.2林业废弃物直接燃烧发电的工艺
流化床锅炉工艺是目前能够与林业废弃物直接燃烧发电匹配较好的一项工艺。层燃和悬浮燃烧是常见的燃烧方式，而流化床锅炉燃烧介于二者之间。高速气流通过流化床底部的空气分布板使流化煤体吹起，气流速度控制在刚刚能够是颗粒悬浮，并且不被吹走。质量大的在床底部干燥、分解、燃烧，质量轻的被气流带到床上部继续燃烧。为了提高燃烧效率，使用旋风分离器使飞出的颗粒重新回到底部继续燃烧，而烟气则被排出去。通过流化床燃烧过后，就和原煤燃烧发电工艺相差无几。
2.3垃圾的焚烧和发电利用工艺
垃圾是大家日常生活中必然会产生的物质，大部分是固体、液体。由于它们的生产量大，成分很复杂，且大部分都具有污染性和难闻的气味，所以我们需要将他们无量化、资源化、减量化和社会化，来保护我们的自然环境。如果不妥善处理，将会造成环境污染、资源浪费、甚至会危害大家人生的健康。生物质资源化的利用目前是全球的热门课题之一，我们的世界政府正在高度重视这一技术。
垃圾有很多我们大家都知道的危害。有各种重金属垃圾和化学废品垃圾是极其危险的，处理不当会危害人体。另外还有一些难降解的垃圾，好比塑料袋，会构成白色污染。还有城市中的家庭废水和工业上的工业废水。目前垃圾生物质资源化是一个全球热门重点话题，对于这个课题，垃圾生物质发电也就很重要了。
具体过程：在垃圾称重之后，将垃圾卸到垃圾储存坑中，然后垃圾在坑内发酵脱水后，由吊车将垃圾送人给料器，并进人焚烧炉内进行焚烧。送风机从垃圾储存坑中吸入空气使坑中保持负压，避免臭气外漏。燃烧产生的热量和烟气经过预热锅炉进行能量回收，产生的蒸汽推动汽轮机发电；锅炉出来的烟气经烟气处理系统除尘除酸后排人大气；除尘设备收集的飞灰和灰渣由厂处理。
3存在问题及发展建议
生物质能发电产业刚刚起步，难免存在许多的问题，这是所有新兴产业发展的必然阶段。其中农业生物质能直燃发电主要存在的问题有：
（1）工艺技术不成熟。我国生物质供应链虽不长，但涉及的板块也不少。对于生物质垃圾发电技术，我们的国家发展时间并不长，而且不像太阳能发电和煤发电那么为人们所知。且对于中国的教育来说，这种技术对很多人来说都是很陌生的人，就更不用说要人们理解对他的发电技术。
（2）能源利用率低下。由于工艺的不成熟，导致能源利用率底下。农业废料不能充分的利用，剩余物较多，使得资源严重浪费，造成污染。垃圾如何合理的搜集和我们应该形成垃圾分类的自主思想。在发达国家和发展中国家，各国的垃圾焚烧利用率是不同的，且发达国家大部分否有垃圾自主分类的意识，但是发展中国家在此方面的意识就很薄弱，合理分配垃圾后才能合理的集中焚烧垃圾。城市的发展和人口的增加，带来了城市垃圾也在日积月累的增加，如果我们不能合理的分配垃圾，这将对我们的生活带来比较大的危害。 （3）原料分散，收集成本高。我国农业生产分布较分散，使得原料收集困难。且农民对于生物质能发电不了解，导致很多人宁可放田里腐烂，也不愿意出售，厂家只能提高价格收购。
（4）原料尺寸不一。由于林业废弃物主要包括一些浪费的木料、木屑、以及木材的枝干、樹叶。这些原材料有大有小，有粗有细，在进行流化床直接燃烧之前就需要很多的准备。原材料尺寸的大小是一个很重要的标准，因此需要对大型的废木料、枝干进行干燥、粉碎等一系列的操作工艺，对粉末状的木屑或者树叶等，则需要添加石英砂来维持正常的燃烧。燃烧完以后的飞灰相对于原煤燃烧的飞灰来说较硬，锅炉的受热面容易磨损，加入了石英砂的灰渣也很难再综合利用。
针对相关问题，给出如下相关建议：
（1）综合利用生物质资源，提高发电经济效益。在电厂选址时尽量选址应充分考虑多种资源的选择和利用。比如大型农场附近，原料资源丰富且便于收集。同时运输成本也低。多方面拓宽电站的燃料种类，现在主要以秸秆为主，可尝试回收如玉米芯，玉米外皮等废弃物，掌握更多更广的燃料供应途径。同时流化床技术能够使林业废弃物维持在850℃稳定的燃烧，为发电提供一个稳定的热源。但是较高的流化床床温，使得整个工艺的耗电量较大，运行成本相对偏高。
（2）因地制宜，资源分类处理。因为垃圾焚烧后产生的能源很多样，所以目前焚烧是目前最要的方法。但是其中涉及很多的问题，垃圾如何合理的搜集和我们应该形成垃圾分类的自主思想。在发达国家和发展中国家，各国的垃圾焚烧利用率是不同的，且发达国家大部分否有垃圾自主分类的意识，但是发展中国家在此方面的意识就很薄弱，合理分配垃圾后才能合理的集中焚烧垃圾。在收集垃圾中，很多垃圾是不能再一起焚烧的，有的焚烧后有剧毒，有点只能人工降解，所以合理进行垃圾分类及其分类燃烧是及其重要的，以此来提高垃圾焚烧利用率。
（3）加大自主研发力度。生物质供应链虽不长，但涉及的板块也不少。如何构建起一个高效的循环运行产业链，通过技术升级促产品体系升级，促行业发展升级，是当下需要关注的问题，也是其巨大市场潜力喷薄的基础。发展自主的农业生物质直燃发电技术，使之与我国的实际情况相适应。使得设备成本也较引用国外技术设备成本降低。为我国生物质燃烧发电做出巨大贡献。
（4）完善相应政策支持，提高相关企业的盈利能力。一是制定生物质能发电相关补贴措施。如：设备维护补贴，环境保护补贴。二是落实财税优惠政策可考虑比照现行发电实行增值税即征即退的政策。三是原料补贴，由于现行原料收集成本过高，实行原料补贴可降低企业的运行成本，缓解企业盈利压力。使企业能够长久发展。
4 生物质直燃发电发展前景
（1）生物质发电是国际清洁能源发展的趋势。发达国家的直燃发电技术成熟，北欧的印度、巴西和东南亚的一些发展中国家也积极研发或者引进技术建设生物质发电项目。其符合清洁生产大趋势，切中了全国治气、治土、治水的环境保护主题，也获得了国家和地方的大力支持。以绿色环保为核心，以节能减排为向导，生物质能产业兼具商品属性和环保属性，前路可期。
（2）针对我国生物质能源的现状，燃烧发电是大规模利用的主要形式之一。不仅解决了废弃木料随处堆放的问题，还浪费了清洁能源。收购原料在发展新能源的同时又是对农民进行了有效的帮扶，有助于解决贫困问题。由于加工工艺成本较高，使得多数发电厂出现严重的亏损，国家应加大对于生物质发电的扶持。生物质发电行业：乙醇汽油、生物质炭等等，其符合清洁能源的价值观，对应了国家出台的要保护环境的政策，也获得了当地政府的大力支持。以绿色环保为焦点，以节能减排为领导，生物质能的期望很高。
（3）大力发展生物质燃烧技术有助于减少温室效应，优化我国能源利用结构，维持可持续发展有较大意义。虽然和欧美等发达国家相比各个层面仍有较大的差距。国内多数生物质能发电厂仍然以直接引入国外技术为主。同时，我国是农林业大国，生物质原料主要是农作物秸秆，废弃木料、木屑、枝干、树叶等。而国外生物质原料以林业废弃物为主，与我国国情不符。国外引进的技术适用性不强。因此，因地制宜发展具有自主知识产权并符合我国国情的高效生物质燃烧技术将是我国现阶段生物质能燃烧发电的主要方向。
结论
随着人类对清洁能源的质量与种类需求增加，发展生物质发电技术是能源利用的迫切任务，其对低碳减排和环境保护也具有战略性意义。无论是在技术层面还是现实应用层面，我国生物质直燃发电与发达国家比拟都具备较大差距。因此研究经济高效的燃烧和优化技术以及促进建立生物质燃料收集、预处理和配送体系是急待解决的问题。生物质具有可再生性、环境友好性，并且可以储存，所以大力发展生质能利用及燃烧发电技术前景良好且意义重大。
参考文献：
[1]王惠文， 是艳杰， 李红莉，等. 生物质发电的节能减排效果分析[J]. 电网技术， 2007（s2）：344-346.
[2]唐宏伟， 张占军. 农作物秸秆用于生物质发电的可行性分析——以天津市蓟州区为例[J].农业工程， 2018， 8（3）：136-137.
[3]黄锦涛， 王新雷， 徐彤. 生物质直燃发电经济性及影响因素分析[J]. 可再生能源， 2008， 26（2）：95-99.
作者简介：
罗冰（1987-），女，四川苍溪人，讲师，博士研究生，主要从事固废资源化利用研究.发表论文10余篇.
*基金项目：学科团队建设项目（2019XKJS03）.
关键词：生物质；直燃技术；流化床；垃圾焚烧；清洁能源
引言
生物质能是重要的可再生能源，也是唯一能够连续生产，规模可控、可储存、可运输的全能性能源。生物质作为火的载体，以生物质为燃料的直接燃烧技术是最原始、最实用的利用方式，生物质直燃发电成为大规模利用的主要形式之一。发改委发布的《可再生能源中长期发展规划》和国家能源局《生物质能发展“十二五”规划》中明确指出，到2015年生物质发电装机容量达到1300万kW，力争到2020年生物质发电装机容量达到3000万kW的发展目标。
受国际国内关于生物质发电发展趋势影响，投资主体纷纷投入到生物质直接燃烧发电行业，对其抱有极大预期和热情。我国可开发生物质能资源丰富，生物质直燃发电技术的推广与应用顺应我国能源利用多元化和绿色低碳经济可持续发展的需求。目前，关于生物质直燃发电的现状与发展趋势研究较多：王文总结了生物质直燃发电遇到的部分问题，给出了生物质直燃发电的发展趋势；李昕蔚在介绍生物质能源和生物质直燃发电的基础上，站在国能生物发电的角度，指出生物质直燃发电“功在当代、利于千秋”；杨圣春围绕安徽省生物质电站的现状及存在的问题提出了完善的调控及价格补贴政策。但相关工艺、有针对性的存在问题及相关建议鲜有报道。
本文从秸秆汽化直燃技术、林业流化床燃烧技术，以及垃圾直燃工艺多方面介绍生物质直燃发电的机理、发展工艺，提出了生物质直燃发电存在的问题和建议，指明了生物质直燃发电的可观前景。对于推动我国生物质能源利用规模化、高效利用、清洁利用具有重大的作用。
1生物质直燃发电的机理
本文从三方面对生物质进行直接燃烧加工处理，使其进行燃烧发电，能源结构多样化。三种燃烧发电工艺的从原料成分不同，以及不同的处理方式加工，但都对烟气、污水，及固体残渣进行处理回收，防止对环境造成污染。气化发电以气化反应产生可燃气体进行发电；层燃和悬浮燃烧是常见的燃烧方式，而流化床锅炉燃烧介于二者之间，与煤燃烧有异曲同工之妙；而垃圾燃烧以固体废弃物直接燃烧为主，进行负压处理，最终从不同方面对生物质进行利用，推动能源产业发展。
2生物质直燃发展工艺
2.1農业直燃发电（秸秆）的工艺
生物质气化发电技术是生物质能高效洁净利用的重要方式之一，如图1所示。经预处理过的生物质原料，如秸秆、稻草、稻壳、甘蔗渣等由进料装置在气化炉内生气化反应生成可燃气体，再经过除尘除焦净化后，被送至燃气发电机进行发电。
在中型气化发电技术的基础上，利用高压气化、燃气轮机技术和高温除尘技术，可发展为气化-燃气轮机联合循环发电系统，并大规模加以运用，能耗比常规系统更低，总体效率可>40%，但关键技术仍未成熟，尚处在示范和研究阶段。
2.2林业废弃物直接燃烧发电的工艺
流化床锅炉工艺是目前能够与林业废弃物直接燃烧发电匹配较好的一项工艺。层燃和悬浮燃烧是常见的燃烧方式，而流化床锅炉燃烧介于二者之间。高速气流通过流化床底部的空气分布板使流化煤体吹起，气流速度控制在刚刚能够是颗粒悬浮，并且不被吹走。质量大的在床底部干燥、分解、燃烧，质量轻的被气流带到床上部继续燃烧。为了提高燃烧效率，使用旋风分离器使飞出的颗粒重新回到底部继续燃烧，而烟气则被排出去。通过流化床燃烧过后，就和原煤燃烧发电工艺相差无几。
2.3垃圾的焚烧和发电利用工艺
垃圾是大家日常生活中必然会产生的物质，大部分是固体、液体。由于它们的生产量大，成分很复杂，且大部分都具有污染性和难闻的气味，所以我们需要将他们无量化、资源化、减量化和社会化，来保护我们的自然环境。如果不妥善处理，将会造成环境污染、资源浪费、甚至会危害大家人生的健康。生物质资源化的利用目前是全球的热门课题之一，我们的世界政府正在高度重视这一技术。
垃圾有很多我们大家都知道的危害。有各种重金属垃圾和化学废品垃圾是极其危险的，处理不当会危害人体。另外还有一些难降解的垃圾，好比塑料袋，会构成白色污染。还有城市中的家庭废水和工业上的工业废水。目前垃圾生物质资源化是一个全球热门重点话题，对于这个课题，垃圾生物质发电也就很重要了。
具体过程：在垃圾称重之后，将垃圾卸到垃圾储存坑中，然后垃圾在坑内发酵脱水后，由吊车将垃圾送人给料器，并进人焚烧炉内进行焚烧。送风机从垃圾储存坑中吸入空气使坑中保持负压，避免臭气外漏。燃烧产生的热量和烟气经过预热锅炉进行能量回收，产生的蒸汽推动汽轮机发电；锅炉出来的烟气经烟气处理系统除尘除酸后排人大气；除尘设备收集的飞灰和灰渣由厂处理。
3存在问题及发展建议
生物质能发电产业刚刚起步，难免存在许多的问题，这是所有新兴产业发展的必然阶段。其中农业生物质能直燃发电主要存在的问题有：
（1）工艺技术不成熟。我国生物质供应链虽不长，但涉及的板块也不少。对于生物质垃圾发电技术，我们的国家发展时间并不长，而且不像太阳能发电和煤发电那么为人们所知。且对于中国的教育来说，这种技术对很多人来说都是很陌生的人，就更不用说要人们理解对他的发电技术。
（2）能源利用率低下。由于工艺的不成熟，导致能源利用率底下。农业废料不能充分的利用，剩余物较多，使得资源严重浪费，造成污染。垃圾如何合理的搜集和我们应该形成垃圾分类的自主思想。在发达国家和发展中国家，各国的垃圾焚烧利用率是不同的，且发达国家大部分否有垃圾自主分类的意识，但是发展中国家在此方面的意识就很薄弱，合理分配垃圾后才能合理的集中焚烧垃圾。城市的发展和人口的增加，带来了城市垃圾也在日积月累的增加，如果我们不能合理的分配垃圾，这将对我们的生活带来比较大的危害。 （3）原料分散，收集成本高。我国农业生产分布较分散，使得原料收集困难。且农民对于生物质能发电不了解，导致很多人宁可放田里腐烂，也不愿意出售，厂家只能提高价格收购。
（4）原料尺寸不一。由于林业废弃物主要包括一些浪费的木料、木屑、以及木材的枝干、樹叶。这些原材料有大有小，有粗有细，在进行流化床直接燃烧之前就需要很多的准备。原材料尺寸的大小是一个很重要的标准，因此需要对大型的废木料、枝干进行干燥、粉碎等一系列的操作工艺，对粉末状的木屑或者树叶等，则需要添加石英砂来维持正常的燃烧。燃烧完以后的飞灰相对于原煤燃烧的飞灰来说较硬，锅炉的受热面容易磨损，加入了石英砂的灰渣也很难再综合利用。
针对相关问题，给出如下相关建议：
（1）综合利用生物质资源，提高发电经济效益。在电厂选址时尽量选址应充分考虑多种资源的选择和利用。比如大型农场附近，原料资源丰富且便于收集。同时运输成本也低。多方面拓宽电站的燃料种类，现在主要以秸秆为主，可尝试回收如玉米芯，玉米外皮等废弃物，掌握更多更广的燃料供应途径。同时流化床技术能够使林业废弃物维持在850℃稳定的燃烧，为发电提供一个稳定的热源。但是较高的流化床床温，使得整个工艺的耗电量较大，运行成本相对偏高。
（2）因地制宜，资源分类处理。因为垃圾焚烧后产生的能源很多样，所以目前焚烧是目前最要的方法。但是其中涉及很多的问题，垃圾如何合理的搜集和我们应该形成垃圾分类的自主思想。在发达国家和发展中国家，各国的垃圾焚烧利用率是不同的，且发达国家大部分否有垃圾自主分类的意识，但是发展中国家在此方面的意识就很薄弱，合理分配垃圾后才能合理的集中焚烧垃圾。在收集垃圾中，很多垃圾是不能再一起焚烧的，有的焚烧后有剧毒，有点只能人工降解，所以合理进行垃圾分类及其分类燃烧是及其重要的，以此来提高垃圾焚烧利用率。
（3）加大自主研发力度。生物质供应链虽不长，但涉及的板块也不少。如何构建起一个高效的循环运行产业链，通过技术升级促产品体系升级，促行业发展升级，是当下需要关注的问题，也是其巨大市场潜力喷薄的基础。发展自主的农业生物质直燃发电技术，使之与我国的实际情况相适应。使得设备成本也较引用国外技术设备成本降低。为我国生物质燃烧发电做出巨大贡献。
（4）完善相应政策支持，提高相关企业的盈利能力。一是制定生物质能发电相关补贴措施。如：设备维护补贴，环境保护补贴。二是落实财税优惠政策可考虑比照现行发电实行增值税即征即退的政策。三是原料补贴，由于现行原料收集成本过高，实行原料补贴可降低企业的运行成本，缓解企业盈利压力。使企业能够长久发展。
4 生物质直燃发电发展前景
（1）生物质发电是国际清洁能源发展的趋势。发达国家的直燃发电技术成熟，北欧的印度、巴西和东南亚的一些发展中国家也积极研发或者引进技术建设生物质发电项目。其符合清洁生产大趋势，切中了全国治气、治土、治水的环境保护主题，也获得了国家和地方的大力支持。以绿色环保为核心，以节能减排为向导，生物质能产业兼具商品属性和环保属性，前路可期。
（2）针对我国生物质能源的现状，燃烧发电是大规模利用的主要形式之一。不仅解决了废弃木料随处堆放的问题，还浪费了清洁能源。收购原料在发展新能源的同时又是对农民进行了有效的帮扶，有助于解决贫困问题。由于加工工艺成本较高，使得多数发电厂出现严重的亏损，国家应加大对于生物质发电的扶持。生物质发电行业：乙醇汽油、生物质炭等等，其符合清洁能源的价值观，对应了国家出台的要保护环境的政策，也获得了当地政府的大力支持。以绿色环保为焦点，以节能减排为领导，生物质能的期望很高。
（3）大力发展生物质燃烧技术有助于减少温室效应，优化我国能源利用结构，维持可持续发展有较大意义。虽然和欧美等发达国家相比各个层面仍有较大的差距。国内多数生物质能发电厂仍然以直接引入国外技术为主。同时，我国是农林业大国，生物质原料主要是农作物秸秆，废弃木料、木屑、枝干、树叶等。而国外生物质原料以林业废弃物为主，与我国国情不符。国外引进的技术适用性不强。因此，因地制宜发展具有自主知识产权并符合我国国情的高效生物质燃烧技术将是我国现阶段生物质能燃烧发电的主要方向。
结论
随着人类对清洁能源的质量与种类需求增加，发展生物质发电技术是能源利用的迫切任务，其对低碳减排和环境保护也具有战略性意义。无论是在技术层面还是现实应用层面，我国生物质直燃发电与发达国家比拟都具备较大差距。因此研究经济高效的燃烧和优化技术以及促进建立生物质燃料收集、预处理和配送体系是急待解决的问题。生物质具有可再生性、环境友好性，并且可以储存，所以大力发展生质能利用及燃烧发电技术前景良好且意义重大。
参考文献：
[1]王惠文， 是艳杰， 李红莉，等. 生物质发电的节能减排效果分析[J]. 电网技术， 2007（s2）：344-346.
[2]唐宏伟， 张占军. 农作物秸秆用于生物质发电的可行性分析——以天津市蓟州区为例[J].农业工程， 2018， 8（3）：136-137.
[3]黄锦涛， 王新雷， 徐彤. 生物质直燃发电经济性及影响因素分析[J]. 可再生能源， 2008， 26（2）：95-99.
作者简介：
罗冰（1987-），女，四川苍溪人，讲师，博士研究生，主要从事固废资源化利用研究.发表论文10余篇.
*基金项目：学科团队建设项目（2019XKJS03）.