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1、浅谈生物质能秸秆发电的优越性关键词：生物质能发电；秸秆发电；新能源发电；摘 要：随着人们对环境保护的重视以及的颁布实施,利用生物质作为燃料的发电厂在我国不断涌现.生物质能发电厂燃烧秸秆等农作物,烟尘排放量大大降低，环境影响明显改观，本文以洛宁新华生物质能发电有限公司作为实例,对生物质能秸秆发电的优越性进行阐述。这几年来，我国经济发展迅速，而作为经济发展的基础，能源消耗需求增长极其明显，煤炭供求关系紧张。同时，农村秸秆资源没有得到充分利用，不仅浪费了资源，同时也造成严重的空气污染。为此，国家将逐步关停能耗高、效率低、污染大的小火电机组。大力发展可再生能源，而生物质能就是可再生能源的一种，国内掀起
2、了生物质能发电热潮，一批秸秆发电厂相继投产，成为可再生能源行业中引人关注的一大亮点。我国是一个农业大国，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。如加以有效利用，开发潜力将十分巨大。但是目前，我国广大农村地区，这些宝贵的生物质资源并没有被很好地利用，每年都有大量的秸秆被废弃或就地焚烧，不仅浪费了宝贵的能源资源，还污染了环境，干扰公路通车和飞机起降，对人们的生产生活产生了不利影响。那么什么是生物质能源呢？生物质能源是太阳能以光化学作用形成化学能储存于生物质中的能量形式，它直接
3、或间接地来源于绿色植物的光合作用。是取之不尽，用之不竭的能源资源，是太阳能的一种表现形式。生物质发电技术是将生物质能源转化为电能的一种技术，主要采用农作物秸秆和林业废弃物作为发电燃料，因此又称之为秸秆发电。生物质发电在国际上越来越受到重视，在国内也越来越受到政府的关注和民间的拥护，生物质发电是可持续发展的能源，未来的能源；也是利国利民的“朝阳”产业。生物质发电并非传统意义上的小火电。作为生物质能产业的重要领域，生物质发电其实是一项为国家增加能源供给、保护生态环境、服务“三农”的重要措施。从服务“三农”的角度看，我国的生物质资源主要集中在农村，开发利用农村丰富的生物质资源，可以缓解农村及边远地区
4、的用能问题，显著改进农村的用能方式，改善农村的村容村貌和居民生活条件。对农林废弃物的采集、加工、运输、储存，会提高农民收入，增加农民就业机会，开辟农业经济和县域经济新的产业。而常规小火电就不具备这些优势。当前大力发展生物质发电具有重大的现实意义和经济意义。国家能源战略和调整能源结构的需要近年来，国际能源紧张形势再度出现，中东石油你争我夺，导致石油价格从29美元/桶，飚升到现在120多美元/桶，我国石油产品进口量已占需求量的40%多，自2002年下半年起，我国再次出现缺电，2003年下半年开始出现了全面的煤、电、油、运紧张状况，煤价（5000大卡/公斤）由200多元/吨，飚升到现在的800元/吨
5、。虽经近几年加大电力建设。到2008年；电力供需矛盾才渐趋缓和。不可再生化石能源的紧张，严重影响运行成本增加，严重影响我国经济可持续发展，我国的电力能源资源结构以煤电为主占70%左右，燃煤污染环境，急需增加清洁能源比重，才能建成资源节约型，环境友好型的和谐社会。化石能源不可再生，迟早要枯竭，生物质能源丰富，可循环使用，又无污染，必将取代化石能源成为能源供给的主要成员。增加清洁可再生能源比重替代原煤，石油化石能源。发展生物质发电，可增加农民收入。生物质发电使生物秸秆变废为宝。豫西新华生物质能秸秆洛宁电厂是一个装机容量为2X15MW的机组年耗生物质秸秆约30万吨以上，若按230元/吨秸秆计算，则当
6、地农民年收入约6900万元，同时生物质秸秆的收、储、运工作可给农村造就成千上万个新的就业岗位。因此，发展农村地区提供生活和生产用电能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。生物质发电可减少大气污染是环境保护的需要。生物质发电是国际上发达国家普遍推行的CDM（清洁发展机制）项目，装机容量为2X15MW机组的生物质发电机组年减排7万多吨CO2当量，可大幅度降低全球温室气体排放。比燃煤火电清洁得多，基本极少污染物排放。生物质发电可消除农村大气污染和河水污染。随着农村燃料结构和肥料结构的改变，现在全国农村绝大多数的农作物秸秆，如麦秆、稻秆、棉花杆、玉米秆等基本都就地焚烧和推入河中，不仅污
7、染了大气，到处浓烟滚滚防碍飞机、汽车等造成交通事故和火灾事故，又使河水变黑发臭，水生作物死亡等灾难。秸秆发电秸秆燃烧热解的原理：1热解技术原理（1）热解原理从化学反应的角度对其进行分析， 生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350370时，分解为低分子产物，其热解过程为：(C6H10O5)nnC6H10O5 C6H10O5H2O+2CH3-CO-CHOCH3-CO-CHO+H2CH3-CO-CH2OH
8、CH3-CO-CH2OH+H2CH3-CHOH-CH2+H2O半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225325分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似2。 从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗
9、粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质3，4。 （2）热解反应基本过程根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等， 可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。 （2.1） 干燥阶段（温度为120150），生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。 （2.2） 预热解阶段（温度为150275），物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。（2.3） 固体分解阶段（温度为275475），热解的主要阶段，物
10、料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷却时析出来）；气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。 （2.4） 煅烧阶段（温度为450500），生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进。 2热解工艺及影响因素1、热解工艺类型从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为两种类型：一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚短（0.5
11、s）时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解5。 慢速热解（又称干馏工艺、传统热解）工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500580，中温干馏温度为660750， 高温干馏的温度为9001100。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原料质量30%35%的木炭产量。快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（一般大致为10200/s）和反应温度（控制在500左右）， 生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解
12、，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40%60%。与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0.5s内急冷至350以下，最大限度地增加了液态产物（油）。常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600的中等温度及中等反应速率（0.11/s）条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20%25%的生物质炭及10%20%的生物油。 2、 热解影响因素总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应
13、和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率10。 （2.1）、 温度在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素， 它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%（质量分数）。 温度小于600的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等；闪速热解温度在500650范围
14、内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%（质量分数）；同样的闪速热解，若温度高于700，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭5。 （2.2）、生物质材料的影响生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响3。这种影响相当复杂，与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影响着热解过程。 由于木质素较纤维素和半纤维素难分解，因而通常含木质素多者焦炭产量较大；而半纤维素多者，焦炭产量较小。在生物质构成中，以木质素热解所得到的液态产物热
15、值为最大；气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大。 生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时，热解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差，颗粒内部升温要迟缓，即大颗粒物料在低温区的停留时间要长，从而对热解产物的分布造成了影响。 随着颗粒的粒径的增大，热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看，生物质颗粒的尺寸以小为宜，但这无疑会导致破碎和筛选有难度，实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。（2.3）、 催化剂的影响有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不同的催化剂起
16、到不同的效果。如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。 另外，原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等，对产出的炭、可燃性气体、生物油（降温由气体析出）的产量比例也有一定影响。 （2.4）、滞留时间滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。
17、在给定的温度和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、CH4、CO等，导致液态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应缩短气相滞留期，使挥发产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间。 生物质发电是生物质资源有效利用的重要方式。与燃煤发电十分
18、相似，两者都是燃料在锅炉内燃烧产生蒸汽、汽轮机将蒸汽的热能转化为机械能、发电机再将机械能转化为电能的过程。从汽轮机开始，两者基本是相同的。但由于燃料的特性不同，这两种发电方式也有区别，主要是生物质燃料具有高氯、高碱、挥发分高、灰熔点低等特点，燃烧时易腐蚀锅炉，并产生结渣、结焦等，因此，对锅炉设计有特殊的技术要求。豫西新华生物质能秸秆洛宁电厂的生产流程：1、秸秆直接燃烧发电直接燃烧发电的过程是：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能。2、锅炉系统采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
19、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，运行中就很难清除，就会阻碍管道中从烟气至蒸汽的热量传输。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，因此，专门设计了过热器系统。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、 环境保护系统在烟道尾部安装一个布袋除尘器，以便收集烟气中的飞灰。布袋除尘器的排放低于25 mg/Nm3，大大低于中国烧煤发电厂的烟灰排放水平。5 、副产物秸秆通常含有35的灰分
20、。这种灰以锅炉飞灰和灰渣/炉底灰的形式被收集，这种灰分含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙，可用作高效农业肥料。豫西新华生物质能秸秆洛宁电厂装机规模是215MW中温中压汽轮发电机组配2台75t/h燃秸秆联合炉排中温中压锅炉，烟尘采用高效布袋除尘器除尘，除尘效率达99.99%，年消耗秸秆30余万吨，发电量约2亿度，销售收入上亿元，利税近千万余元，秸秆燃烧后的灰渣可综合利用。该项目的建设对于促进地方经济建设,改善农村能源结构, 保护生态环境，发展循环经济具有一定推动作用。参考文献：1蒋剑春;生物质热化学转化行为特性和工程化研究;中国林业科学研究院;2003年2宋春财; 农作物秸秆的热解及在水中的液化研究;大连理工大学;2003年