簡介
當前，我國能源短缺，環境污染嚴重，制約了國民經濟的發展和人民生活水平的提高。生物質能的開發利用，特別是生物質能發電得到了各級政府的高度重視和大力支持，近幾年來得到了快速發展。生物質能發電在改善我國能源結構，保證我國能源安全，減少環境污染，提高城鄉居民生活水平和質量等諸多方面都有重要作用，對於我國建設節約型社會，發展循環經濟，實現社會可持續發展具有重要意義。
我國生物質資源豐富，生物質發電發展前景廣闊。國家“十一五”發展規劃綱要中提出了建設生物質發電550萬千瓦裝機容量的發展目標。我國《可再生能源中長期規劃》提出了2020年生物質發電裝機3000萬千瓦的目標。隨著國家關於生物質發電的一系列政策的出台，目前，已經有不少投資主體進入了生物質發電行業，紛紛對新興的農林生物質發電行業表示出了很大的興趣和參與熱情。在生物質發電產業的推動下，傳統農業產業鏈將被延伸，形成新的產業鏈，進而促進了農業與農村的進步。生物質發電產業的發展，帶動了一系列產業的發展，能源植物的種植，農林生物質燃料的收、儲、運;生物質燃料的加工處理;生物質燃燒技術;生物質鍋爐製造技術;生物質發電灰渣處理和套用等行業，並形成新興的完整的生物質發電產業鏈。
生物質發電技術主要有直接燃燒發電、混合燃燒發電、熱解氣化發電和沼氣發電四個種類。生物質與煤混合燃燒發電技術，能充分利用現有技術與設備，是一種低成本、低風險、大規模使用生物質發電的有效技術手段，對於減少常規化石能源消耗，減排CO2, NOX和S02，帶動當地經濟發展、增加當地農民收入，提供就業機會等諸方面都有重要意義 。
生物質與煤混合燃燒發電技術
生物質與煤混合燃燒發電是指將生物質原料套用於燃煤電廠中，使用生物質和煤兩種原料進行發電，主要有兩種方式:
一種是將生物質原料直接送入燃煤鍋爐，與煤共同燃燒，生產蒸汽，帶動蒸汽輪機發電;
另一種是先將生物質原料在氣化爐中氣化生成可燃氣體，再通入燃煤鍋爐，可燃氣體與煤共同燃燒生產蒸汽，帶動蒸汽輪機發電。無論哪種方式，生物質原料預處理技術都是非常關鍵的，要將生物質原料處理成符合燃煤鍋爐或氣化爐的要求。
(一)生物質與煤混合燃燒發電的生產過程
生物質與煤混合燃燒發電系統，就是一個以秸稈等生物質和煤為燃料的火力發電廠，其生產過程概括起來就是:先將秸稈等生物質加工成適於鍋爐燃燒形式 (粉狀或塊狀)，和煤一起送入鍋爐內充分燃燒，使儲存於生物質和煤燃料中的化學能轉變成熱能;鍋爐內的水吸熱後產生飽和蒸汽，飽和蒸汽在過熱器內繼續加熱成過熱蒸汽進入汽輪機，驅動汽輪發電機組旋轉，將蒸汽的內能轉換成機械能，最後由發電機將機械能變成電能。
(二)生物質與煤混合燃燒發電生產系統
生物質、煤混合燃燒發電主要生產系統包括燃燒系統、汽水系統和電氣系統。
生物質與煤混燃發電燃燒系統由鍋爐的燃燒部分、生物質加工及傳輸系統和除灰、除塵、除渣等部分組成。 生物質與煤混燃發電汽水系統由鍋爐、汽輪機、凝汽器、給水泵以及化學水處理和冷卻水系統組成。
生物質與煤混合燃燒發電電氣系統由發電機、變壓器、高低壓配電裝置等組成。
上述生產系統除燃燒系統與一般火力發電廠略有不同，其餘汽水系統及電氣系統均與一般火力發電廠完全相同。
(三)生物質與煤混合燃燒發電特點及存在問題
1.生物質與煤混合燃燒發電特點
由於生物質的能量密度低、體積大，運輸過程增加了二氧化碳的排放，不適應集中大型生物質發電廠。而分散的小型電站，投資、人工費高，效率低，經濟效益差。所以在大型燃煤電廠，將生物質與礦物燃料聯合燃燒成為新的概念。它不僅為生物質和礦物燃料的最佳化混合提供了機會，同時許多現有設備不需太大的改動，使整個投資費用低。大多數燃煤電廠燃燒粉煤，生物質必須經過預處理。
2.生物質與煤混合燃燒發電存在的問題
①由於生物質含水量高，產生的煙氣體積較大。而現有鍋爐一般為特定燃料而設計，產生的煙氣量相對穩定，所以煙氣超過一定限度，熱交換器很難適應。因此，混合燃燒中生物質的份額不宜太多。
②生物質燃料的不穩定性使鍋爐的穩定燃燒複雜化。
③生物質灰的熔點低，容易產生結渣問題。
④如使用含氯生物質，如秸稈、稻草等，當熱交換器表面溫度超過400度時，會產生高溫腐蝕。
⑤生物質燃燒生成的鹼，會使燃煤電廠中脫硝催化劑失活。
生物質與煤混合燃燒發電工程
我國首台秸稈與煤混合燃燒發電機組於2005年12月6日在山東棗莊華電國際十里泉電廠(5#機組)順利投產。2006年3月21日，中國電力企業聯合會在華電國際十里泉發電廠主持召開了“400t/h煤粉爐直燃摻燒秸稈發電技術研究與套用“技術成果鑑定會，鑑定委員會經過認真討論考評，一致認為該項燃燒技術為國內首創，目前在國內處於領先水平。
(一)工程概況
十里泉發電廠#5號機組(140MW)秸稈發電採用生物質與煤混合燃燒技術，該技術在歐洲等國家已有成功先例。本工程總建築面積3383平方米，投資約8000萬元。改造的主要內容是增加一套秸稈粉碎及輸送設備，增加兩台額定輸入熱量為30MW的秸稈燃燒器，同時對供風系統及相關控制系統進行改造。改造後的鍋爐即可秸稈與煤粉混燒，也可繼續單獨燃用煤粉，每年可燃用秸稈10萬噸左右。改造後兩台新增加的燃燒器所輸入的熱負荷能達到鍋爐額定負荷時的20%。
十里泉發電廠#5機組秸稈發電工程主要是引入了丹麥BWE公司的生物質發電理念，並結合十里泉發電廠自身特點，對國外技術進行了全面的消化和改進，使改進後的生物質秸稈直燃發電技術適用於我國中小型燃媒發電機組四角切圓煤粉爐的改造。該工程實施解決了一系列技術難題和難點 。
(二)摻燒情況
1.摻燒比例、計量方式和改造的設備
秸稈的額定摻燒比例按熱值計為單位輸入熱量的20，質量比約為30 % 。
計量採用到貨計量方式，即計算秸稈燃料的實際到貨量，通過電子汽車衡實現。
改造的設備:引風機出力增容改造、燃燒器改造(增加新秸稈噴燃器2隻)、 DCS控制系統進行改造、供變電系統改造，另外增加一套秸稈製備和輸送系統(含廠房)。
3.摻燒對運行效率、負荷調節、排放、灰渣利用等的影響
採用秸稈部分替代煤炭燃燒發電對鍋爐有一定影響，對鍋爐外的其他設備不會造成影響。因秸稈燃燒很難達到較高的煙氣溫度，國外多數純秸稈燃燒發電廠的發電效率只能達到30%左右。所以為保證該機組熱效率維持不變，鍋爐滿負荷時需控制秸稈額定熱輸入為燃媒時的20。同時，為確保鍋爐運行穩定和便於燃燒調整，控制投入秸稈的機組最低負荷為90MW。摻燒秸稈後，煙氣流速增加，對流換熱增強，但由於容積熱負荷下降，換熱量基本維持穩定，即不會出現蒸汽嚴重超溫現象，反而整體上會略有降低，經過運行驗證，鍋爐效率沒有明顯變化。
(三)效益分析
1.摻燒經濟性分析
按照機組年利用小時6000小時、秸稈發電量占機組發電量20%分析如下:
若不進行秸稈發電改造，該部分發電量將耗用標準煤約57184噸，按目前執行的電價354元/千千瓦時計算，年利潤總額約為139. 16萬元。
秸稈發電改造後，運行成本將增加，主要包括:增加投資約8357萬元，按機組剩餘使用時間10年計算，每年增加折舊810. 66萬元;投資的80%為銀行貸款，按年利率5. 76%計算，每年增加財務費用385. 11萬元:年均增加大修費125. 36萬元;平均增加運行維護材料費42. 5萬元;平均增加秸稈管理人員人工費80萬元;燃用秸稈後每年將增加燃料成本1353. 62萬元。
經測算，燃燒秸稈發電上網電價達到581. 96元/千瓦時才能保持改造前後盈利水平基本一致，該電價比目前燃媒執行的電價354元/千千瓦時高227. 96元/千千瓦時。省物價局和電網對秸稈發電給予了594元/千千瓦時的政策支持，以補償秸稈發電改造投資及增加的運行成本費用，並保持一定的利潤。由上述可知，在目前的政策下，秸稈與煤混燒發電的商業化運營是完全可行的。
2.環境效益和社會效益
煤炭與20%的秸稈混燒，按年運行7500小時計算，每年將燃燒10.7萬噸秸稈，相當於減少5.8萬噸標準煤的消耗量。2006年，該廠共摻燒秸稈5.6萬噸，折標煤2.9萬噸，減少二氧化硫排放量約621噸，增加農民收入2000多萬元，大大促進了當地經濟的發展。使過去爛在田埂河邊或燃燒污染環境的秸稈變廢為寶，並給農民帶來實惠。
我國生物質與煤混合燃燒發電的發展前景
(一)生物質與煤混合燃燒發電國內外發展情況
1.生物質與煤混合燃燒發電技術在歐洲和北美地區套用相當普遍。在美國，有300多家發電廠採用生物質與煤混合燃燒發電技術，裝機容量達6000MW。2002年月一麥哥本哈根AVEDORE電廠105MW發電設備採用麥稈與天然氣混合燃燒技術，生物質摻燒比例50%。1997年奧地利Zeltweg Biococomb137MW電廠利用生物質與煤混合燃燒技術發電，生物質摻燒比例30%。
2.國內清華大學、浙江大學、哈工大等一些高校和科研單位對生物質與煤混合燃燒發電技術及其設備進行了開發研究，取得了有價值成果。
3.國內外研究證明，煤粉爐混燃生物質比例不宜過大，摻燒比例小於1-5%,設備基本不需要改造。對於30萬kW機組，如果生物質摻燒比例496(發熱量)，則相當於建設一個12MW的純生物質發電廠，其效益十分可觀。
(二)我國發展生物質與煤混合燃燒發電的制約因素
生物質與煤混燃發電技術在中國的推廣套用，最重要的制約因素來自政策的因素和技術因素，這些制約因為中國國情的特點與其他國家有很大的差別。
1.政策的制約因素
中國政府目前對可再生能源發電有一定的政策支持，但總的來說，這些扶持政策有很多不明確的地方，對地方政府和管理部門來說操作相當困難。特別是對生物質與煤混合燃燒發電的電價優惠政策的規定，在一定程度上阻礙了該項技術的推廣套用。
2.技術上的制約因素
近十幾年來，我國在生物質發電技術投入的研究方向主要是針對中小型生物質氣化發電技術，對生物質大型直接燃燒和混燃發電技術的開發研究和實際套用的經驗積累很少。中國生物質資源的特點以農業廢棄物為主，與國外的生物質發電條件有明顯的差異，生物質資源的成份含量，對設備的影響和要求也有明顯差異，這就要求我們引進、消化國外先進生物質發電技術和設備的同時，根據我國特點開發研究適合中國國情的具有自主智慧財產權的技術和設備 。
總結
(一)生物質與煤混燃發電技術在國外是成熟的技術，在北美、歐洲使用相當普遍。我國十里泉發電廠#5號機組(140MW)秸稈發電採用生物質與煤混合燃燒發電的運行實踐證明了在我國將會有廣闊的套用前景。
(二)生物質與煤混合燃燒發電技術在我國的推廣還有很多阻力，主要來自政策法規，建議有關領導部門儘快出台推廣生物質與煤混合燃燒發電技術相關政策法規。
