生物发电（生物质发电原理）

生物发电(生物质发电原理)。

生物质发电是一种可再生能源发电，包括农林废弃物直接燃烧、农林废弃物气化、垃圾焚烧、填埋气、沼气等。世界生物质发电起源于20世纪70年代。当时全球石油危机爆发后，丹麦开始积极发展清洁可再生能源，大力推广秸秆等生物质发电。自1990年以来，生物质发电在欧美许多国家蓬勃发展。

中国是一个农业大国，生物质资源丰富。各种农作物每年生产秸秆6亿吨以上，其中约4亿吨可用作能源。我国林木总生物量约190亿吨，可利用量9亿吨，可用作能源的总量约3亿吨。如果得到有效利用，发展潜力将是巨大的。

一、生物质发电市场估算空。

2007年至2015年，国家出台相关政策支持农林生物质能源发展。国家对产业的扶持主要包括三个方面:税收优惠，农林生物质发电收入10%免征所得税，增值税即征即退优惠；电价补贴，农林生物质享受0.75元/千瓦时的发电收益，比火电高0.4元/千瓦时左右；竞争性保护，政策规定，生物质发电厂不得在每个县或粮食主产区100公里范围内重复建设。根据能源局2016年底公布的《可再生能源发展“十三五”规划》，根据生物质资源条件，农林生物质直燃发电、沼气发电将有序发展。到2020年，农林生物质直燃发电装机达到700万千瓦，沼气发电达到50万千瓦。到2020年，生物质发电总装机达到1500万千瓦，年发电量超过900亿千瓦时，其中农林生物质发电装机达到700万千瓦。

二、生物质发电的技术原理。

(1)发电原理:与燃煤发电原理相同。

生物质直燃发电和燃煤火力发电在原理上没有本质区别，主要区别在于原料。火力发电的原料是煤，直接燃烧发电的原料主要是农林废弃物和秸秆。直燃发电是指将生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉，产生蒸汽，带动蒸汽机旋转，带动发电机发电。具体过程如下:将秸秆等生物质加工成适合锅炉燃烧的形式(粉末或块状)，送入锅炉充分燃烧，使生物质燃料中储存的化学能转化为热能；锅炉中的水加热后产生饱和蒸汽，饱和蒸汽在过热器中继续被加热成过热蒸汽，进入汽轮机带动汽轮发电机组旋转，将蒸汽的内能转化为机械能，最后发电机将机械能转化为电能。生物质电厂的发电设备与同规模的燃煤发电设备非常相似。目前，我国大多数生物质直燃电厂使用的燃烧工具主要包括生物质水冷振动炉排锅炉、生物质循环流化床锅炉和组合炉排锅炉，其中以水冷振动炉排锅炉应用最为广泛。蒸汽发电机组多采用高温高压抽凝式汽轮机组。

(2)生物质发电的核心是燃烧锅炉。

生物质电厂的发电设备虽然与传统燃煤发电设备相似，但由于生物质在燃烧过程中的特殊性，对所使用的燃烧锅炉有较高的技术要求。目前最常用的生物质发电锅炉主要是水冷振动炉排锅炉和循环流化床锅炉。

1.水冷振动炉排炉；

水冷炉排锅炉本体由炉膛、冷却室、过热器室和尾轴四部分组成。

炉膛底部设置水冷振动炉排，炉排下部设置四个独立的风室，沿锅炉宽度方向对称设置，风室通过炉排孔一次入炉。燃烧室下部，其截面积相对较大，炉膛中下部前后壁的水冷壁形成折腰机构，并设置二次风道，使二次风能及时投入燃烧。适当的一、二次风系统，并通过调节水冷振动炉排的频率和周期，可以适用于不同的秸秆燃料燃烧。

2、循环流化床(CFB)锅炉:

循环流化床锅炉是在传统锅炉基础上发展起来的用于燃煤锅炉的新一代高效低污染清洁燃烧技术。以前用于燃煤锅炉，其主要特点是燃料和脱硫剂反复循环，低温燃烧和脱硫反应反复进行，可以减少氮氧化物和硫氧化物的排放。循环流化床燃烧发生在炉空的整个容积内，是一种三维液体燃烧方式。

与传统燃煤锅炉相比，它对资源网原料的适用性更广，也可用于生物质资源网燃烧。由于生物质燃料和煤的性质不同，在使用循环流化床进行生物质发电时，锅炉状态会发生相应的变化。

3.循环流化床锅炉适用于生物质原料时的一些不合适问题:

(1)生物质燃料熔点低，易结焦。生物质富含钾和钠，容易形成低熔点共晶，粘结沙粒。因此，在锅炉设计中应严格控制循环燃烧系统的温度水平。

(2)生物质中的碱金属对炉膛有腐蚀性。

同样，由于氧化钾和纳米氧化物的熔点较低，在炉膛正常燃烧温度下容易升华，在炉膛内表现为气相，凝结在高温过热器上，对受热面造成腐蚀。

(3)不同的生物质产生不同的热量，使得燃料供应系统更加困难。

循环流化床锅炉对进料的粒度和密度要求较高，而生物质燃料具有季节性变化和不同的生物质性质，因此循化流化床的设计和建设难以定型。随着锅炉容量的增加，这个问题变得更加突出。由于循环流化床锅炉的结构，需要解决受热面磨损、循环物料平衡、物料结焦等问题。对于中压参数锅炉，后受热面的布置应认真考虑受热面的腐蚀。此外，高厂用电率也是机组运行中需要考虑的问题。

(3)两种生物质燃料锅炉的比较。

水冷炉排炉与循环流化床炉相比，设备初投资较大，但考虑到燃烧效率高，单位发电燃料消耗低，设备运行稳定，导致年发电小时数较多。设备磨损比流化床炉轻，使得日常维护和部件更换成本更低。设备厂用电率低，使得同等装机容量的电厂在电网上有更多的电量；从全生命周期来看，水冷振动炉排锅炉的综合指标和效益优于循环流化床锅炉。

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