生物質燃燒技術概述

自古以來，人類就利用直接燃燒的方法從生物質中獲取熱量。1970年芬蘭開始開發流化床鍋爐技術，將生物質燃燒產生電能或供熱，這項技術已經成熟，并成為燃燒供熱電工藝的基本技術。歐美一些國家基本都使用熱電聯產技術來解決燃燒物質原料用于單一供電或供暖在經濟上不合算的問題。生物質燃燒技術包括生物質直接燃燒、生物質和煤的混合燃燒以及生物質的氣化燃燒。
1．生物質直接燃燒
生物質轉化為電力主要有直接燃燒蒸汽發電和生物質氣化發電兩種。生物質直接燃燒發電的技術已進入推廣應用階段。生物質氣化發電是更潔凈，適合于小規模生物質分散利用，投資較少，發電成本也低。大規模的生物質氣化發電一般采用生物質聯合循環發電(IGCC)技術，能源效率高，可大規模開發利用生物質資源。
直接燃燒發電是生物質與過量空氣在鍋爐中燃燒，產生的熱煙氣和鍋爐內的換熱器換熱，使換熱器中的水氣化為高溫高壓蒸汽，通過在蒸汽輪機中膨脹做功發出電能。自20世紀90年代起，丹麥、奧地利等歐洲國家開始對生物質能發電技術進行開發和研究。經過多年的努力，已研制出利用木屑、秸稈、谷殼等發電的鍋爐。截止到2004年，丹麥已建立了130家秸稈發電廠，使生物質能源成為丹麥的重要能源之一。
生物質氣化的發電技術主要有三種方式：第一是帶有汽輪機的生物質加壓氣化，第二是帶有汽輪機或者是發動機的常壓生物質氣化，第三是帶有Rankine循環的傳統生物質燃燒系統。傳統的生物質氣化聯合發電技術(BIGCC)包括生物質氣化、氣體凈化、燃氣輪機發電及蒸汽輪機發電。目前歐美一些國家正開展這方面研究，如美國的Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)項目，英國(8MW)、瑞典(加壓生物質氣化發電4MW)、芬蘭(6MW)以及歐盟建設的其他3個7～12MW生物質氣化發電BIGCC示范項目。美國在利用生物質能發電方面處于世界領先地位。美國建立Battelle生物質氣化發電示范工程代表了生物質能利用的世界先進水平，可生產中熱值氣體。這種大型生物質氣化循環發電系統包括原料預處理、循環流化床氣化、催化裂解凈化、燃氣輪機發電、蒸汽輪機發電等設備，適合于大規模處理農林廢棄物。
2．生物質與煤的混合燃燒
生物質與煤(或者水煤漿)混合燃燒是一種新型綜合利用生物質能和煤炭資源，同時降低污染排放的燃燒方式。我國生物質能占一次能源總量的33％，是僅次于煤的第二大能源。另外，我國燃煤污染排放嚴重，發展生物質與煤(或者水煤漿)混合燃燒(混燒)利用方式既能減輕環境污染又能利用再生能源的技術，非常適合我國的國情。在大型燃煤熱電廠中，將生物質與礦物燃料混合燃燒，不僅為生物質與礦物燃料的優化提供了機會，同時可使現存許多燃煤設備不需要太大的改動就可投入使用，使整個項目的設備投資費用降低。
生物質和煤(或水煤漿)混合燃燒過程主要包括水分蒸發、前期生物質及揮發分的燃燒和后期煤的燃燒等。單一生物質燃燒主要集中于燃燒前期；單一煤燃燒主要集中于燃燒后期。在生物質與煤(或水煤漿)混燒的情況下，燃燒過程明顯分成兩個燃燒階段，隨著煤的混合比重加大，燃燒過程逐漸集中于燃燒后期。生物質的揮發分初析溫度要遠低于煤的揮發分初析溫度，使得著火燃燒提前。在煤中摻人生物質后，可以改善煤的著火性能。在煤和生物質混燒時，最大燃燒速率有前移的趨勢，同時可以獲得更好的燃盡特性。生物質的發熱量低，在燃燒的過程中放熱比較均勻，單一煤燃燒放熱幾乎全部集中于燃燒后期。在煤中加人生物質后，可以改善燃燒放熱的分布狀況，對于燃燒前期的放熱有增進作用，可以提高生物質的利用率。
近年來，生物質燃燒技術的研究主要集中在高效燃燒、熱電聯產、過程控制、煙氣凈化、減少排放量與提高效率等技術領域。在熱電聯產領域，出現了熱、電、冷聯產。以熱電廠為熱源，采用溴化鋰吸收式制冷技術提供冷水進行空調制冷，可以節省空調制冷的用電量。熱、電、氣聯產則是以循環流化床分離出來的800～900。C的灰分作為干餾爐中的熱源，用干餾爐中的新燃料析出揮發分生產干餾氣。流化床技術仍然是生物質高效燃燒技術的主要研究方向，特別像我國生物質資源豐富的國家，開發研究高效的燃燒爐、提高使用熱效率，至關重要。