針對生物質(zhì)能資源客觀存在的不利現(xiàn)狀及生物質(zhì)能直燃發(fā)電技術(shù)面臨的技術(shù)難題，生物質(zhì)能直燃發(fā)電行業(yè)技術(shù)探索可主要從燃料加工技術(shù)優(yōu)化、燃燒發(fā)電技術(shù)優(yōu)化、智能控制水平提升等方向著手，最大程度規(guī)避資源能量密度低、有害元素含量多等特點，提升技術(shù)水平。
優(yōu)化燃料加工技術(shù)
生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)模化、高效化發(fā)展離不開生物質(zhì)燃料的規(guī)范化、統(tǒng)一化生產(chǎn)。生物質(zhì)原料收集后、燃燒前的預處理工作意義重大。生物質(zhì)原料品種繁雜、能量密度低、水分大，不經(jīng)處理直接燃燒，不利于鍋爐、汽機等主設備穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，不僅發(fā)電效率低，而且對設備損害極大。理想的生物質(zhì)燃料應該具有低含水量、高能量密度、形狀規(guī)則等特點。為解決上述問題，可重點探索水分即時檢測技術(shù)、快速干燥技術(shù)、成分即時檢測技術(shù)、適應性壓縮成型技術(shù)和標準化生物質(zhì)燃料生產(chǎn)技術(shù)。
其中，壓縮成型對生物質(zhì)資源化利用意義重大。燃煤發(fā)電的穩(wěn)定性很大程度來源于燃料性質(zhì)的穩(wěn)定和較高的能量密度，生物質(zhì)燃料燃燒的不穩(wěn)定主要也是來源于燃料性質(zhì)的多樣性和較低的能量密度。基于此，可考慮在有效獲取生物質(zhì)燃料水分、元素含量等重要參數(shù)的基礎(chǔ)上，將不同的生物質(zhì)原料通過適應性加工，獲取物理形狀、含水量、元素成分等統(tǒng)一高品質(zhì)生物質(zhì)燃料。目前，壓縮成型技術(shù)和設備已取得一定成果，應在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體鍋爐類型、燃燒條件等進行針對性改進，進一步提高生物質(zhì)燃料的利用價值，對提高能源利用率、保障生物質(zhì)發(fā)電設備健康穩(wěn)定有積極作用。
此外，結(jié)合即時檢測與壓縮成型技術(shù)，實現(xiàn)對不同生物質(zhì)原料的統(tǒng)一加工，將不同成分、不同形狀的生物質(zhì)原料，加工成高能量密度、成分統(tǒng)一的生物質(zhì)燃料，便于標準化生產(chǎn)的實現(xiàn)。目前，生物質(zhì)能直燃發(fā)電過程通常只是將生物質(zhì)原料進行簡單破碎甚至不進行處理就送入鍋爐燃燒，導致上給料設備運轉(zhuǎn)不暢、燃燒過程不易控制、溫度不穩(wěn)定、鍋爐腐蝕嚴重，給安全穩(wěn)定生產(chǎn)帶來較大風險。基于上述影響，可在標準化生物質(zhì)燃料生產(chǎn)技術(shù)的標準化、規(guī)范化方面著手，將燃料識別、燃料制備等多個過程加以改進優(yōu)化，探索生物質(zhì)燃料相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)并加以整合聯(lián)動，提高直燃發(fā)電工藝的生產(chǎn)效率。
提升熱電聯(lián)產(chǎn)效率
生物質(zhì)能直燃發(fā)電工藝熱電轉(zhuǎn)換效率在30%左右，生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)工藝可將能源轉(zhuǎn)化效率提高至60%~80%。生物質(zhì)能直燃熱電聯(lián)產(chǎn)過程中如能做到燃料充分燃燒、熱量與循環(huán)水充分換熱，控制燃燒條件使燃燒穩(wěn)定無污染，各級換熱過程熱量損失降到最低，各階段優(yōu)質(zhì)高效統(tǒng)一，可將生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)勢充分發(fā)揮，有助于綠色低碳生產(chǎn)流程的實現(xiàn)。
一是燃燒過程即時優(yōu)化與調(diào)節(jié)技術(shù)。為使燃燒過程穩(wěn)定，實現(xiàn)穩(wěn)定的熱量供應，同時避免氯元素造成的腐蝕，可在燃料元素成分、含水量等參數(shù)及時獲取的基礎(chǔ)上，對燃燒控制系統(tǒng)進行反饋，進而即時調(diào)整爐內(nèi)進風、進料情況，以實現(xiàn)燃料性質(zhì)與燃燒條件的對應統(tǒng)一，達到燃料充分、穩(wěn)定燃燒、灰渣易排出、熱量集中等目的，提高鍋爐燃燒效率，保障安全穩(wěn)定生產(chǎn)。
二是傳熱過程技術(shù)優(yōu)化。熱電聯(lián)產(chǎn)的電力生產(chǎn)過程和熱量供應過程中，傳熱效率直接影響生產(chǎn)效率，需加強流體力學與傳熱學的理論分析，提高發(fā)電過程、供熱過程的換熱效率。同時基于生物質(zhì)燃料堿金屬及氯含量高的特性，進行燃燒優(yōu)化，規(guī)避燃燒產(chǎn)物中堿性物質(zhì)、飛灰等的生成，解決腐蝕與結(jié)焦的難題，保障鍋爐等主要設備的熱量傳遞效率。通過改進鍋爐、管道幾何形狀與布置，更換高效換熱工質(zhì)，增加余熱回收裝置等方式，提高能量利用效率，實現(xiàn)燃燒、發(fā)電系統(tǒng)的長周期安全穩(wěn)定運行。
三是超低排放與灰渣綜合利用技術(shù)。可通過在燃燒前增加燃料預處理工序，燃燒中添加輔助物、控制燃燒條件，燃燒后高效捕集污染物等方式，實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電過程污染物的超低排放或者零排放。燃燒前預處理可通過生物質(zhì)液化、氣化等化學性質(zhì)優(yōu)化過程實現(xiàn)污染元素的提前剝離，燃燒中可通過特定條件下的催化反應或者避開污染物生成的溫度區(qū)間避免污染物的產(chǎn)生，燃燒后可通過催化反應、吸附等手段實現(xiàn)污染物的收集處理。同時生物質(zhì)發(fā)電會產(chǎn)生大量灰渣，探索低成本的灰渣綜合利用技術(shù)，變廢為寶，降低污染的同時創(chuàng)造價值，提升資源利用率。
智能化機械化改造生產(chǎn)過程
智能化與機械化是工業(yè)發(fā)展的必然選擇，實現(xiàn)高度智能化和機械化可以極大地提升生產(chǎn)效率、降低運維成本、降低人員傷亡風險。
一是全流程動態(tài)檢測與自動調(diào)控技術(shù)。要從燃料收加儲運到燃燒、排放、發(fā)電、供熱各環(huán)節(jié)，構(gòu)建智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對質(zhì)量、能量輸入輸出的動態(tài)監(jiān)控，對工藝流程中壓力、溫度、流量等參數(shù)的實時反饋，并根據(jù)設定參數(shù)與即時參數(shù)的差異分析處理得到優(yōu)化方案，反饋至調(diào)節(jié)系統(tǒng)，立即進行調(diào)整優(yōu)化，實現(xiàn)工藝流程的即時最優(yōu)化配置，打造智能電廠。要統(tǒng)籌硬件、軟件需求，提高數(shù)據(jù)獲取能力和傳輸反饋效率，同時通過大數(shù)據(jù)手段實現(xiàn)解決方案的及時獲取，從而實現(xiàn)生物質(zhì)能直燃發(fā)電系統(tǒng)的整體智能化升級。
二是全流程機械化設備改造。通過生物質(zhì)能直燃發(fā)電各關(guān)鍵環(huán)節(jié)和設備機械化的實現(xiàn)，可有效彌補生物質(zhì)燃料性質(zhì)差、燃燒調(diào)整困難等劣勢，助力生物質(zhì)能直燃發(fā)電規(guī)模化發(fā)展。生物質(zhì)原料收集后可通過相應設備的機械化處理得到高質(zhì)統(tǒng)一的生物質(zhì)燃料，根據(jù)不同原料的形態(tài)成分、燃燒特性研究常溫常壓下的生物質(zhì)燃料成型機理，以簡易、高效為出發(fā)點制造秸稈打包、壓縮成型的一體化設備，實現(xiàn)從農(nóng)田直接獲得成型燃料。上給料系統(tǒng)機械化改造可依據(jù)生物質(zhì)燃料特點和即時參數(shù)，根據(jù)產(chǎn)品需求實現(xiàn)定時定量的燃料供應。生物質(zhì)發(fā)電廢料處理方面可配套灰渣清理、再利用的一體化設備，避免產(chǎn)生污染的同時實現(xiàn)副產(chǎn)品的高效生產(chǎn)。開發(fā)生物質(zhì)能直燃發(fā)電系統(tǒng)特色的檢修、巡檢機器人，配備成像和基礎(chǔ)檢測功能，實現(xiàn)對高危場所的自動化巡視、參數(shù)檢測。
（作者/單位：尤洋洋 國能生物發(fā)電集團有限公司）
