針對(duì)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(diǎn)，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(yù)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(jī)等主設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅發(fā)電效率低，而且對(duì)設(shè)備損害極大。理想的生物質(zhì)燃料應(yīng)該具有低含水量、高能量密度、形狀規(guī)則等特點(diǎn)。為解決上述問題，可重點(diǎn)探索水分即時(shí)檢測(cè)技術(shù)、快速干燥技術(shù)、成分即時(shí)檢測(cè)技術(shù)、適應(yīng)性壓縮成型技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化生物質(zhì)燃料生產(chǎn)技術(shù)。
其中，壓縮成型對(duì)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(yīng)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(shè)備已取得一定成果，應(yīng)在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體鍋爐類型、燃燒條件等進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，進(jìn)一步提高生物質(zhì)燃料的利用價(jià)值，對(duì)提高能源利用率、保障生物質(zhì)發(fā)電設(shè)備健康穩(wěn)定有積極作用。
此外，結(jié)合即時(shí)檢測(cè)與壓縮成型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的實(shí)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(jìn)行簡(jiǎn)單破碎甚至不進(jìn)行處理就送入鍋爐燃燒，導(dǎo)致上給料設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不暢、燃燒過程不易控制、溫度不穩(wěn)定、鍋爐腐蝕嚴(yán)重，給安全穩(wěn)定生產(chǎn)帶來較大風(fēng)險(xiǎn)。基于上述影響，可在標(biāo)準(zhǔn)化生物質(zhì)燃料生產(chǎn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方面著手，將燃料識(shí)別、燃料制備等多個(gè)過程加以改進(jìn)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(dòng)，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(jí)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(shì)充分發(fā)揮，有助于綠色低碳生產(chǎn)流程的實(shí)現(xiàn)。
一是燃燒過程即時(shí)優(yōu)化與調(diào)節(jié)技術(shù)。為使燃燒過程穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的熱量供應(yīng)，同時(shí)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(shí)獲取的基礎(chǔ)上，對(duì)燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋，進(jìn)而即時(shí)調(diào)整爐內(nèi)進(jìn)風(fēng)、進(jìn)料情況，以實(shí)現(xiàn)燃料性質(zhì)與燃燒條件的對(duì)應(yīng)統(tǒng)一，達(dá)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(yīng)過程中，傳熱效率直接影響生產(chǎn)效率，需加強(qiáng)流體力學(xué)與傳熱學(xué)的理論分析，提高發(fā)電過程、供熱過程的換熱效率。同時(shí)基于生物質(zhì)燃料堿金屬及氯含量高的特性，進(jìn)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(shè)備的熱量傳遞效率。通過改進(jìn)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(shí)現(xiàn)燃燒、發(fā)電系統(tǒng)的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)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(yù)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(shí)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(yù)處理可通過生物質(zhì)液化、氣化等化學(xué)性質(zhì)優(yōu)化過程實(shí)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(yīng)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(yīng)、吸附等手段實(shí)現(xiàn)污染物的收集處理。同時(shí)生物質(zhì)發(fā)電會(huì)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(shí)創(chuàng)造價(jià)值，提升資源利用率。
智能化機(jī)械化改造生產(chǎn)過程
智能化與機(jī)械化是工業(yè)發(fā)展的必然選擇，實(shí)現(xiàn)高度智能化和機(jī)械化可以極大地提升生產(chǎn)效率、降低運(yùn)維成本、降低人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)。
一是全流程動(dòng)態(tài)檢測(cè)與自動(dòng)調(diào)控技術(shù)。要從燃料收加儲(chǔ)運(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量、能量輸入輸出的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，對(duì)工藝流程中壓力、溫度、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)反饋，并根據(jù)設(shè)定參數(shù)與即時(shí)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(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)工藝流程的即時(shí)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(shí)通過大數(shù)據(jù)手段實(shí)現(xiàn)解決方案的及時(shí)獲取，從而實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能直燃發(fā)電系統(tǒng)的整體智能化升級(jí)。
二是全流程機(jī)械化設(shè)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(shè)備機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)，可有效彌補(bǔ)生物質(zhì)燃料性質(zhì)差、燃燒調(diào)整困難等劣勢(shì)，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(yīng)設(shè)備的機(jī)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(jī)理，以簡(jiǎn)易、高效為出發(fā)點(diǎn)制造秸稈打包、壓縮成型的一體化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)從農(nóng)田直接獲得成型燃料。上給料系統(tǒng)機(jī)械化改造可依據(jù)生物質(zhì)燃料特點(diǎn)和即時(shí)參數(shù)，根據(jù)產(chǎn)品需求實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量的燃料供應(yīng)。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(shè)備，避免產(chǎn)生污染的同時(shí)實(shí)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(jī)器人，配備成像和基礎(chǔ)檢測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)高危場(chǎng)所的自動(dòng)化巡視、參數(shù)檢測(cè)。
（作者/單位：尤洋洋 國能生物發(fā)電集團(tuán)有限公司）
