⽣物质发电技术原理⽣物质发电是利⽤⽣物质所具有的⽣物质能进⾏发电，是可再⽣能源发电的⼀种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物⽓化发电、 垃圾焚烧发电、垃圾填埋⽓发电、沼⽓发电等。世界⽣物质发电起源于 20 世纪 70 年代，当时，世界性的⽯油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再⽣能源，⼤⼒推⾏秸秆等⽣物质发电。⾃ 1990 年以来，⽣物质发电在欧美许多国家开始⼤⼒发展。我国是⼀个农业⼤国，⽣物质资源⼗分丰富，各种农作物每年产⽣秸秆 6 亿多吨，其中可以作为能源使⽤的约 4 亿吨，全国林⽊总⽣物量约 190 亿吨，可获得量为 9 亿吨，可作为能源利⽤的总量约为 3 亿吨。如加以有效利⽤，开发潜⼒将⼗分巨⼤。⽣物质发电市场空间测算2007-2015 年国家出台相关扶持农林⽣物质能源的发展， 国家对⾏业的扶持主要从三个⽅⾯： 税收优惠， 农林⽣物质发电享受占⽐收⼊ 10%的所得税免除和即征即退的优惠；电价补贴， 农林⽣物质享受 0.75 元/度的发电收⼊，⾼出⽕电约 0.4 元/度； 竞争性保护， 规定在粮⾷主产区，每个县或者 100 公⾥内不得重复建设⽣物质发电⼚。从能源局在 2016 年底发布的《可再⽣能源发展“⼗三五”规划》 可知， 根据⽣物质资源条件，有序发展农林⽣物质直燃发电和沼⽓发电，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。对应⾏业市场空间的预测，我们从投资额和运营收⼊来分析。 投资额： 2015 年底农林⽣物质发电总装机约为 500 万千⽡， 2020 年要达到 700 万千⽡，按照单位装机投资 9000 万/万千⽡，“⼗三五”期间年投资额为 180 亿。 运营收⼊： 按照⽣物质发电⼚年利⽤⼩时 6500⼩时（长青⽣物质发电项⽬优质，发电⼩时数达 8000 ⼩时），⼚⾃⽤电率 15%，售电单价为 0.75 元/千⽡时计算，“⼗三五”期间运营收⼊为 1240 亿。 因此， 我们预测“⼗三五”期间整个⾏业市场空间将超过 1400 亿。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接燃烧发电与燃煤⽕⼒发电在原理上没有本质区别，主要区别体现在原料上，⽕⼒发电的原料是煤，⽽直接燃烧发电的原料主要是农林废弃物和秸秆。直接燃烧发电是把⽣物质原料送⼊适合⽣物质燃烧的特定蒸汽锅炉中，产⽣蒸汽，驱动蒸汽机转动从⽽带动发电机发电。具体流程如下：将秸秆等⽣物质加⼯成适于锅炉燃烧的形式(粉状或块状)，送⼊锅炉内充分燃烧，使储存于⽣物质燃料中的化学能转变成热能；锅炉内的⽔烧热后产⽣饱和蒸汽，饱和蒸汽在过热器内继续加热成过热蒸汽进⼊汽轮机，驱动汽轮发电机组旋转，将蒸汽的内能转换成机械能，最后由发电机将机械能变成电能。⽣物质发电⼚的发电设备和同样规模的燃煤发电设备是⾮常相似的，⽬前我国⼤多数⽣物质直燃发电⼚内所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以及联合炉排锅炉， 其中运⽤最⼴泛的是⽔冷振动炉排锅炉。蒸汽发电机组多采⽤⾼温⾼压抽凝式汽轮机组。(2)⽣物质发电核⼼不同在于燃烧锅炉虽然⽣物质发电⼚的发电设备与传统燃煤发电设备相似，但是由于⽣物质在燃烧过程中的特殊性，对所使⽤的燃烧锅炉具有较⾼的技术要求。⽬前最常⽤的⽣物质发电锅炉主要有：⽔冷振动炉排炉和循环流化床锅炉。 1、 ⽔冷振动炉排炉： ⽔冷振动炉排锅炉本体由四部分组成：炉膛、冷却室、过热器室和尾部竖井。炉膛底部布置⽔冷振动炉排，炉排下部设置四个独⽴风室，沿锅炉宽度⽅向对称布置，⼀次由风室穿过炉排孔进⼊炉内。燃烧室在炉膛下部，其断⾯积较⼤，炉膛中下部前后墙⽔冷壁形成收腰机构，设⼆次风管，及时投⼊⼆次风助燃。适当的⼀⼆次风系统，加上通过调节⽔冷振动炉排频率和周期，可适⽤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⽤于燃煤锅炉的⼀代⾼效、低污染清洁燃烧技术。之前常⽤于燃煤锅炉，其主要特点在于燃料及脱硫剂经过多次循环，反复的进⾏低温燃烧和脱硫反应，可以降低氮氧化物和硫氧化物的排放。循环流化床的燃烧发⽣在炉膛的整个容积空间中，是⼀种三维液态化燃烧⽅式。由于其相对与传统燃煤锅炉对原料适⽤性更⼴，也可以⽤来进⾏⽣物质燃烧。 由于⽣物质燃料与煤的性质不同，在使⽤循环流化床进⾏⽣物质发电的时候，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适应问题： （1）⽣物质燃料熔点低，易结焦。⽣物质中富含钾和钠，容易形成低熔点的共晶体，将沙粒粘接。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具有腐蚀性。同样由于钾氧化物和纳氧化物熔点很低，在炉膛正常燃烧温度下很容易升华，在膛内表观为⽓相，并会在⾼温过热器上⾯凝结，对受热⾯造成腐蚀。（3）不同⽣物质产⽣热量不同给燃料供给系统增⼤困难。循环流化床锅炉对进料的粒径⼤⼩、密度等要求较⾼，⽽⽣物质燃料具有季节性变化，不同⽣物质性质不同，给循化流化床的设计建设难以定型，随着锅炉容量增加，这⼀问题更为突出。由于循环流化床锅炉结构的原因，需要解决受热⾯的磨损、循环物料平衡和物料结焦等问题。对中压参数锅炉，其尾部受热⾯布置需要认真考虑受热⾯腐蚀问题。另外，⼚⽤电率⾼也是机组运⾏需要考虑的问题。(3)以⽣物质为燃料的两种锅炉对⽐⽔冷振动炉排炉与循环流化床炉相⽐，虽然设备初期投资较⼤，但考虑到燃烧效率⾼使得单位发电量燃料耗量低、设备运⾏稳定使得年发电⼩时数多；设备磨损较流化床炉轻使得⽇常维修、部件更换费⽤低；设备⼚⽤电率低使得同等装机容量的电⼚上⽹电量多；从整体⽣命周期综合考虑，⽔冷振动炉排炉的整体指标和效益，优于循环流化床锅炉。
