0 引言

　　化石能源枯竭和環(huán)境日益惡化已經(jīng)成為制約全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的瓶頸，作為唯一可儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)脑偕茉?mdash;—生物質(zhì)占世界能源消費(fèi)的14%[1]，因其具有分布廣、資源量豐富、能源化利用過(guò)程CO2零排放的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。

　　中國(guó)生物質(zhì)資源十分豐富，但大多戶(hù)外直接焚燒，資源浪費(fèi)與環(huán)境污染嚴(yán)重。如果中國(guó)可收集生物質(zhì)被全部利用(3.14×108 tce/年)，其發(fā)熱量相當(dāng)于13.14×108 t標(biāo)準(zhǔn)煤，不僅可大大減少燃煤污染，而且其保守的直接經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)13 140×108元/年(以1 000元/t標(biāo)煤計(jì))。生物質(zhì)利用還可帶動(dòng)一新產(chǎn)業(yè)鏈，具有良好的社會(huì)效益與應(yīng)用前景。中國(guó)開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能不僅是突破能源供應(yīng)瓶頸的重要途徑，而且有利 于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)。

　　1 中國(guó)農(nóng)業(yè)殘余生物質(zhì)資源現(xiàn)狀

　　目前，我國(guó)可利用的生物質(zhì)能資源主要有秸稈及農(nóng)業(yè)加工剩余物、薪材及林業(yè)加工剩余物、禽畜糞便、城市生活垃圾、能源植物及工業(yè)有機(jī)廢水、廢渣等，每年 可收集的生物質(zhì)資源約為3.14×108 tce，其中農(nóng)業(yè)殘余生物質(zhì)所占比例高達(dá)90%，可收集的約為2.84×108 tce，具體見(jiàn)表1。

　　表1 我國(guó)主要生物質(zhì)能資源匯總

　　2 國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)利用技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

　　目前生物質(zhì)利用技術(shù)主要有直接燃燒技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)、生物轉(zhuǎn)換技術(shù)、液化技術(shù)及有機(jī)垃圾處理技術(shù)，如圖1所示。

　　2.1 生物質(zhì)直接燃燒

　　生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)包括直接燃燒、固化成型和與煤混燃3種途徑。

　　2.1.1 生物質(zhì)直接燃燒

　　生物質(zhì)直接燃燒主要分爐灶燃燒和鍋爐燃燒。目前爐灶燃燒方式最高效率僅有20%~25%。生物質(zhì)鍋爐按燃燒方式不同分層燃爐和流化床鍋爐。目前，國(guó)外 開(kāi)發(fā)出了運(yùn)行穩(wěn)定和效果良好的層燃爐，如丹麥ELSAM公司Benson型鍋爐。我國(guó)也開(kāi)發(fā)出了各種類(lèi)型生物質(zhì)層燃爐,實(shí)際運(yùn)行效果良好。但與國(guó)外相比, 仍存在較大差距。目前，美國(guó)、瑞典、丹麥采用生物質(zhì)流化床燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)已具相當(dāng)規(guī)模。我國(guó)開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型燃生物質(zhì)的流化床鍋爐，投入生產(chǎn)后運(yùn)行效果良好， 并進(jìn)行了推廣，例如華中科技大學(xué)設(shè)計(jì)的組合燃燒式流化床鍋爐。生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)成本低、利用量大。熱電聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)(CHP)是歐美國(guó)家采用的主要方 式，美國(guó)生物質(zhì)燃燒發(fā)電工作較先進(jìn)，發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)700 MW[2]。近年來(lái)，我國(guó)已建成投產(chǎn)生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目超過(guò)15個(gè)，在建項(xiàng)目30多個(gè)。

　　2.1.2 生物質(zhì)固化成型燃料

　　國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同側(cè)面研究了生物質(zhì)成型燃料技術(shù)，美國(guó)和日本最早，之后西歐許多國(guó)家也開(kāi)始重視壓縮成型技術(shù)及燃燒技術(shù)的研究，各國(guó)先后有了各類(lèi)成型機(jī) 及配套的燃燒設(shè)備，并已形成了產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的研究主要集中在高校、科研院所和一些大型企業(yè)，在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)消化吸收，形 成了自己的成型燃料技術(shù)，正在推廣應(yīng)用，向著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。如原中南林學(xué)院在引進(jìn)瑞典技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī);北京林業(yè)大學(xué)俞國(guó)勝教 授研發(fā)了一種液力雙向擠壓的生物質(zhì)成型燃料常溫成型機(jī)，目前已投入到生產(chǎn)實(shí)踐中。

　　2.1.3 生物質(zhì)與煤混合燃燒

　　生物質(zhì)與煤混燒不僅可解決生物質(zhì)能量密度低與煤著火燃燼困難的缺點(diǎn)，而且改善了燃燒過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了兩種燃料的提質(zhì)。目前國(guó)外該技術(shù)已進(jìn)入到商業(yè)示范階 段,在美國(guó)和歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家已建成一定數(shù)量生物質(zhì)與煤混燒發(fā)電示范工程，電站裝機(jī)容量通常在50 MW~700 MW之間，少數(shù)系統(tǒng)在5 MW~50 MW之間[3]。混燒的主要設(shè)備是煤粉爐，亦有發(fā)電廠使用層燃爐和采用流化床技術(shù)。荷蘭Gelderland電廠是歐洲大容量鍋爐混燒最重要的示范項(xiàng)目之 一，提供了直接經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)生物質(zhì)混燒技術(shù)研究起步較晚,目前還缺乏先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。華中科技大學(xué)研究生物質(zhì)與煤的混燒特性及污染物排放特性,清華大學(xué)對(duì) 流化床中煤和生物質(zhì)混燒時(shí)NOx的排放進(jìn)行了研究。廣西露塘糖廠35 t/h蔗渣與煤混燒的循環(huán)流化床鍋爐改造成功，取得了良好的運(yùn)行效果。

　　2.2 生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)

　　生物質(zhì)氣化技術(shù)是目前生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用得最廣泛的技術(shù)之一。目前生物質(zhì)氣化領(lǐng)域具有領(lǐng)先水平的國(guó)家有瑞典、美國(guó)、意大利、德國(guó)等，生物質(zhì)整體 氣化聯(lián)合循環(huán)(B/IGCC)系統(tǒng)是目前發(fā)達(dá)國(guó)家重點(diǎn)研究的內(nèi)容。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家研制的生物質(zhì)氣化裝置一般規(guī)模較大，工藝復(fù)雜，但由于焦油處理技術(shù)與燃?xì)廨?機(jī)改造技術(shù)難度較大，仍存在很多問(wèn)題，系統(tǒng)尚未成熟，造價(jià)也很高，限制了其應(yīng)用推廣。目前我國(guó)生物質(zhì)氣化爐的應(yīng)用已形成一定規(guī)模，固定床氣化技術(shù)已達(dá)到商 業(yè)應(yīng)用階段，但燃?xì)赓|(zhì)量不穩(wěn)定且燃?xì)鉄嶂档?，CO含量過(guò)多，不符合城市居民使用燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn);燃?xì)鈨艋敖褂吞幚砑夹g(shù)落后，整套裝置可靠性差、使用壽命短。目 前160 kW和200 kW生物質(zhì)氣化發(fā)電設(shè)備在我國(guó)已小規(guī)模應(yīng)用，顯示出一定的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)水平規(guī)模小，運(yùn)行成本高，未形成系列產(chǎn)品，運(yùn)行強(qiáng)度和效率低。此 外，焦油和堿金屬問(wèn)題也制約了氣化技術(shù)發(fā)展。

　　2.3 沼氣技術(shù)

　　沼氣技術(shù)包括戶(hù)式沼氣和產(chǎn)業(yè)沼氣。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)農(nóng)村戶(hù)式沼氣技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速，但還存在問(wèn)題：沼氣工程規(guī)模過(guò)小;農(nóng)村沼氣建設(shè)“重建設(shè)、輕管 理，問(wèn)題突出”;壽命短、故障多、低溫下供氣不穩(wěn)和技術(shù)服務(wù)跟不上。“產(chǎn)業(yè)沼氣”是指規(guī)模化地生產(chǎn)并純化沼氣。中國(guó)“產(chǎn)業(yè)沼氣”成長(zhǎng)面臨的關(guān)鍵技術(shù)障礙包 括：大型沼氣工程結(jié)構(gòu)改造、優(yōu)化，發(fā)酵過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控智能化;大型工程沼氣液/渣的N、P回收、循環(huán)利用和排放的環(huán)境達(dá)標(biāo);產(chǎn)業(yè)沼氣新原料來(lái)源的開(kāi)拓 及相關(guān)性能的研究;沼氣提純工藝和設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化及造價(jià)降低。

　　2.4 生物質(zhì)液化技術(shù)

　　反應(yīng)器類(lèi)型、加料系統(tǒng)和冷凝方案的選擇是生物質(zhì)液化工藝技術(shù)的關(guān)鍵所在。國(guó)外研發(fā)了一些典型的反應(yīng)器，國(guó)內(nèi)正在致力于開(kāi)發(fā)新型熱解裝置，如中國(guó)科技大 學(xué)和中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所對(duì)流化床反應(yīng)器進(jìn)行了放大研究等。目前主要的生物質(zhì)加料方式有脈沖加料、流化床加料和噴吹式氣力輸送加料器等。與前兩種加料 方式相比，噴吹式氣力輸送加料料率穩(wěn)定性好，但其加料量受載氣攜帶能力限制，滯留物料較多[23]。冷凝方式主要有間壁式冷凝和直接混合式冷凝。直接混合 式冷凝方案冷凝效果比較理想，且便于作物料衡算，但生物油易被帶出，易堵塞噴淋裝置。間壁式冷凝多采用多級(jí)列管式換熱器，優(yōu)點(diǎn)是可控制各級(jí)溫度得到一定沸 點(diǎn)的液體產(chǎn)物，能耗低;缺點(diǎn)是熱解氣在冷凝過(guò)程中焦結(jié)，引起管道堵塞[22]?？傊镔|(zhì)液化技術(shù)起步較晚，尚不成熟，還處于示范和極小規(guī)模工業(yè)化階 段，設(shè)備和工藝路線創(chuàng)新較慢，產(chǎn)物提質(zhì)利用沒(méi)有突破性進(jìn)展。

　　3 中國(guó)農(nóng)業(yè)殘余生物質(zhì)利用技術(shù)發(fā)展?jié)摿胺治?/p>

　　生物質(zhì)鍋爐燃燒技術(shù)較為成熟，運(yùn)行效果良好，可在中國(guó)生物質(zhì)資源較為豐富地區(qū)，將燃煤的層燃爐和流化床鍋爐改為燃用生物質(zhì)。大型電廠混燒生物質(zhì)發(fā)電， 無(wú)需或只需對(duì)設(shè)備進(jìn)行很小改造，熱效率高。目前國(guó)內(nèi)大部分生物質(zhì)燃燒發(fā)電廠仍靠直接引進(jìn)國(guó)外技術(shù)為主，由于國(guó)外生物質(zhì)燃燒原料是林業(yè)廢棄物，導(dǎo)致引進(jìn)技術(shù) 的適用性并不理想。此外，常規(guī)火電摻燒生物質(zhì)的摻燒量按照熱值換算低于80%時(shí)，不享受政策優(yōu)惠，在大大限制了生物質(zhì)混燒技術(shù)的發(fā)展。戶(hù)式沼氣由于技術(shù)成 熟，目前在國(guó)內(nèi)已得到了廣泛推廣。但還存在規(guī)模小，管理亂，壽命短、故障多等問(wèn)題。應(yīng)繼續(xù)推廣和完善農(nóng)村戶(hù)式沼氣技術(shù)，完善沼氣工程質(zhì)量監(jiān)管體系、管理和 技術(shù)培訓(xùn)及推廣服務(wù)體系，加大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度。目前我國(guó)的生物質(zhì)成型燃料設(shè)備的技術(shù)原理較先進(jìn)，成本低廉，但運(yùn)行能力不高，還處于研究示范試點(diǎn)階段， 規(guī)模化較差，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研究。目前我國(guó)生物質(zhì)氣化、液化技術(shù)和“產(chǎn)業(yè)沼氣”還面臨許多關(guān)鍵技術(shù)障礙，在中國(guó)使用的時(shí)機(jī)還不成熟。

　　中國(guó)每年可收集的生物質(zhì)資源約為3.14×108 tce，其發(fā)熱量相當(dāng)于13.14×108 t標(biāo)準(zhǔn)煤，具有顯著的能源效益和環(huán)境效益。在農(nóng)村及小城鎮(zhèn)生活、取暖燃料、工業(yè)企業(yè)的工業(yè)爐窯及動(dòng)力鍋爐摻燒生物質(zhì)，涉及其預(yù)處理加工、運(yùn)輸、貯存及燃燒 配套技術(shù)與設(shè)備等多個(gè)環(huán)節(jié)，啟動(dòng)生物質(zhì)資源化利用工程，可帶動(dòng)一個(gè)新型產(chǎn)業(yè)鏈，符合國(guó)家大力發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略要求，具有巨大的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　綜合考慮現(xiàn)有生物質(zhì)利用技術(shù)水平，為加快中國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)展，特提出以下建議：制定發(fā)展路線圖，大力發(fā)展電站鍋爐混燒生物質(zhì)技術(shù)，因地制宜發(fā)展生物質(zhì) 能發(fā)電技術(shù)，適當(dāng)發(fā)展生物質(zhì)鍋爐燃燒技術(shù)，重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)生物質(zhì)固化成型技術(shù)，繼續(xù)完善農(nóng)村戶(hù)式沼氣技術(shù);加強(qiáng)財(cái)政、稅收、電價(jià)、并網(wǎng)、金融及運(yùn)輸政策，以 彌補(bǔ)因生物質(zhì)運(yùn)輸、勞動(dòng)力成本提高導(dǎo)致的發(fā)電成本提高;加強(qiáng)科技支持，以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的形式，支持突破新型稻谷收割機(jī)和生物質(zhì)成型設(shè)備及混燒裝置，加快電站 鍋爐混燒生物質(zhì)技術(shù)及配套設(shè)備開(kāi)發(fā);四要加快體制改革，優(yōu)化市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，健全市場(chǎng)體系和價(jià)格機(jī)制，推動(dòng)投融資體制改革。