0、引言
生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，具有可再生和環境友好的雙重屬性。我國是世界上最大的農業國家，具有豐富的生物質資源。據估計，目前我國農作物秸稈年產總量約6億t，相當于3億t標煤，預計到2010年會增至8億t，相當于3.5 -4億t標煤，年可提供林業生物質約9億t，其中可作能源用途的資源約3億t：林加工剩余物約2000萬t，薪炭林約2270萬t，用材林約11790萬t，灌木林約3 390萬t，疏林約720萬t以及其他林業廢棄物，富通新能源生產銷售
顆粒機、
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機、
秸稈壓塊機等生物質顆粒燃料成型設備，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒機、松木木屑顆粒燃料出售。
由于農作物秸稈松散，能量密度低，大規模收集、運輸和貯存的費用較高。以秸稈為燃料的生物質發電廠規模受到原料收集半徑的限制，裝機容量通常為兆瓦級，與煤電相比有較大差距，因而發電效率較低，通常在20%～30%之間。此外，農作物秸稈供應具有周期性，每年集中在農作物收獲的幾個月內。為了保證常年供電需存儲大量秸稈，這樣就需要大量的貯藏空間，進一步增加了投資和運行成本，且存在著天氣影響和火災隱患等問題。因此，與常規燃煤電廠相比，生物質能發電存在著投資高、成本高和效率低等缺點。
生物質一煤混合燃燒是將生物質在傳統的燃煤鍋爐中與煤混合燃燒的技術，屬于可再生能源和化石能源的綜合利用范疇。它充分地利用了現有燃煤發電廠的巨額投資和基礎設施，在現階段是一種低成本、低風險的可再生能源利用方式，不但有效彌補了化石燃料的短缺，減少了傳統污染物(S0，，NO。等和溫室氣體（CO，，CH4等）的排放，保護了生態環境，而且促進了生物質燃料市場的形成，發展了區域經濟，提供了就業機會。在許多國家，混合燃燒是完成CO，減排任務最經濟的技術選擇。
1、生物質一煤混合燃燒技術進展
1.1國外技術進展
國外的生物質一煤混合燃燒技術處于起步階段，在美國和歐盟等發達國家己建成一定數量生物質一煤混合燃燒發電示范工程。電站裝機容量通常在50～700 MW之間，少數系統在5-50MW之間。燃料包括農作物秸稈、廢木材、城市固體廢物以及淤泥16]等。混合燃燒的主要設備是煤粉爐，亦有發電廠使用層燃爐和流化床技術。另外，將固體廢物（如生活垃圾或廢舊木材等）放入水泥窯中焚燒也是一種生物質混合燃燒技術，并己得到應用。
以荷蘭Gelderland電廠為例‘釘，它是歐洲在大容量鍋爐中進行混合燃燒最重要的示范項目之一，以廢木材為燃料，鍋爐機組選用635 MW煤粉爐。木材燃燒系統獨立于燃煤系統，對鍋爐運行狀態沒有影響。系統于1995年投入運行，現已商業化運行。每年平均消耗約6萬t木材（干重），相當于鍋爐熱量輸入的3% -4%，替代燃煤約4.5萬t，輸出電力20 MW，為未來混合燃燒項目提供了直接經驗。
1.2 國內技術進展
我國生物質混合燃燒發電技術的研究起步較晚，目前缺乏先進的技術和設備，僅有一些試驗研究。劉豪通過對1種煤樣和2種生物質樣及其以不同的比例混合所得的試樣進行了燃燒特性分析，結果表明，在煤中加入生物質后著火燃燒提前；當在試驗用煤中加入生物質(質量比為1：l)后，NOx轉變率降低了2% - 33%，SOx轉變率降低了10% - 17%。
肖軍研究了低溫熱解生物質和煤混燃的特性，發現熱解生物質的燃燒性能相近，組成結構相似，長焰煤與熱解鋸屑混燃可以有效地降低著火溫度，而熱解鋸屑與無煙煤混燃時分別燃燒，不產生協同效果；熱解鋸屑與長焰煤、無煙煤混燃能夠有效地提高煤的著火性能。
閔凡飛研究了不同變質程度煤、生物質以及煤和不同比例生物質的混合燃料的燃燒特性，結果表明，在褐煤和煙煤中加入生物質后，燃燒特征溫度降低，燃燒速率增大；無煙煤中加入生物質后，對其著火溫度影響較小，燃盡溫度降低。
2005年12月26日，首個農作物秸稈與煤粉混燒發電項目在山東棗莊十里泉發電廠竣工投產，引進了丹麥BWE公司的技術與設備，對發電廠1臺14kW機組的鍋爐燃燒器進行了秸稈混燒技術改造，預計年消耗秸稈10.5萬t，可替代原煤約7.56萬t。
2、生物質一煤混合燃燒方式
混燃技術可分為直接混合燃燒、間接混合燃燒和并聯燃燒3種方式，其各具優缺點，且都己在示范或商業化項目中得到實施。
2.1 直接混合燃燒
直接混合燃燒是指經前期處理的生物質直接輸入燃煤鍋爐中使用，可分為4種基本形式。
(1)生物質燃料與煤在給煤機的上游混合，然后被送入磨煤機，按混合燃燒要求的速度分配至所有的粉煤燃燒器。原則上這是最簡單的方案，投資成本最低。然而有降低燃煤鍋爐出力的風險，僅用于有限類型的生物質和非常低的混合燃燒比例。
(2)將生物質搬運、計量和粉碎設備獨立配置，生物質粉碎后輸送至管路或燃燒器。這需要在鍋爐正面安裝生物質燃料輸送管道，使鍋爐正面顯得更加擁擠。
(3)將生物質的搬運和粉碎設備獨立配置，并使用專用燃燒器燃燒，其投資成本最高，但對鍋爐正常運行影響最小。
(4)將生物質作為再燃燃料，控制NOx的生成。生物質在位于燃燒室上部為特定目的而設計的燃燒器中燃燒。目前僅進行了小規模的試驗工作，是未來的發展方向。
2.2間接混合燃燒
間接混合燃燒是指生物質氣化之后，將產生的生物質燃氣輸送至鍋爐燃燒。這相當于用氣化器替代粉碎設備，即將氣化作為生物質燃料的一種前期處理形式。大多數混合燃燒鍋爐機組選用以空氣為氣化劑，常壓循環流化床木屑氣化爐技術。間接燃燒無需氣體凈化和冷卻，其投資成本較低，氣化產物在800～900℃時通過熱煙氣管道進入燃燒室，鍋爐運行時存在一些風險。替代方案是在生物質燃氣進入鍋爐燃燒室前先冷卻和凈化。
2.3并聯燃燒
并聯燃燒是指生物質在獨立的鍋爐中燃燒，將生產的蒸汽供給發電機組。并聯燃燒使用了完全分離的生物質燃燒系統，產生的蒸汽用于主燃煤鍋爐系統，提高工質參數，轉化效率高。間接混合燃燒和并聯燃燒裝置的投資高于直接混合燃燒裝置，但可利用難以使用的燃料（高堿金屬和氯元素含量的生物質），且分離了生物質灰和煤灰，利于后期處理。
3、混合燃燒對系統運行和排放物的影響
選擇混合燃燒方案時應盡可能不干涉整個系統的正常運行，需要安裝專用的生物質搬運、處理和點火設備，增加了投資。農作物秸稈中堿金屬和Cl元素含量較高，運行過程中可能出現問題，如增加了鍋爐燃燒室和對流傳熱管束的灰分沉積速度，加快了煙氣側的腐蝕速率，這不僅是一個復雜的物理化學過程，也是一個復雜的氣固兩相流湍流輸送問題，而且受鍋爐設計和鍋爐運行條件等因素的影響。生物質燃燒生成的污染物與煤有較大不同，有可能干擾脫硫、除塵和脫硝設備的正常運行。
3.1混合灰的特性和對灰分沉積的影響
煤灰屬于鋁硅酸鹽，其中Fe，Ca，K和Mg等造渣元素含量相對較低，難以溶解，具有較低的結渣和腐蝕趨向。秸稈灰是由石英和簡單無機物（如Fe，Ca，Mg和Na等）以及S、磷酸鹽和Cl組成，溶解溫度較低，具有較高的結渣、結垢和腐蝕趨向。木材灰的化學成分在許多方面與秸稈灰類似，但Si0，，Ca0含量有較大不同。丹麥Studstrup電站#1機組1996年進行的秸稈一煤混合燃燒示范試驗用煤和秸稈的基本化學分析數據見表1。
影響生物質灰沉積的因素可分為與固體顆粒有關因素（熱遷移和慣性撞擊）和與氣體有關因素（凝結和化學反應）。熱遷移是由于爐內存在溫度梯度而驅使灰分顆粒從高溫區向低溫區運動，這對直徑小于10 um的顆粒尤為重要。對于直徑大于10um的顆粒，慣性力是造成灰粒向受熱面的壁面輸送的重要因素，當含灰粒氣流轉向時，具有較大慣性動量的灰粒離開氣流而撞擊到受熱面的壁面上。凝結和化學反應是指在火焰中，燃料中無機物組分處于極高溫度狀態，許多無機物發生反應，然后以硫酸鹽或氯化物的形式冷凝在飛灰顆粒和受熱面的壁面上，從而使積灰層增厚。
Studstrup試驗發現秸稈混合燃燒比達到熱輸入的20%時，其主要影響為：釋放鉀化合物進入氣相，這些化合物隨后冷凝在灰顆粒和沉積物表面，通過對收集到的飛灰和沉積物樣品的詳細礦物學分析，觀察到的最重要改變是鉀鋁硅酸鹽的含量動態增加，高溫下冷凝的鉀化合物和鋁硅酸鹽組分之間形成交錯結構。在飛灰和沉積物樣品的顆粒表面也觀察到富集K元素和S元素，在顆粒表面形成了薄薄一層K.SO。，這在掃描電子顯微鏡X射線圖中清晰可見。
在許多實例中，對于過多積灰引起運行問題所采取的適當措施是降低生物質混合燃燒比，或者增加在線凈化系統的能力，使積灰控制在可接受水平。歐洲有限的經驗表明，混合燃燒比占熱輸入的5% - 10%沒有明顯問題，但比例超過10%就可能出現問題。另外，收割后的秸稈如果仍然放置在農田內，其含有的大部分K元素會被雨水沖洗掉，使用經過雨水沖洗的秸稈，結渣問題會大大減輕。
3.2鍋爐煙氣側的腐蝕
由于金屬表面起保護作用的氧化層溶解在硅酸鹽熔渣中，使金屬暴露在化學成分的侵蝕中，灰分沉淀物包含的化學成分可能引起金屬表面的腐蝕。另外，在非常高的堿金屬環境中，可導致如下的腐蝕反應
在日德蘭半島Grenaa的80 MW循環流化床鍋爐進行了煙氣測腐蝕試驗，煤和秸稈的熱輸入比為1:1，結果表明過熱器管壁腐蝕速率比單獨使用煤時的速率快5 -25倍。在最初運行的6個月，系統運行從未超過額定負荷的80%，沒有出現過熱器結垢等問題。當增加出力至100%時，鍋爐溫度從850℃增至約900 -1000℃，鍋爐和過熱器表面出現了嚴重的結垢問題。運行18個月以后，發現腐蝕損害了過熱器元件，而此時蒸汽溫度是505℃。損害非常嚴重，需要更換過熱器元件。
3.3對除塵效率的影響
生物質的含灰量較低，生物質與煤混合燃燒通常導致煙塵總量降低。但生物質燃燒產生的固體顆粒與煤有較大不同，其無機物特性決定了在火焰中可能產生大量的亞微粒煙塵，混合灰中會包括大量非常細的懸浮微粒，可能導致傳統除塵設備出現問題。當采用靜電除塵器時，與單獨燃煤對比，增加了煙氣中顆粒物含量。當采用布袋除塵器時，非常細小的懸浮微粒可能堵塞布袋，清潔時非常困難，且增加了系統壓力。
3.4 混合灰的利用和處理
生物質與煤混合燃燒將產生混合灰，即由煤灰和生物質灰所組成。混合灰的物理和化學性質主要由煤灰和生物質灰的成分和性質以及混合燃燒比所決定。利用和處置這些混合灰應仔細分析其成份和性質，對于高附加值部分（特別是飛灰）的利用，需要符合相應的標準和規范。目前，缺乏農作物秸稈燃燒特性的完整數據，但已有數據和理論認為堿、氯和共他組分會降低混凝土的幾個重要特性，具體的相關研究正在進行之中。
4、結束語
目前，我國尚有總裝機容量約1億kW的小火電廠，平均發電煤耗在400 9標煤以上，有的甚至超過500 9標煤，比大型先進發電機組的煤耗高約30%～ 40%，既是能源浪費大戶，又是環境污染大戶。在各工礦企業的自備電廠、供熱供汽動力站中還有大量的中小容量鍋爐。國家產業政策將限制和逐步淘汰小火電機組，并將其列為結構調整的重點領域。2005年12月國家發改委發布了《產業結構調整指導目錄》，將單機容量5萬kW及以下的常規小火電機組列入淘汰范圍。但是，簡單地關停和淘汰小火電機組，不僅造成大量資產浪費，而且影響地方經濟發展和社會穩定。如果采用生物質一煤混合燃燒技術，既節約了大量的基礎投資，又節約了能源，保護了環境，為我國小火電機組的技術改造和再利用開辟了一條新的途徑，是一舉多得的好事。
生物質一煤混和燃燒發電技術是新生事物，需要國家制定生物質發電電價優惠政策和稅收優惠政策等給予大力支持。但是，由于難以準確計量等問題，發改委2006年1月出臺的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》中規定“發電消耗熱量中常規能源超過20%的混燃發電項目．視同常規能源發電項目”，使混合燃燒無法享受到補貼電價，制約了技術進步和推廣。因此，建議國家有關部門組織科技攻關徹底解決計量問題，制定鼓勵與支持生物質一煤混合燃燒發電的產業政策（如調整為混合燃燒的小火電機組允許其繼續運行），研究相關電價扶持（如與生物質能發電享受同等待遇等）和稅收優惠政策，以及全額收購上網電量等辦法，引導各種經濟成份投資生物質能的開發利用，加快我國資源節約型社會和環境友好型社會建設。
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