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答 ：秸秆发电技术主要包括三种：①秸秆直接燃烧发电；②秸秆混合燃烧发电；③秸秆热解气化发电。
答 ：秸秆直接燃烧发电是指将经过预处理的秸秆等生物质原料送入生物质专用锅炉中，产生蒸汽，驱动蒸汽发电机组发电，产生的低压电经过变电装置后并入电网。其生产过程如图2-15所示。秸秆直燃发电技术可以实现秸秆等生物质资源的大规模利用，是目前最具有产业化前景的秸秆（生物质）发电技术。
图2-15 秸秆直接
1—生物质现场储存区；2—生物质粉碎系统；3—排粉风机；4—锅炉；5—空气预热器；6—送风机；7—除尘器；8—引风机；9—灰渣泵；10—烟筒
秸秆直燃发电技术的关键主要是秸秆（尤其是软秸秆）的预处理技术、送料技术、秸秆直燃锅炉制造技术、锅炉对多种秸秆燃料的适应性、秸秆灰沉积以及烟气高温腐蚀等。
答 ：秸秆直燃发电与常规燃煤发电的原理相似，在设备组成上几乎没有太大的差别，只是燃料用秸秆取代了煤，相应地用常规燃煤锅炉换为秸秆直燃锅炉，而在汽轮机发电机组方面则几乎没有区别。
秸秆直燃技术的基本原理：秸秆原料送入锅炉中直接燃烧，产出的高压过热蒸汽，通过汽轮机的涡轮膨胀做功，驱动发电机发电，这种发电方式称为秸秆直燃发电。秸秆直燃发电和燃煤发电并没有本质上的区别，只是在原料的理化性质方面，与煤相比，一般的秸秆原料具有“两小两多”的特点，即热值小、密度小；钾含量多、挥发分多。所以，秸秆直燃锅炉的燃烧室、受热部件、供风系统，特别是进料系统在结构上都要与秸秆的这些特性相适应。
秸秆直燃发电原理流程如图2-16所示。
图2-16 生物质直燃发电流程
答 ：目前，我国已经建成的大型秸秆发电厂项目有国能单县25MW秸秆发电厂、国能威县25MW秸秆发电厂、国能成安25MW秸秆发电厂、国能高唐秸秆发电厂和国能垦利25MW秸秆发电厂。正在兴建的大型秸秆发电厂项目有河北省晋州市秸秆发电厂、江苏省宿迁25MW发电厂及如东县25MW秸秆发电厂等。仅2006年全国经审批核准的生物质能直燃发电工程项目就达39个。目前，全国有十多个生物质能直燃发电工程项目在建，装机规模超过200MW。
答 ：虽然秸秆原料与煤在物理化学性质上有很大的不同，但在现役的燃煤锅炉中掺烧15%（热量比）以下的秸秆对锅炉稳定运行影响不大，在技术上是可行的。混合燃烧发电是指将秸秆用于燃煤电厂中，使用秸秆和煤2种原料进行发电。秸秆与煤混合燃烧发电系统，就是一个以秸秆等生物质和煤为燃料的火力发电厂，其生产过程概括起来就是：先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；锅炉内的水吸热后产生饱和蒸汽，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，其生产过程如图2-17所示。
图2-17 秸秆与煤混合燃烧发电
答 ：混燃技术可分为直接混合燃烧（图2-18）、间接混合燃烧（图2-19）和并联燃烧（图2-20）3种方式，其各具优缺点，分述如下。
图2-18 直接混合燃烧方式示意图
图2-19 间接混合燃烧方式示意图
图2-20 并联燃烧方式示意图
1.直接混合燃烧
直接混合燃烧是指经前期处理的生物质直接输入燃煤锅炉中使用，可分为4种基本形式。
（1）生物质燃料与煤在给煤机的上游混合，然后被送入磨煤机，按混合燃烧要求的速度分配至所有的粉煤燃烧器。原则上这是最简单的方案，投资成本最低。然而有降低燃煤锅炉能力的风险，仅用于有限类型的生物质和非常低的混合燃烧比例。
（2）将生物质搬运、计量和粉碎设备独立配置，生物质粉碎后输送至管路或燃烧器。这需要在锅炉正面安装生物质燃料输送管道，使锅炉正面显得更加拥挤。
（3）将生物质的搬运和粉碎设备独立配置，并使用专用燃烧器燃烧，其投资成本最高，但对锅炉正常运行影响最小。
（4）将生物质作为再燃燃料，控制NO x 的生成。生物质在位于燃烧室上部为特定目的而设计的燃烧器中燃烧。目前仅进行了小规模的试验工作，是未来的发展方向。
2.间接混合燃烧
间接混合燃烧是指生物质气化之后，将产生的生物质燃气输送至锅炉燃烧。这相当于用气化器替代粉碎设备，即将气化作为生物质燃料的一种前期处理形式。大多数混合燃烧锅炉机组选用以空气为气化剂，常压循环流化床木屑气化炉技术。间接燃烧无需气体净化和冷却，其投资成本较低，气化产物在800～900℃时通过热烟气管道进入燃烧室，锅炉运行时存在一些风险。替代方案是在生物质燃气进入锅炉燃烧室前先冷却和净化。
3.并联燃烧
并联燃烧是指生物质在独立的锅炉中燃烧，将产生的蒸汽供给发电机组。并联燃烧使用了完全分离的生物质燃烧系统，产生的蒸汽用于主燃煤锅炉系统，提高工质参数，转化效率高。
间接混合燃烧和并联燃烧装置的投资高于直接混合燃烧装置，但可利用难以使用的燃料（高碱金属和氯元素含量的生物质），且分离了生物质灰和煤灰，有利于后期处理。
无论哪种方式，生物质原料预处理技术都是非常关键的，生物质原料被处理后要符合燃煤锅炉或气化炉的要求。
答 ：选择混合燃烧方案时应尽可能不干涉整个系统的正常运行，需要安装专用的生物质搬运、处理和点火设备，增加了投资。农作物秸秆中碱金属和氯元素含量较高，运行过程中可能出现问题，如增加了锅炉燃烧室和对流传热管束的灰分沉积速度，加快了烟气侧的腐蚀速率，这不仅是一个复杂的物理化学过程，也是一个复杂的气固两相流湍流输送问题，而且受锅炉设计和锅炉运行条件等因素的影响。生物质燃烧生成的污染物与煤有较大不同，有可能干扰脱硫、除尘和脱硝设备的正常运行。
1.混合灰的特性和对灰分沉积的影响
在许多实例中，对于过多积灰引起运行问题所采取的适当措施是降低生物质混合燃烧比，或者增加在线净化系统的能力，使积灰控制在可接受水平。经验表明，混合燃烧比占热输入的5%～10%没有明显问题，但比例超过10%就可能出现问题。另外，收割后的秸秆如果仍然放置在农田内，其含有的大部分元素会被雨水冲洗掉，使用经过雨水冲洗的秸秆，结渣问题会大大减轻。
2.锅炉烟气侧的腐蚀
由于金属表面起保护作用的氧化层溶解在硅酸盐熔渣中，使金属暴露在化学成分的侵蚀中，灰分沉淀物包含的化学成分可能引起金属表面的腐蚀。另外，在非常高的碱金属环境中，可导致腐蚀反应（K
2
O+Fe
FeO+2K）。
3.对除尘效率的影响
生物质的含灰量较低，生物质与煤混合燃烧通常导致烟尘总量降低。但生物质燃烧产生的固体颗粒与煤有较大不同，其无机物特性决定了在火焰中可能产生大量的亚微粒烟尘，混合灰中会包括大量非常细的悬浮微粒，可能导致传统除尘设备出现问题。当采用静电除尘器时，与单独燃煤对比，增加了烟气中颗粒物含量。当采用布袋除尘器时，非常细小的悬浮微粒可能堵塞布袋，清洁时非常困难，且增加了系统压力。
答 ：秸秆发电技术的关键设备之一是秸秆锅炉。目前秸秆发电技术所采用的锅炉，参数有高有低，型式多种多样。
秸秆燃料与目前已成熟利用的煤炭、天然气等差别很大。秸秆燃料的特点见表2-2。
表2-2 秸秆燃料的特点
对于不同的秸秆，如稻秆、麦秆、棉花秆等，又各有其特殊性。采用何种炉型以有效地组织燃烧，提高燃烧效率，防止尾部烟道腐蚀，以及采用什么蒸汽参数，才能适应秸秆的特性，并达到经济合理，符合国情，是一个需要考虑的问题。
答 ：由于秸秆燃料密度小，秸秆收集半径有一定的限制；如果距离太长，运输难度和成本将显著增加，缺乏经济合理性，因此秸秆锅炉容量一般不宜太大。位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是目前世界上最大的秸秆发电厂，装机容量38MW，远小于常规的燃煤火力发电厂的容量等级。而就目前国内的秸秆发电项目锅炉容量需要根据收集范围内秸秆资源总量确定，一般取75～130t/h为宜。
与容量相匹配，锅炉蒸汽参数也不宜太高。目前国内的秸秆发电项目，采用的参数主要有中温中压、次高温次高压、高温高压等。从防止氯离子引起的高温腐蚀的角度来看，也不宜采用更高的参数。
根据秸秆等生物质燃料的元素分析资料，氯离子含量平均值为0.41%，最大可达1.19%，是常规煤粉锅炉氯离子含量的数十倍至数百倍，是垃圾锅炉氯离子含量的5～10倍。氯离子含量太高，易造成锅炉高温受热面金属腐蚀，同时，也容易对锅炉尾部低温受热面（空预器等）造成比较严重的低温腐蚀。同时，在高氯离子含量的情况下，金属壁温越高，对受热面带来的金属腐蚀程度越大。因此，在空预器的密封和选材上也要引起特别注意，可采用管式空预器和使用抗腐蚀材料。如果采用高温、高压以上参数的秸秆锅炉，其高温受热面的氯离子腐蚀指数急剧上升，必须提高成本采用耐腐蚀材料，且不能保证完全控制腐蚀的程度，从经济性及可靠性来说，代价太大。
根据不同的秸秆特性，参数的选用也有所区别。对于棉花秆等氯离子含量相对较小的硬质秸秆，可以采用高温、高压参数；对于氯离子含量相对较大的稻草等软质秸秆，则以采用中温、中压参数为宜；对于混合型燃料，可以采用次高温、次高压的参数。
答 ：目前国内外秸秆利用技术多种多样，为了正确选择炉型，需对各类技术进行了解和比较。
在秸秆利用技术方面，国外最具代表性的是丹麦BWE公司，国内主要有无锡华光锅炉股份有限公司与济南锅炉集团股份有限公司，它们的主要技术特点如表2-3所示。
表2-3 国内外典型秸秆锅炉技术特点比较
答 ：一般原则如下：
（1）从燃烧机理和燃烧技术上来看，无论采用国内技术还是国外技术均能满足燃用秸秆等生物质燃料的要求。无论使用进口设备还是国产设备均可满足电厂安全稳定可靠运行的要求。
（2）从国内外锅炉制造商提供的锅炉保证效率来看，还是具有一定的差距。国外技术由于采用分级燃烧技术并充分利用了烟气余热，降低了排烟温度，有效保证了锅炉效率。而国内技术主要是在传统的炉排炉和循环流化床锅炉技术上发展而来，且为避免低温腐蚀，采用了相对来说比较高的排烟温度，锅炉热效率要相对低于进口技术。
（3）从燃烧机理和送风机理上看，国内外技术的厂用电水平不同。
丹麦BWE公司采用的是分级送风的空气供给系统，炉膛容积较大，炉内呈负压状态，因此相应送风机压头较低，功耗小。
无锡华光锅炉股份有限公司提出的方案中，分别设置了一次风机和二次风机。一次风从炉膛底部风室经炉排进入炉膛，与炉排上的物料进行深度反应。二次风风压较高，在炉膛入口处风压还有5000Pa，高速进入炉膛与燃料充分混合，以达到充分燃烧的目的。一、二次风比例约为1∶1。这样就要求风机压头较高，电耗较大。
济南锅炉集团股份有限公司的循环流化床锅炉，由于其要保证较高的流化速度和物料的正常循环，同样要分别设置一、二次风机，一次风压头（超过20000Pa）要远高于上述两种炉型，电机功率较大。同时由于引风机需额外增加克服旋风分离器带来的烟气阻力，其电机耗功也要高于上述两种炉型。
（4）设备的运行可靠性和维护成本不同。从国内锅炉制造商的情况看，采用国产设备安全可靠运行不成问题，但相应的运行维护工作可能要大于进口设备，大修间隔时间也相对短一些，但进口设备的维修成本要远高于国产设备。
（5）从燃料适应性上看，国产技术似乎适应性更广。根据丹麦BWE公司资料，根据秸秆燃料设计的锅炉，能稳定可靠地燃用小麦秆、玉米秆、棉花秆等秸秆类燃料，而对于桑枝条、果枝条或木屑等则需进行掺烧，且掺烧比例不能太大，一般不能超过30%。而国内的两家公司均不存在上述问题，燃料适应范围更广。
综上所述，对国内外秸秆锅炉技术的性能对比概括如表2-4所示。
表2-4 国内外秸秆锅炉技术的性能对比
根据上面对国内外秸秆锅炉技术的性能对比可见，水冷炉排炉系统简单，辅助系统较少，运行控制容易掌握，投资和运行费用亦相对较低。故可认为，对于小型秸秆燃烧锅炉，一般宜采用水冷振动炉排炉。
答 ：根据秸秆的燃烧特性和输送特性，考虑燃烧的高效、稳定，并着眼于经济效益，对秸秆锅炉的选型有如下建议：
（1）锅炉容量不宜太大，蒸汽参数不宜太高，依据燃料情况，可采用中温中压至高温高压的参数；
（2）推荐采用水冷振动炉排炉；
（3）根据综合技术经济临界点，来决定采用国产或者进口设备。
采用秸秆发电，并结合当地条件进行热电联产，可以收到良好的社会和经济效益。
答 ：秸秆热解气化发电是指在气化炉中将秸秆等生物质原料气化，生成可燃气体，经过净化供给内燃机或小型燃气轮机，带动发电机发电。热解气化发电的关键技术包括原料预处理技术、高效热解气化技术及合适的内燃机和燃气轮机。其中，气化炉要求适合不同种类的生物质原料；而内燃机一般是用柴油机或是天然气机改造，以适用于生物质燃气的要求；燃气轮机要求容量小，适合于低热值的生物质燃气。
答 ：生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气体，再利用可燃气体推动燃气发电设备进行发电，它既能解决生物质难于燃用而且分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。
秸秆气体用于发电的方式主要有3种：
一是将可燃气作为内燃机燃料，用内燃机带动发电机发电。
二是将可燃气作为燃气轮机的燃料，用燃气轮机带动发电机发电。
三是用燃气轮机和蒸汽轮机两级发电，即利用燃气轮机排出的高温废气把水加热成蒸汽，再推动蒸汽轮机带动发电机发电。
我国目前主要是采用第1种方式。
答 ：生物质气化发电一个突出的问题是气化气焦油含量高，如采用气化炉后脱除，系统复杂，设备投资大，运行成本也高。另一方面，焦油本身也是可燃物质，采用炉外脱除焦油的方法，实际上是一种浪费，降低了生物质的气化效率，而且会引起二次污染。所以，通过气化炉结构的改进，在炉内将焦油转化为可燃的小分子气体，既可降低气化气中焦油含量，又可提高气化效率。
上海交通大学在参考了丹麦技术大学的两段式固定床气化炉的理念后，针对秸秆、玉米秆等农业废弃物，设计了新型的两段式固定床气化炉。两段式气化炉是基于将气化过程中热解与还原区分离的理念，相当于两个独立阶段的气化炉。在热解与气化之间喷入加热空气，使部分热解气在喉口处被燃烧，在喉口段产生局部高温，由此达到大量脱除焦油、提高气化气品质的目的。热解段通过内燃发电机的尾气或者是气化炉气化气加热，不需要提供外来能量。其系统结构图如图2-21所示。
图2-21 两段式气化炉及发电系统示意图
答 ：在传统的固定床气化技术中，原料的干燥、热解、氧化、还原等过程都在气化炉中完成，产生的可燃气体中焦油含量高，应用极为不便。
山东省科学院能源研究所开发了两步法固定床气化技术，原料首先在裂解器中经过干燥和热解，再进入气化炉中完成氧化和还原，解决了以往技术中的焦油难题，较好地满足了内燃机的工作要求，形成了两步法生物质固定床气化发电技术。该技术工艺流程如图2-22所示。
图2-22 两步法生物质气化发电工艺流程
1—裂解器；2—下吸式固定床气化炉；3—一级旋风分离器；4—二级旋风分离器；5—织物过滤器；6—水冷器；7—风机；8—内燃机；9—发电机
其主要特点如下：
一是燃气清洁、焦油含量低。经过简单过滤和净化后，燃气中总杂质含量<20mg/m 3 ，能够满足气体内燃机工作的要求。
二是无二次污染。以前的固定床气化技术中，燃气中焦油一般通过水洗去除，焦油废水带来的二次污染问题无法解决。而在两步法气化工艺中燃气经过旋风分离器、织物过滤器除尘后进入水冷器间接换热，整个净化冷却过程都不和水直接接触，所以不存在二次污染问题。
三是系统总效率高。气体内燃机的高温排气为秸秆原料裂解提供热源，充分利用了排气余热，使系统总效率得到提高。
答 ：流化床气化与固定床相比具有原料处理能力强、气化反应速度快、系统容易放大等优点。但较高的操作气速也会带来气体中含灰较多、后续除尘净化负担增加等问题。流化床气化炉在水分、热值方面对原料的种类适应性较广，但对原料的粒度要求较为严格，一般秸秆类原料要粉碎到20mm以下才能满足流化床对原料的流化性能要求。
该技术工艺流程如图2-23所示。其原理为生物质原料进入流化床气化炉后被高温的惰性床料（河沙）迅速加热，在流化状态下发生一系列热解、氧化、还原反应。燃气中携带的焦炭被惯性除尘器分离后流回炉内继续反应。依次经过旋风分离器、文氏管除尘器后，燃气中的固体颗粒和微细粉尘基本被清洗干净。燃气中的焦油采用吸附和水洗的办法进行清除，主要设备是两个串联的喷淋洗气塔。清洁的燃气被送入内燃机带动发电机发电。
图2-23 生物质循环流化床气化发电工艺流程
1—循环流化床气化炉；2—惯性除尘器；3—旋风分离器；4—文氏管除尘器；5，6—喷淋塔；7—风机；8—水封；9—水泵；10—发电机
答 ：气化发电过程包括3个方面：一是秸秆气化，把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；三是燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电，有的工艺为了提高发电效率，发电过程中增加余热锅炉和蒸汽轮机。图2-24为秸秆气化发电系统，秸秆气化发电工艺流程如图2-25所示。
图2-24 秸秆气化发电系统
图2-25 秸秆气化发电工艺流程
在实际工程中为了提高系统的发电效率，往往增加余热锅炉和蒸汽轮机组，利用燃气内燃机或燃气轮机的高温尾气，形成燃气-蒸汽联合发电，如图2-26所示。
图2-26 生物质气化燃气-蒸汽联合循环
传统的燃气-蒸汽联合循环（B/IGCC）技术包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电，如图2-27所示。
图2-27 生物质整体气化联合循环（B/IGCC）发电