針對生物質能資源客觀存在的不利現狀及生物質能直燃發電技術面臨的技術難題，生物質能直燃發電行業技術探索可主要從燃料加工技術優化、燃燒發電技術優化、智能控制水平提升等方向著手，最大程度規避資源能量密度低、有害元素含量多等特點，提升技術水平。
優化燃料加工技術
生物質能熱電聯產的規模化、高效化發展離不開生物質燃料的規范化、統一化生產。生物質原料收集后、燃燒前的預處理工作意義重大。生物質原料品種繁雜、能量密度低、水分大，不經處理直接燃燒，不利于鍋爐、汽機等主設備穩定運轉，不僅發電效率低，而且對設備損害極大。理想的生物質燃料應該具有低含水量、高能量密度、形狀規則等特點。為解決上述問題，可重點探索水分即時檢測技術、快速干燥技術、成分即時檢測技術、適應性壓縮成型技術和標準化生物質燃料生產技術。
其中，壓縮成型對生物質資源化利用意義重大。燃煤發電的穩定性很大程度來源于燃料性質的穩定和較高的能量密度，生物質燃料燃燒的不穩定主要也是來源于燃料性質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燃料水分、元素含量等重要參數的基礎上，將不同的生物質原料通過適應性加工，獲取物理形狀、含水量、元素成分等統一高品質生物質燃料。目前，壓縮成型技術和設備已取得一定成果，應在此基礎上結合具體鍋爐類型、燃燒條件等進行針對性改進，進一步提高生物質燃料的利用價值，對提高能源利用率、保障生物質發電設備健康穩定有積極作用。
此外，結合即時檢測與壓縮成型技術，實現對不同生物質原料的統一加工，將不同成分、不同形狀的生物質原料，加工成高能量密度、成分統一的生物質燃料，便于標準化生產的實現。目前，生物質能直燃發電過程通常只是將生物質原料進行簡單破碎甚至不進行處理就送入鍋爐燃燒，導致上給料設備運轉不暢、燃燒過程不易控制、溫度不穩定、鍋爐腐蝕嚴重，給安全穩定生產帶來較大風險。基于上述影響，可在標準化生物質燃料生產技術的標準化、規范化方面著手，將燃料識別、燃料制備等多個過程加以改進優化，探索生物質燃料相關關鍵技術并加以整合聯動，提高直燃發電工藝的生產效率。
提升熱電聯產效率
生物質能直燃發電工藝熱電轉換效率在30%左右，生物質能熱電聯產工藝可將能源轉化效率提高至60%~80%。生物質能直燃熱電聯產過程中如能做到燃料充分燃燒、熱量與循環水充分換熱，控制燃燒條件使燃燒穩定無污染，各級換熱過程熱量損失降到最低，各階段優質高效統一，可將生物質能熱電聯產的優勢充分發揮，有助于綠色低碳生產流程的實現。
一是燃燒過程即時優化與調節技術。為使燃燒過程穩定，實現穩定的熱量供應，同時避免氯元素造成的腐蝕，可在燃料元素成分、含水量等參數及時獲取的基礎上，對燃燒控制系統進行反饋，進而即時調整爐內進風、進料情況，以實現燃料性質與燃燒條件的對應統一，達到燃料充分、穩定燃燒、灰渣易排出、熱量集中等目的，提高鍋爐燃燒效率，保障安全穩定生產。
二是傳熱過程技術優化。熱電聯產的電力生產過程和熱量供應過程中，傳熱效率直接影響生產效率，需加強流體力學與傳熱學的理論分析，提高發電過程、供熱過程的換熱效率。同時基于生物質燃料堿金屬及氯含量高的特性，進行燃燒優化，規避燃燒產物中堿性物質、飛灰等的生成，解決腐蝕與結焦的難題，保障鍋爐等主要設備的熱量傳遞效率。通過改進鍋爐、管道幾何形狀與布置，更換高效換熱工質，增加余熱回收裝置等方式，提高能量利用效率，實現燃燒、發電系統的長周期安全穩定運行。
三是超低排放與灰渣綜合利用技術。可通過在燃燒前增加燃料預處理工序，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，實現生物質發電過程污染物的超低排放或者零排放。燃燒前預處理可通過生物質液化、氣化等化學性質優化過程實現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或者避開污染物生成的溫度區間避免污染物的產生，燃燒后可通過催化反應、吸附等手段實現污染物的收集處理。同時生物質發電會產生大量灰渣，探索低成本的灰渣綜合利用技術，變廢為寶，降低污染的同時創造價值，提升資源利用率。
智能化機械化改造生產過程
智能化與機械化是工業發展的必然選擇，實現高度智能化和機械化可以極大地提升生產效率、降低運維成本、降低人員傷亡風險。
一是全流程動態檢測與自動調控技術。要從燃料收加儲運到燃燒、排放、發電、供熱各環節，構建智能監控系統，實現對質量、能量輸入輸出的動態監控，對工藝流程中壓力、溫度、流量等參數的實時反饋，并根據設定參數與即時參數的差異分析處理得到優化方案，反饋至調節系統，立即進行調整優化，實現工藝流程的即時最優化配置，打造智能電廠。要統籌硬件、軟件需求，提高數據獲取能力和傳輸反饋效率，同時通過大數據手段實現解決方案的及時獲取，從而實現生物質能直燃發電系統的整體智能化升級。
二是全流程機械化設備改造。通過生物質能直燃發電各關鍵環節和設備機械化的實現，可有效彌補生物質燃料性質差、燃燒調整困難等劣勢，助力生物質能直燃發電規模化發展。生物質原料收集后可通過相應設備的機械化處理得到高質統一的生物質燃料，根據不同原料的形態成分、燃燒特性研究常溫常壓下的生物質燃料成型機理，以簡易、高效為出發點制造秸稈打包、壓縮成型的一體化設備，實現從農田直接獲得成型燃料。上給料系統機械化改造可依據生物質燃料特點和即時參數，根據產品需求實現定時定量的燃料供應。生物質發電廢料處理方面可配套灰渣清理、再利用的一體化設備，避免產生污染的同時實現副產品的高效生產。開發生物質能直燃發電系統特色的檢修、巡檢機器人，配備成像和基礎檢測功能，實現對高危場所的自動化巡視、參數檢測。
（作者/單位：尤洋洋 國能生物發電集團有限公司）
