生物質(zhì)能集中供熱應(yīng)用背景
       生物質(zhì)能源的利用是可再生能源利用的一種重要方式，我國(guó)傳統(tǒng)的生物質(zhì)能源利用方式目前主要在生物質(zhì)發(fā)電領(lǐng)域。截至2016年底，我國(guó)共有30個(gè)省份投產(chǎn)了665個(gè)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目，全國(guó)生物質(zhì)發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量1214萬千瓦，占全國(guó)電力裝機(jī)容量的0.7%，占可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量的2.1%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全國(guó)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電量為333億千瓦時(shí)，年平均利用小時(shí)數(shù)為5835小時(shí)。
       我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)體系已基本形成，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模居世界首位。但目前生物質(zhì)能源利用在運(yùn)項(xiàng)目，絕大多數(shù)都是單純發(fā)電，這種業(yè)務(wù)單一、低效、低附加值和完全依靠國(guó)家補(bǔ)貼的供能模式已不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。
       截至2015年，全球生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量約1億千瓦。為提高生物質(zhì)能源的利用效率，特別是在北歐國(guó)家，傳統(tǒng)單純的生物質(zhì)發(fā)電正被生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)或生物質(zhì)供熱所替代。以中溫中壓機(jī)組為例，生物質(zhì)能源化若僅用于發(fā)電，能源利用效率僅有40%左右，若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，能源利用效率可達(dá)60%以上，若單純供熱，能源利用效率可達(dá)到70%以上，甚至更高。
       為了保證我國(guó)生物質(zhì)能源有序發(fā)展，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)了《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（國(guó)能新能〔2016〕291號(hào)）以及《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（國(guó)能發(fā)新能〔2017〕31號(hào)）。
       特別是2017年12月6日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局以《關(guān)于印發(fā)促進(jìn)生物質(zhì)能供熱發(fā)展指導(dǎo)意見的通知》（發(fā)改能源〔2017〕2123號(hào)），提出生物質(zhì)能供熱具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保的明顯優(yōu)勢(shì)，是重要的清潔供熱方式，可為中小型區(qū)域提供清潔供暖和工業(yè)蒸汽，實(shí)現(xiàn)直接在用戶側(cè)替代化石能源。
       我國(guó)農(nóng)作物秸稈及農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)剩余物等生物質(zhì)資源豐富，每年可供能源化利用約4億噸標(biāo)煤，發(fā)展生物質(zhì)能供熱具有較好的資源條件。生物質(zhì)能供熱根據(jù)資源條件可實(shí)現(xiàn)就地收集原料、就地加工轉(zhuǎn)化、就近消費(fèi)，構(gòu)建城鎮(zhèn)分布式清潔供熱體系，既減少了農(nóng)村秸稈露天焚燒，又提供清潔熱力，帶動(dòng)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)型升級(jí)。為了促進(jìn)我國(guó)生物質(zhì)能的發(fā)展，國(guó)家出臺(tái)了以下鼓勵(lì)政策：
       1.根據(jù)財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局《關(guān)于調(diào)整完善資源綜合利用產(chǎn)品及勞務(wù)增值稅政策的通知》（財(cái)稅〔2011〕115號(hào)），對(duì)以農(nóng)作物秸稈為燃料生產(chǎn)的電力或者熱力，實(shí)行增值稅即征即退100%的政策。
       2.根據(jù)發(fā)改委頒發(fā)的《關(guān)于完善農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電價(jià)格政策的通知》（發(fā)改價(jià)格〔2010〕1579號(hào)），農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目統(tǒng)一執(zhí)行標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)每千瓦時(shí)0.75元(含稅)，也遠(yuǎn)高于目前燃煤國(guó)電機(jī)組的上網(wǎng)電價(jià)。
       3.根據(jù)《企業(yè)所得稅實(shí)施條例》規(guī)定，生物質(zhì)發(fā)電因資源綜合利用可享受收入減計(jì)10%的所得稅優(yōu)惠。
       可見，在國(guó)家政策的大力支持下，生物質(zhì)能源在熱電聯(lián)產(chǎn)或集中供熱領(lǐng)域的綜合利用，是可再生能源項(xiàng)目發(fā)展的一個(gè)重要方向。
       生物質(zhì)供熱主要技術(shù)路線
       生物質(zhì)能源化利用主要分為生物質(zhì)直接燃燒和生物質(zhì)氣化兩種方式。
       生物質(zhì)直接燃燒是生物質(zhì)在過量空氣的條件下燃燒，產(chǎn)生高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔馀c鍋爐內(nèi)受熱面進(jìn)行換熱，把水加熱成飽和蒸汽或過熱蒸汽供企業(yè)及用戶使用。
       生物質(zhì)氣化是指在一定的熱力學(xué)條件下，利用氣化反應(yīng)器將生物質(zhì)的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為含有H?、CO和低分子烴類的可燃?xì)怏w，生物質(zhì)燃?xì)怏w在經(jīng)絕熱燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，供企業(yè)及客戶使用。
       1.生物質(zhì)直燃技術(shù)
       生物質(zhì)直燃目前主要采用層燃爐及流化床爐進(jìn)行生物質(zhì)原料的高效燃燒。層燃技術(shù)的種類較多，其中包括固定床、移動(dòng)爐排、旋轉(zhuǎn)爐排、振動(dòng)爐排、水冷移動(dòng)爐排等，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的是從丹麥引進(jìn)的BWE技術(shù)—水冷振動(dòng)爐排爐。
       水冷振動(dòng)爐排爐適用的生物質(zhì)燃料以秸稈、稻草等為主，鍋爐的燃燒效率在85%左右。排放煙氣中氮氧化物值在300mg/Nm3左右，按照現(xiàn)行環(huán)保政策并考慮將來對(duì)污染物排放要求的提高，需要進(jìn)行脫硝處理。（水冷振動(dòng)爐排爐系統(tǒng)如圖1所示。）
       另外一種應(yīng)用比較廣泛的生物質(zhì)直燃鍋爐是循環(huán)流化床鍋爐。流化床鍋爐主要依靠高溫惰性物料來維持床內(nèi)燃料燃燒的溫度，流化空氣使得物料保持劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，氣固換熱效果好，床內(nèi)物料混合和床溫均勻，有利于生物質(zhì)的完全燃燒，提高了鍋爐熱效率；鍋爐內(nèi)部能夠維持850℃左右的燃燒溫度，并且燃料燃盡后不易結(jié)渣，減少了NOx、SOx等有害氣體的生成。流化床鍋爐的燃料適應(yīng)性廣，有利于減輕生物質(zhì)供給的季節(jié)性波動(dòng)及能源政策的影響。
       循環(huán)流化床鍋爐適用的生物質(zhì)燃料以樹枝、樹皮、板材邊角料為主，鍋爐的燃燒效率一般在90%左右。煙氣排放中氮氧化物值在200mg/Nm3，考慮到將來環(huán)保政策對(duì)污染物排放值要求的提高，需要進(jìn)行脫硝處理。（流化床鍋爐系統(tǒng)示意圖如圖2所示。）
       在具體項(xiàng)目中生物質(zhì)直燃爐型的選擇，要根據(jù)當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)燃料、用戶蒸汽參數(shù)進(jìn)行綜合分析確定。
       2.生物質(zhì)氣化技術(shù)
       生物質(zhì)氣化主要是通過熱解反應(yīng)，利用氣化劑(一般為空氣、氧氣或水蒸汽),將生物質(zhì)中的碳氧化，生成CO、H?、CH?及CnHm等可燃?xì)怏w。
       生物質(zhì)氣化需要在生物質(zhì)氣化爐中完成，氣化爐是生物質(zhì)氣化設(shè)備的核心部件。生物質(zhì)氣化爐按運(yùn)行方式分類，可分為固定床和流化床氣化爐兩類。
       固定床氣化爐是將生物質(zhì)原料從爐子頂部投入氣化爐中,物料在爐內(nèi)按層次地進(jìn)行氣化反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在爐內(nèi)的流動(dòng)靠風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，要求單一原料，生物質(zhì)燃料以稻殼、木屑為主，生物質(zhì)氣化燃燒后余熱鍋爐利用熱效率一般在90%以上，煙氣排放滿足環(huán)保要求，不需要進(jìn)行煙氣凈化處理。（具體示意圖如圖3所示。）
       流化床氣化爐是采用循環(huán)流化床的燃燒原理，循環(huán)流化床氣化強(qiáng)度高，可大型化，對(duì)原料要求相對(duì)寬泛，生物質(zhì)燃料以秸稈壓塊、木片、玉米桿為主，生物質(zhì)氣化燃燒后余熱鍋爐利用熱效率在90%以上，并且煙氣排放滿足環(huán)保要求，不需要進(jìn)行煙氣凈化處理。（具體示意圖如圖4所示。）
       具體生物質(zhì)氣化爐型的選擇，要根據(jù)當(dāng)?shù)貧饣系姆N類、生物質(zhì)燃料的價(jià)格以及項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析。
       生物質(zhì)集中供熱案例
       1.直燃生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目案例
       江蘇國(guó)信如東生物質(zhì)發(fā)電廠是國(guó)內(nèi)第一批獲得國(guó)家核準(zhǔn)的秸稈直燃發(fā)電項(xiàng)目之一的企業(yè)，于2008年7月1日起正式投入商業(yè)運(yùn)行。
       該項(xiàng)目建設(shè)一套25MW高溫高壓秸稈發(fā)電機(jī)組，鍋爐采用水冷振動(dòng)爐排爐。據(jù)調(diào)研，該廠鍋爐自投運(yùn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，汽輪發(fā)電機(jī)組全年發(fā)電量1.74億度，年上網(wǎng)發(fā)電量1.56億度，秸稈年消耗量約25萬噸，每年為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收秸稈銷售收入近1500萬元，解決了當(dāng)?shù)亟斩捹Y源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。
       2.生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用案例
       江蘇省泰興市黃橋鎮(zhèn)精細(xì)化工園區(qū)，2016年建成生物質(zhì)氣化供熱能源站一座，該項(xiàng)目以稻殼為主要原料，配置“3臺(tái)固定床反應(yīng)器+2臺(tái)中瓢蟲反應(yīng)器+1臺(tái)20噸余熱鍋爐”，項(xiàng)目占地面積2萬平米，年稻殼處理量4萬噸，主產(chǎn)品蒸汽產(chǎn)量為8.25萬噸/年，副產(chǎn)品稻殼炭產(chǎn)量約1.3萬噸/年，項(xiàng)目年銷售收入在3000萬左右，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為當(dāng)?shù)貓@區(qū)取締燃煤鍋爐，實(shí)現(xiàn)清潔能源的集中供熱做出了貢獻(xiàn)。
       吳都能源生物質(zhì)集中供熱項(xiàng)目概況
       吳都能源發(fā)展有限公司自2016年底成立以來，按城投領(lǐng)導(dǎo)的指示，認(rèn)真研判國(guó)家能源政策的導(dǎo)向，瞄準(zhǔn)國(guó)內(nèi)能源市場(chǎng)的需求，針對(duì)國(guó)內(nèi)能源、環(huán)保的總體形勢(shì)，根據(jù)需要以環(huán)保經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行能源供應(yīng)的情況，我公司陸續(xù)在江蘇、湖南、安徽等地進(jìn)行了生物質(zhì)區(qū)域集中供熱項(xiàng)目的開發(fā)。
       目前在江蘇南通和湖南益陽兩地，計(jì)劃投資建設(shè)生物質(zhì)集中供熱項(xiàng)目。
       1.南通生物質(zhì)直燃集中供熱項(xiàng)目
       項(xiàng)目所在產(chǎn)業(yè)園的總體發(fā)展規(guī)劃已得到南通市政府批準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃面積約10平方公里，一期4.5平方公里。目前園區(qū)內(nèi)已經(jīng)完成了3.4平方公里的土地開發(fā)和四通一平工作。區(qū)內(nèi)尚未建設(shè)集中供熱基礎(chǔ)設(shè)施，企業(yè)傳統(tǒng)的燃煤供熱方式不能滿足環(huán)保要求。為完善園區(qū)集中供熱基礎(chǔ)設(shè)施，降低園區(qū)內(nèi)企業(yè)用汽成本，提高產(chǎn)業(yè)園對(duì)外招商競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)與產(chǎn)業(yè)園管委會(huì)協(xié)商研究，決定在園區(qū)內(nèi)投資建設(shè)生物質(zhì)直燃供熱項(xiàng)目。該項(xiàng)目的投資協(xié)議已經(jīng)簽署，廠址規(guī)劃已經(jīng)落實(shí)，并進(jìn)入可行性研究報(bào)告編制階段。
       根據(jù)對(duì)產(chǎn)業(yè)園周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的燃料量和燃料種類的調(diào)研，并考慮目前產(chǎn)業(yè)園區(qū)企業(yè)蒸汽用量，規(guī)劃一期建設(shè)1臺(tái)50t/h直燃生物質(zhì)水冷振動(dòng)爐排供熱系統(tǒng)，并留有擴(kuò)建的余地，項(xiàng)目總投資約7500萬元，每年供蒸汽約10.23萬噸。按照目前初步確定的邊界條件，本項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率大約在8%以上。
       2.湖南益陽生物質(zhì)氣化集中供熱項(xiàng)目
       項(xiàng)目所在產(chǎn)業(yè)園區(qū)為國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，區(qū)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)集中供熱，現(xiàn)有企業(yè)采用自建燃?xì)忮仩t供熱，其蒸汽使用成本較高。為完善產(chǎn)業(yè)園區(qū)的公用事業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，降低園區(qū)內(nèi)企業(yè)用汽成本，計(jì)劃在園區(qū)內(nèi)投資建設(shè)以稻殼等生物質(zhì)為主要原料的生物質(zhì)氣化供熱項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)園區(qū)集中高效供熱，同時(shí)解決益陽市一定范圍內(nèi)稻殼利用難題，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作廢棄物的循環(huán)高效利用。
       根據(jù)對(duì)產(chǎn)業(yè)園及附近區(qū)域燃料量和燃料種類的調(diào)研，并考慮區(qū)內(nèi)目前企業(yè)以及即將建成企業(yè)蒸汽用量，規(guī)劃一期建設(shè)6套生物質(zhì)氣化集中供熱系統(tǒng)，項(xiàng)目總投資約6300萬元，每年供蒸汽量約17萬噸。按照目前初步確定的邊界條件，項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率大約在12%以上。
       結(jié)論
       1.采用生物質(zhì)集中供熱，符合我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)政策，是我國(guó)鼓勵(lì)發(fā)展的可再生能源綜合利用的有效方式，并將成為我國(guó)能源供應(yīng)的重要組成部分。
       2.生物質(zhì)集中供熱，不涉及電力上網(wǎng)問題，沒有天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目所需的氣量、氣價(jià)難題，與燃?xì)?、燃煤供熱方式相比較，明顯經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
       3.將農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)收集并進(jìn)行綜合利用，不但解決了當(dāng)?shù)亟斩挼壬镔|(zhì)資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的大問題，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，具有廣闊的發(fā)展前景和可持續(xù)性。
       綜上所述，生物質(zhì)直燃技術(shù)和生物質(zhì)氣化技術(shù)目前已比較成熟，但在我國(guó)還處于起步階段，在各級(jí)各類開發(fā)區(qū)中，具有廣闊的發(fā)展前景和明顯的競(jìng)爭(zhēng)能力。針對(duì)潛在的項(xiàng)目，我公司經(jīng)過緊張周密的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、設(shè)備可靠性分析、燃料適應(yīng)性調(diào)查，項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的前期階段。吳都能源發(fā)展有限公司抓住當(dāng)前政策的有利時(shí)機(jī)，整合該產(chǎn)業(yè)鏈中相關(guān)研發(fā)設(shè)計(jì)、設(shè)備制造單位，領(lǐng)先一步，搶占市場(chǎng)，使生物質(zhì)集中供熱這項(xiàng)分布式可再生能源項(xiàng)目成為公司業(yè)務(wù)發(fā)展的重要支撐點(diǎn)。