生物質(zhì)秸稈發(fā)電技術(shù)
摘要：生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)。文章主要對生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)中的秸稈發(fā)電技術(shù)和對秸稈發(fā)電未來的展望作出了詳細(xì)的報告,。
關(guān)鍵詞：秸稈發(fā)電,；江蘇國信淮安楚州生物質(zhì)秸稈發(fā)電廠；綜述
中圖分類號：F426.61文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Biomasspowergenerationtechnology
WangJinhui
(ChengduUniversityofEngineeringandTechnology,SichuanLeshan,614007)
Abstract:Thebiomasspowergenerationtechnologyisapromisingpowergenerationtechnology.Papermainlystrawbiomasspowergenerationtechnologyinpowergenerationtechnologyandfutureprospectsofstrawtomakeadetailedreport.
Keywords:strawpowergeneration;JiangsuGuoxinBiomassPowerPlantHuai'anChuzhou;Summary
1概述
我國生物質(zhì)能資源非常豐富,，農(nóng)作物秸稈資源量超過7.2億t,，其中6.04億t可作能源使用。秸稈資源是新能源中最具開發(fā)利用規(guī)模的一種綠色可再生能源,，如果將這些秸稈資源用于發(fā)電,，相當(dāng)于0.9億kw火電機(jī)組年平均運(yùn)行5000h，年發(fā)電量為4500億kWh,。秸稈為低碳燃料，且硫含量,、灰含量均比目前大量使用的煤炭低,，是一種較為“清潔”的燃料，在有效的排污保護(hù)措施下發(fā)展秸稈發(fā)電,，會大大地改善環(huán)境質(zhì)量,，對環(huán)境保護(hù)非常有利,。在農(nóng)村推廣實(shí)施秸稈發(fā)電技術(shù)，在節(jié)省不可再生資源,、緩解電力供應(yīng)緊張等方面都具有特別重要意義,。
1.1我國利用秸稈發(fā)電的市場分析
目前生物質(zhì)能秸稈發(fā)電技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，已引起世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注,。它們都將生物質(zhì)能秸稈發(fā)電技術(shù)作為21世紀(jì)發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)工程,。根據(jù)我國新能源和可再生能源發(fā)展綱要提出的目標(biāo)，至2010年,，我國生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量要超過：300萬kw,。因此，從中央到地方政府都制定了一系列補(bǔ)貼政策支持生物質(zhì)能技術(shù)的發(fā)展,，加快了技術(shù)商業(yè)化的進(jìn)程,。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高，既有經(jīng)濟(jì),、社會效益,，又能保護(hù)環(huán)境的秸稈發(fā)電技術(shù)的利用前景將會越來越廣闊。
根據(jù)國家對可再生能源發(fā)電的一系列優(yōu)惠政策,，秸稈發(fā)電廠所發(fā)電量由電網(wǎng)全額收購,；上網(wǎng)電價經(jīng)當(dāng)?shù)厥≌畠r格主管部門按現(xiàn)行電價政策提出上報國家發(fā)展和改革委員會核批后，一般在0.50～0.60元左右,；進(jìn)口設(shè)備的關(guān)稅和進(jìn)口環(huán)節(jié)增值稅全免,，同時，各地方省市還因地制宜地制定了其它的補(bǔ)貼政策,。這些政策的出臺為秸稈發(fā)電在農(nóng)村的推廣利用提供了有力的保障,。
可以預(yù)見,，在我國農(nóng)村推廣生物質(zhì)能秸稈發(fā)電技術(shù)市場廣闊,，前景光明,。
2．生物質(zhì)秸稈發(fā)電秸稈燃燒方式：
2.1秸稈直接燃燒發(fā)電
直接燃燒發(fā)電的過程是：生物質(zhì)與過量空氣在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱,，產(chǎn)生出的高溫高壓蒸汽在蒸汽輪機(jī)中膨脹做功發(fā)出電能,。
秸稈直接燃燒發(fā)電技術(shù)已基本成熟，進(jìn)入推廣階段,，這種技術(shù)在規(guī)?；闆r下,，效率較高,，單位投資也較合理；但受原料供應(yīng)及工藝限制,，發(fā)電規(guī)模不宜過大,，一般不超過30MW。
2.2秸稈混燃發(fā)電
混合燃燒發(fā)電包括：直接混合燃燒發(fā)電,、間接混合燃燒發(fā)電和并聯(lián)混合燃燒發(fā)電，其中直接混合燃燒發(fā)電是主要的應(yīng)用方式,。直接混合燃燒發(fā)電是將秸稈燃料與化石燃燒在同一鍋爐內(nèi)混合燃燒產(chǎn)生蒸汽，帶動汽輪機(jī)發(fā)電,。
2.3氣化發(fā)電
氣化發(fā)電是在氣化爐中將秸稈原料氣化,，生成可燃?xì)怏w,，經(jīng)過凈化，供給內(nèi)燃機(jī)或小型燃?xì)廨啓C(jī),，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,。一般規(guī)模較小，多數(shù)不大于6MW,。
3.生物質(zhì)能秸稈發(fā)電的工藝流程
3.1秸稈的處理,、輸送和燃燒
發(fā)電廠內(nèi)建設(shè)獨(dú)立的秸稈倉庫,，秸稈要測試含水量。任何一包秸稈的含水量超過25％,，則為不合格。在歐洲的發(fā)電廠中，這項(xiàng)測試由安裝在自動起重機(jī)上的紅外傳感器來實(shí)現(xiàn),。在國內(nèi),，可以手動將探測器插入每一個秸稈捆中測試水分，該探測器能存儲99組測量值,，測量完所有秸稈捆之后,，測量結(jié)果可以存入連接至地磅的計算機(jī)。然后使用叉車卸貨,，并將運(yùn)輸貨車的空車重量輸入計算機(jī),。計算機(jī)可根據(jù)前后的重量以及含水量計算出秸稈的凈重,。
貨車卸貨時,，叉車將秸稈包放入預(yù)先確定的位置,；在倉庫的另一端,，叉車將秸稈包放在進(jìn)料輸送機(jī)上；進(jìn)料輸送機(jī)有一個緩沖臺,，可保留秸稈5分鐘,；秸稈從進(jìn)料臺通過帶密封閘門（防火）的進(jìn)料輸送機(jī)傳送至進(jìn)料系統(tǒng)；秸稈包被推壓到兩個立式螺桿上,，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)扯碎秸稈,，然后將秸稈傳送給螺旋自動給料機(jī)，通過給料機(jī)將秸稈壓入密封的進(jìn)料通道,，然后輸送到爐床,。爐床為水冷式振動爐，是專門為秸稈燃燒發(fā)電廠而開發(fā)的設(shè)備,。
3.2鍋爐系統(tǒng)
采用自然循環(huán)的汽包鍋爐,，過熱器分兩級布置在煙道中，煙道尾部布置省煤器和空氣預(yù)熱器,。由于秸稈灰中堿金屬的含量相對較高,，因此，煙氣在高溫時（450℃以上）具有較高的腐蝕性,。此外,，飛灰的熔點(diǎn)較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問題,。如果灰分變成固體和半流體,，運(yùn)行中就很難清除，就會阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸,。嚴(yán)重時甚至?xí)耆氯麩煔馔ǖ?，將煙氣堵在鍋爐中,。由于存在這些問題，因此,，專門設(shè)計了過熱器系統(tǒng),。
3.3汽輪機(jī)系統(tǒng)
汽輪機(jī)和鍋爐必須在啟動、部分負(fù)荷和停止操作等方面保持一致,，協(xié)調(diào)鍋爐,、汽輪機(jī)和凝汽器的工作非常重要。
3.4環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)
在濕法煙氣凈化系統(tǒng)之后,，安裝一個布袋除塵器,，以便收集煙氣中的飛灰。布袋除塵器的排放低于25mg/Nm3,，大大低于中國燒煤發(fā)電廠的煙灰排放水平,。
3.5副產(chǎn)物
秸稈通常含有3％～5％的灰分。這種灰以鍋爐飛灰和灰渣/爐底灰的形式被收集,，這種灰分含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀,、鎂、磷和鈣,，可用作高效農(nóng)業(yè)肥料,。
4.江蘇國信淮安楚州生物質(zhì)秸稈發(fā)電項(xiàng)目介紹
4.1項(xiàng)目概況
淮安市楚州秸稈發(fā)電廠是由江蘇國信資產(chǎn)投資管理集團(tuán)有限公司和江蘇省新能源開發(fā)有限公司共同投資建設(shè)的電廠，淮安市楚州秸稈發(fā)電廠位于淮安楚州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)（省級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)）B區(qū)的西北角,，廠址南面距離新長鐵路500m,，西距京滬告訴公路650m。裝機(jī)規(guī)模是2×15MW機(jī)組配2臺75t/h燃秸稈固定振動爐排中溫中壓鍋爐,，發(fā)電機(jī)組為1臺15MW中溫中壓凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組及1臺15MW中溫中壓抽氣凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組,。
全部項(xiàng)目建成后，年消耗秸稈20余萬噸,，發(fā)電量約2億度,，銷售收入上億元，利稅近千萬余元,，秸稈燃燒后的灰渣可綜合利用,。該項(xiàng)目的建設(shè)對于促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè),改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu),保護(hù)生態(tài)環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有一定推動作用,。
4.2主要設(shè)備配置
淮安市楚州秸稈發(fā)電廠是國內(nèi)第一家完全采用稻秸稈為燃料的生物質(zhì)發(fā)電廠,。鍋爐采用無錫華光鍋爐廠75t/h燃秸稈固定振動爐排中溫中壓鍋爐，汽機(jī)用的青島捷能汽輪機(jī)廠1臺15MW中溫中壓凝汽式汽輪機(jī)和1臺15MW中溫中壓抽氣凝汽式汽輪機(jī),。
每臺鍋爐的底部設(shè)一套水冷套筒式螺旋輸渣機(jī)或滾筒式冷渣器配鏈斗式輸送機(jī),，將鍋爐底渣送入渣倉，以備裝車外運(yùn),；布袋除塵器收集的飛灰,，可采用正壓濃相氣力集中系統(tǒng),，通過管道直接將飛灰輸送到廠區(qū)灰?guī)欤辉O(shè)中間環(huán)節(jié),，灰?guī)烊萘繛?00m3,，灰?guī)斓挠行莘e可滿足儲存1周的全部灰量，為更好地滿足綜合利用的要求,，灰?guī)斓撞吭O(shè)有兩種卸料方式：其一是由干式散裝機(jī)裝入罐式汽車,，供干灰用戶；其二是設(shè)濕式攪拌機(jī),，干灰經(jīng)加水調(diào)濕后裝車外運(yùn),。煙塵采用高效布袋除塵器除塵，除塵效率達(dá)99.99%,。
生活污水經(jīng)過地埋式生活污水處理系統(tǒng)處理后用于廠區(qū)綠化,；循環(huán)水排污水，部分回收用于調(diào)濕灰用水,、水力除渣用水和主廠房雜用水，剩余部分水量外排入楚州開發(fā)區(qū)污水處理廠,；鍋爐排污水與多余的循環(huán)排污水混合后排入楚州開發(fā)區(qū)污水處理廠,；化學(xué)酸堿廢水中和達(dá)標(biāo)處理后楚州開發(fā)區(qū)污水處理廠。
主要設(shè)備一覽表
序號及設(shè)備
1鍋爐無錫華光鍋爐廠
2汽機(jī)青島捷能汽輪機(jī)廠
2鏈板張家港保稅區(qū)方圓機(jī)械有限公司
2破碎機(jī)宜興巨龍環(huán)保設(shè)備廠
2大傾角皮帶張家港保稅區(qū)方圓機(jī)械有限公司
2分料螺旋輸送機(jī)山東山礦機(jī)械有限公司
2給料螺旋輸送機(jī)鍋爐廠自配
4.3上料燃燒系統(tǒng)設(shè)備和工藝流程
由于鍋爐以軟秸稈為主,，其燃料輸送和燃燒系統(tǒng)與常規(guī)電廠不同,。
電廠所用秸稈采用公路運(yùn)輸；配備秸稈儲倉1座,，有效面積約4000m2,，體積大于50000m3。秸稈倉庫采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱,、鋼屋架形成的排架結(jié)構(gòu),，秸稈需要堆放整齊方便抓斗機(jī)操作。
楚州秸稈發(fā)電秸稈包裝尺寸要求：1700x1000x900（長x高x寬）（mm）,；秸稈包的密度：250kg/m3,，秸稈進(jìn)破碎機(jī)需要手動解包，為防止堵塞和摩擦起火秸稈包里面不能泥土,、鐵絲,、鐵塊等雜物。
秸稈進(jìn)入爐膛流程：
A1過渡鏈板輸送機(jī)→A2喂料鏈板輸送機(jī)→A破碎機(jī)
1A分包平臺
B1過渡鏈板輸送機(jī)→B2喂料鏈板輸送機(jī)→B破碎機(jī)
抓斗機(jī)大傾角皮帶→
C1過渡鏈板輸送機(jī)→C2喂料鏈板輸送機(jī)→C破碎機(jī)
1B分包平臺
D1過渡鏈板輸送機(jī)→D2喂料鏈板輸送機(jī)→D破碎機(jī)
A1,、A2,、A3分料螺旋輸送機(jī)→A1、A2給料螺旋輸送機(jī)
料倉爐膛
B1,、B2,、B3分料螺旋輸送機(jī)→B1,、B2給料螺旋輸送機(jī)
抓斗機(jī)和分包平臺由北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所提供并負(fù)責(zé)這一塊的控制，分包平臺后的設(shè)備由DCS控制,，DCS與分包平臺存在接口,，單臺爐單套輸送線硬接線信號如下：
##61548;DCS至分包平臺：出料指令、故障停機(jī),；
##61548;分包平臺至DCS：出料請求信號,、分包平臺故障信號
抓斗機(jī)從倉庫里抓秸稈包放到分包平臺上，分包平臺同時給后面兩個過渡鏈板分包,，每次同時給兩條過渡鏈板各分5包秸稈包,。兩條過渡鏈板的秸稈包全部送到喂料鏈板上后DCS發(fā)出料信號給分包平臺，分包平臺收到該指令后向過渡鏈板分包,。
分包平臺分包速度可調(diào)范圍為3～10米/分鐘,。
單臺爐各有兩套鏈板輸送線，每條鏈板輸送線設(shè)備包括一個分包平臺后的兩條過渡鏈板輸和兩條喂料鏈板,，每條喂料鏈板對應(yīng)一臺破碎機(jī),。單臺爐共有8條鏈板和4臺破碎機(jī)，鏈板由張家港保稅區(qū)方圓機(jī)械有限公司供貨,，破碎機(jī)由宜興巨龍環(huán)保設(shè)備廠供貨,。
過渡鏈板速度可調(diào)范圍0.5～5米/分鐘，每條過渡鏈板安裝3只（前,、中,、后各一只）有料傳感器（光電式或機(jī)械式檢測裝置），三點(diǎn)同時檢測無料時DCS認(rèn)為過渡鏈板無料,。過渡鏈板有秸稈包的糾偏功能,。
喂料鏈板正常速度是0.6米/分鐘（工頻轉(zhuǎn)速），最高時0.84米/分鐘,，破碎機(jī)最大進(jìn)包速度0.84米/分鐘,，喂料鏈板的速度和破碎機(jī)的速度必須匹配，所以喂料鏈板速度一般低于破碎機(jī)的最大破碎速度,，破碎機(jī)機(jī)阻力大時過渡鏈板和喂料鏈板同時自動反轉(zhuǎn)以保護(hù)破碎機(jī),。
上料系統(tǒng)是秸稈電廠的核心，破碎機(jī)是整個上料系統(tǒng)的核心,，也是秸稈電廠比較大的用電設(shè)備,，破碎機(jī)的運(yùn)行好壞直接關(guān)系到秸稈電廠的運(yùn)行和效益。每臺破碎機(jī)分成破碎部分和切碎部分,，破碎部分設(shè)備包括下部主破碎機(jī)（132kW）和上部輔破碎機(jī)（75kW）,；切碎部分包括3臺切碎電機(jī)（5kW，3臺）。破碎機(jī)進(jìn)料口尺寸為1200x1000,，（單位：mm）,，秸稈包從喂料鏈板進(jìn)入破碎機(jī)先經(jīng)過兩臺破碎機(jī)破碎，然后再經(jīng)過位于破碎機(jī)下面的3臺切碎機(jī)切碎,，基本上就形成的3～5（cm）長的秸稈碎料供鍋爐燃燒,。
單條鏈板輸送破碎線上的所有設(shè)備（包括1個分包平臺、2條過渡鏈板,、2條喂料鏈板,、2套破碎機(jī)）都正常工作時，這條鏈板才算工作正常,，單條鏈板輸送破碎線上的任一設(shè)備出現(xiàn)問題,，這條線就是故障狀態(tài)。正常運(yùn)行時兩臺鏈板輸送破碎線互為備用,，一條線有故障必須立刻啟動另一條線,，兩條線都故障只好停爐。
喂料鏈板轉(zhuǎn)速跟隨破碎機(jī)的破碎速度,，過渡鏈板的轉(zhuǎn)速分包時跟隨分包平臺速度,、分包結(jié)束后速度略高于喂料鏈板的速度。
大傾角皮帶由張家港保稅區(qū)方圓機(jī)械有限公司供貨,，分料螺旋輸送機(jī)由山東山礦機(jī)械有限公司供貨,，給料螺旋輸送機(jī)由鍋爐廠自配。大傾角皮帶長約150米,，破碎機(jī)下來的料掉在皮帶上經(jīng)過150米的運(yùn)送后進(jìn)入料倉，秸稈料倉一般只作為中轉(zhuǎn)分配用不用于儲存秸稈燃料,。楚州項(xiàng)目的料倉設(shè)計通過上部的擋板自動均勻分配秸稈進(jìn)入料倉左右兩側(cè),，以保證兩側(cè)螺旋輸送機(jī)均勻給爐膛提供燃料。
燃料從料倉下來先經(jīng)過分料螺旋再經(jīng)過給料螺旋進(jìn)入鍋爐,，分料螺旋和給料螺旋之間設(shè)有防火門以保證料倉的安全,。
楚州秸稈電廠有兩條螺旋輸送線，爐膛燃燒時為保證爐膛受熱均勻一般要求兩路同時進(jìn)料,。
分料螺旋位于料倉下部,，每個分料螺旋輸送機(jī)有3臺螺旋組成，3臺螺旋分別由變頻器控制啟停,，需要時可以差速運(yùn)轉(zhuǎn),。就地具備獨(dú)立啟停的功能。
每個給料螺旋有2臺螺旋組成,，每個螺旋由一個變頻器控制,，給料螺旋可以差速運(yùn)行。燃料經(jīng)過兩級螺旋后落入爐膛燃燒,。
風(fēng)路和煙路方面和傳統(tǒng)的循環(huán)硫化床爐有些類時,，系統(tǒng)配置1臺送風(fēng)機(jī),、1臺二次風(fēng)機(jī)、1臺引風(fēng)機(jī),，二次風(fēng)管接在空預(yù)器后加過熱的一次風(fēng)管上,，一次風(fēng)從爐床下方把燃料吹起來，二次風(fēng)在爐膛腰部位置進(jìn)風(fēng),，起助燃作用,。
4.4控制系統(tǒng)配置
控制系統(tǒng)控制范圍包括上料系統(tǒng)、鍋爐,、汽機(jī),、發(fā)電機(jī)及公用系統(tǒng)，整個DCS系統(tǒng)接近4000點(diǎn),。
DCS系統(tǒng)控制器配置為：鍋爐配置4對控制器：汽水和FSSS系統(tǒng)1對控制器,、風(fēng)煙系統(tǒng)1對控制器、上料系統(tǒng)1對控制器,，布袋除塵和鍋爐其他系統(tǒng)1對控制器,；汽機(jī)配置2對控制器：主蒸汽高低加1對控制器、油系統(tǒng)#1廠用電1對控制器,；公用,、電氣系統(tǒng)共3對控制器。
人機(jī)接口配置為：6臺操作員,，1臺值長站和1臺工程師站,。
鍋爐主要正常運(yùn)行參數(shù)：鍋爐主汽壓力3.45Mpa，主汽溫度450℃,，爐膛出口煙氣溫度270℃,。
4.5秸稈電廠的難點(diǎn)
做為國內(nèi)第一家（也有可能是世界第一家）以軟秸稈（稻秸稈）為燃料的生物質(zhì)電廠，江蘇國信淮安生物質(zhì)電廠在調(diào)試和試運(yùn)行期間遇到了很多困難,。
秸稈的發(fā)熱量只有煤的一半,，同樣75噸鍋爐，光重量而言秸稈就必須比煤多進(jìn)如爐膛一倍,。秸稈料倉只起中轉(zhuǎn)功能,，不具備儲料功能，這么多的秸稈連續(xù)通過破碎機(jī),、螺旋機(jī)進(jìn)入爐膛,，如何保證連續(xù)運(yùn)行是一個難點(diǎn)。
稻秸稈比較軟,，為了不在螺旋上纏繞,，所以需要破碎到4-5cm長度，但是實(shí)際中由于秸稈打包比較亂，破碎機(jī)很難把秸稈破碎在4-5cm長度,，所以楚州秸稈電廠準(zhǔn)備在破碎機(jī)下側(cè)加裝切碎電機(jī),，以進(jìn)一步改善秸稈破碎效果。
燃燒的控制是一個難點(diǎn),，爐溫爐壓的控制很麻煩,，稻草秸稈很輕，進(jìn)入爐膛稍微風(fēng)量大了,，給料量少了,，秸稈就會亂飛，造成爐膛溫度的波動,，一般為了溫度燃燒,，可以在燃料中增加適當(dāng)比例的花生殼，花生殼比稻草重,，對燃燒的改進(jìn)和螺旋堵轉(zhuǎn)的情況都有一定幫助,，花生殼可以帶動稻草落在爐床上，穩(wěn)定燃燒,。
可以說解決了上料系統(tǒng),，秸稈電廠就能成功運(yùn)行。
4.6電廠的前景
秸稈電廠只要辦好了,，前景很廣闊,。在國家政策上，國家大力鼓勵使用綠色,、可再生能源,，秸稈電廠使用秸稈這種可再生能源作為燃料，國家是大力支持的,。在上網(wǎng)電價上15年內(nèi)國家給與每度電0.25元的補(bǔ)貼,。
我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈在農(nóng)田直接燃燒一方浪費(fèi)資源,，另一方面造成大氣污染,，對高速公路,、飛機(jī)起飛降落都造成過干擾,，所以國家現(xiàn)在明令禁止農(nóng)田燃燒秸稈，從原料上講,，秸稈電廠的燃料取之不盡,，在楚州，方圓90公里之內(nèi)的秸稈就能滿足楚州秸稈電廠的運(yùn)行,。從另一方面講秸稈電廠處理了農(nóng)民的秸稈問題,，增加了農(nóng)民的收入。
秸稈出廠的灰渣含流量少，是一種很好的肥料,，可以賣給農(nóng)民回田,。秸稈電廠是綠色電廠，無污染電廠,。
4.7機(jī)組運(yùn)行情況
2007年11月5日14：30至2007年11月9日14：30,，江蘇國信淮安生物質(zhì)發(fā)電有限公司#1機(jī)組成功通過了7224小時試運(yùn)行，國內(nèi)第一臺以稻秸稈為燃料的發(fā)電機(jī)組成功投入商業(yè)運(yùn)行,。
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