生物质秸秆发电技术
摘要：生物质能发电技术是一项很有发展前景的发电技术。文章主要对生物质能发电技术中的秸秆发电技术和对秸秆发电未来的展望作出了详细的报告。
关键词：秸秆发电；江苏国信淮安楚州生物质秸秆发电厂；综述
中图分类号：F426.61文献标识码：A
Biomasspowergenerationtechnology
WangJinhui
(ChengduUniversityofEngineeringandTechnology,SichuanLeshan,614007)
Abstract:Thebiomasspowergenerationtechnologyisapromisingpowergenerationtechnology.Papermainlystrawbiomasspowergenerationtechnologyinpowergenerationtechnologyandfutureprospectsofstrawtomakeadetailedreport.
Keywords:strawpowergeneration;JiangsuGuoxinBiomassPowerPlantHuai'anChuzhou;Summary
1概述
我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿t，其中6.04亿t可作能源使用。秸秆资源是新能源中最具开发利用规模的一种绿色可再生能源，如果将这些秸秆资源用于发电，相当于0.9亿kw火电机组年平均运行5000h，年发电量为4500亿kWh。秸秆为低碳燃料，且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低，是一种较为“清洁”的燃料，在有效的排污保护措施下发展秸秆发电，会大大地改善环境质量，对环境保护非常有利。在农村推广实施秸秆发电技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要意义。
1.1我国利用秸秆发电的市场分析
目前生物质能秸秆发电技术的开发和应用，已引起世界各国政府和科学家的关注。它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标，至2010年，我国生物质能发电装机容量要超过：300万kw。因此，从中央到地方政府都制定了一系列补贴政策支持生物质能技术的发展，加快了技术商业化的进程。随着我国国民经济的高速发展和城乡人民生活水平的不断提高，既有经济、社会效益，又能保护环境的秸秆发电技术的利用前景将会越来越广阔。
根据国家对可再生能源发电的一系列优惠政策，秸秆发电厂所发电量由电网全额收购；上网电价经当地省政府价格主管部门按现行电价政策提出上报国家发展和改革委员会核批后，一般在0.50～0.60元左右；进口设备的关税和进口环节增值税全免，同时，各地方省市还因地制宜地制定了其它的补贴政策。这些政策的出台为秸秆发电在农村的推广利用提供了有力的保障。
可以预见，在我国农村推广生物质能秸秆发电技术市场广阔，前景光明。
2．生物质秸秆发电秸秆燃烧方式：
2.1秸秆直接燃烧发电
直接燃烧发电的过程是：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能。
秸秆直接燃烧发电技术已基本成熟，进入推广阶段，这种技术在规模化情况下，效率较高，单位投资也较合理；但受原料供应及工艺限制，发电规模不宜过大，一般不超过30MW。
2.2秸秆混燃发电
混合燃烧发电包括：直接混合燃烧发电、间接混合燃烧发电和并联混合燃烧发电，其中直接混合燃烧发电是主要的应用方式。直接混合燃烧发电是将秸秆燃料与化石燃烧在同一锅炉内混合燃烧产生蒸汽，带动汽轮机发电。
2.3气化发电
气化发电是在气化炉中将秸秆原料气化，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。一般规模较小，多数不大于6MW。
3.生物质能秸秆发电的工艺流程
3.1秸秆的处理、输送和燃烧
发电厂内建设独立的秸秆仓库，秸秆要测试含水量。任何一包秸秆的含水量超过25％，则为不合格。在欧洲的发电厂中，这项测试由安装在自动起重机上的红外传感器来实现。在国内，可以手动将探测器插入每一个秸秆捆中测试水分，该探测器能存储99组测量值，测量完所有秸秆捆之后，测量结果可以存入连接至地磅的计算机。然后使用叉车卸货，并将运输货车的空车重量输入计算机。计算机可根据前后的重量以及含水量计算出秸秆的净重。
货车卸货时，叉车将秸秆包放入预先确定的位置；在仓库的另一端，叉车将秸秆包放在进料输送机上；进料输送机有一个缓冲台，可保留秸秆5分钟；秸秆从进料台通过带密封闸门（防火）的进料输送机传送至进料系统；秸秆包被推压到两个立式螺杆上，通过螺杆的旋转扯碎秸秆，然后将秸秆传送给螺旋自动给料机，通过给料机将秸秆压入密封的进料通道，然后输送到炉床。炉床为水冷式振动炉，是专门为秸秆燃烧发电厂而开发的设备。
3.2锅炉系统
采用自然循环的汽包锅炉，过热器分两级布置在烟道中，烟道尾部布置省煤器和空气预热器。由于秸秆灰中碱金属的含量相对较高，因此，烟气在高温时（450℃以上）具有较高的腐蚀性。此外，飞灰的熔点较低，易产生结渣的问题。如果灰分变成固体和半流体，运行中就很难清除，就会阻碍管道中从烟气至蒸汽的热量传输。严重时甚至会完全堵塞烟气通道，将烟气堵在锅炉中。由于存在这些问题，因此，专门设计了过热器系统。
3.3汽轮机系统
汽轮机和锅炉必须在启动、部分负荷和停止操作等方面保持一致，协调锅炉、汽轮机和凝汽器的工作非常重要。
3.4环境保护系统
在湿法烟气净化系统之后，安装一个布袋除尘器，以便收集烟气中的飞灰。布袋除尘器的排放低于25mg/Nm3，大大低于中国烧煤发电厂的烟灰排放水平。
3.5副产物
秸秆通常含有3％～5％的灰分。这种灰以锅炉飞灰和灰渣/炉底灰的形式被收集，这种灰分含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙，可用作高效农业肥料。
4.江苏国信淮安楚州生物质秸秆发电项目介绍
4.1项目概况
淮安市楚州秸秆发电厂是由江苏国信资产投资管理集团有限公司和江苏省新能源开发有限公司共同投资建设的电厂，淮安市楚州秸秆发电厂位于淮安楚州经济开发区（省级经济开发区）B区的西北角，厂址南面距离新长铁路500m，西距京沪告诉公路650m。装机规模是2×15MW机组配2台75t/h燃秸秆固定振动炉排中温中压锅炉，发电机组为1台15MW中温中压凝汽式汽轮发电机组及1台15MW中温中压抽气凝汽式汽轮发电机组。
全部项目建成后，年消耗秸秆20余万吨，发电量约2亿度，销售收入上亿元，利税近千万余元，秸秆燃烧后的灰渣可综合利用。该项目的建设对于促进地方经济建设,改善农村能源结构,保护生态环境，发展循环经济具有一定推动作用。
4.2主要设备配置
淮安市楚州秸秆发电厂是国内第一家完全采用稻秸秆为燃料的生物质发电厂。锅炉采用无锡华光锅炉厂75t/h燃秸秆固定振动炉排中温中压锅炉，汽机用的青岛捷能汽轮机厂1台15MW中温中压凝汽式汽轮机和1台15MW中温中压抽气凝汽式汽轮机。
每台锅炉的底部设一套水冷套筒式螺旋输渣机或滚筒式冷渣器配链斗式输送机，将锅炉底渣送入渣仓，以备装车外运；布袋除尘器收集的飞灰，可采用正压浓相气力集中系统，通过管道直接将飞灰输送到厂区灰库，不设中间环节，灰库容量为600m3，灰库的有效容积可满足储存1周的全部灰量，为更好地满足综合利用的要求，灰库底部设有两种卸料方式：其一是由干式散装机装入罐式汽车，供干灰用户；其二是设湿式搅拌机，干灰经加水调湿后装车外运。烟尘采用高效布袋除尘器除尘，除尘效率达99.99%。
生活污水经过地埋式生活污水处理系统处理后用于厂区绿化；循环水排污水，部分回收用于调湿灰用水、水力除渣用水和主厂房杂用水，剩余部分水量外排入楚州开发区污水处理厂；锅炉排污水与多余的循环排污水混合后排入楚州开发区污水处理厂；化学酸碱废水中和达标处理后楚州开发区污水处理厂。
主要设备一览表
序号及设备
1锅炉无锡华光锅炉厂
2汽机青岛捷能汽轮机厂
2链板张家港保税区方圆机械有限公司
2破碎机宜兴巨龙环保设备厂
2大倾角皮带张家港保税区方圆机械有限公司
2分料螺旋输送机山东山矿机械有限公司
2给料螺旋输送机锅炉厂自配
4.3上料燃烧系统设备和工艺流程
由于锅炉以软秸秆为主，其燃料输送和燃烧系统与常规电厂不同。
电厂所用秸秆采用公路运输；配备秸秆储仓1座，有效面积约4000m2，体积大于50000m3。秸秆仓库采用现浇钢筋混凝土柱、钢屋架形成的排架结构，秸秆需要堆放整齐方便抓斗机操作。
楚州秸秆发电秸秆包装尺寸要求：1700x1000x900（长x高x宽）（mm）；秸秆包的密度：250kg/m3，秸秆进破碎机需要手动解包，为防止堵塞和摩擦起火秸秆包里面不能泥土、铁丝、铁块等杂物。
秸秆进入炉膛流程：
A1过渡链板输送机→A2喂料链板输送机→A破碎机
1A分包平台
B1过渡链板输送机→B2喂料链板输送机→B破碎机
抓斗机大倾角皮带→
C1过渡链板输送机→C2喂料链板输送机→C破碎机
1B分包平台
D1过渡链板输送机→D2喂料链板输送机→D破碎机
A1、A2、A3分料螺旋输送机→A1、A2给料螺旋输送机
料仓炉膛
B1、B2、B3分料螺旋输送机→B1、B2给料螺旋输送机
抓斗机和分包平台由北京起重运输机械研究所提供并负责这一块的控制，分包平台后的设备由DCS控制，DCS与分包平台存在接口，单台炉单套输送线硬接线信号如下：
##61548;DCS至分包平台：出料指令、故障停机；
##61548;分包平台至DCS：出料请求信号、分包平台故障信号
抓斗机从仓库里抓秸秆包放到分包平台上，分包平台同时给后面两个过渡链板分包，每次同时给两条过渡链板各分5包秸秆包。两条过渡链板的秸秆包全部送到喂料链板上后DCS发出料信号给分包平台，分包平台收到该指令后向过渡链板分包。
分包平台分包速度可调范围为3～10米/分钟。
单台炉各有两套链板输送线，每条链板输送线设备包括一个分包平台后的两条过渡链板输和两条喂料链板，每条喂料链板对应一台破碎机。单台炉共有8条链板和4台破碎机，链板由张家港保税区方圆机械有限公司供货，破碎机由宜兴巨龙环保设备厂供货。
过渡链板速度可调范围0.5～5米/分钟，每条过渡链板安装3只（前、中、后各一只）有料传感器（光电式或机械式检测装置），三点同时检测无料时DCS认为过渡链板无料。过渡链板有秸秆包的纠偏功能。
喂料链板正常速度是0.6米/分钟（工频转速），最高时0.84米/分钟，破碎机最大进包速度0.84米/分钟，喂料链板的速度和破碎机的速度必须匹配，所以喂料链板速度一般低于破碎机的最大破碎速度，破碎机机阻力大时过渡链板和喂料链板同时自动反转以保护破碎机。
上料系统是秸秆电厂的核心，破碎机是整个上料系统的核心，也是秸秆电厂比较大的用电设备，破碎机的运行好坏直接关系到秸秆电厂的运行和效益。每台破碎机分成破碎部分和切碎部分，破碎部分设备包括下部主破碎机（132kW）和上部辅破碎机（75kW）；切碎部分包括3台切碎电机（5kW，3台）。破碎机进料口尺寸为1200x1000，（单位：mm），秸秆包从喂料链板进入破碎机先经过两台破碎机破碎，然后再经过位于破碎机下面的3台切碎机切碎，基本上就形成的3～5（cm）长的秸秆碎料供锅炉燃烧。
单条链板输送破碎线上的所有设备（包括1个分包平台、2条过渡链板、2条喂料链板、2套破碎机）都正常工作时，这条链板才算工作正常，单条链板输送破碎线上的任一设备出现问题，这条线就是故障状态。正常运行时两台链板输送破碎线互为备用，一条线有故障必须立刻启动另一条线，两条线都故障只好停炉。
喂料链板转速跟随破碎机的破碎速度，过渡链板的转速分包时跟随分包平台速度、分包结束后速度略高于喂料链板的速度。
大倾角皮带由张家港保税区方圆机械有限公司供货，分料螺旋输送机由山东山矿机械有限公司供货，给料螺旋输送机由锅炉厂自配。大倾角皮带长约150米，破碎机下来的料掉在皮带上经过150米的运送后进入料仓，秸秆料仓一般只作为中转分配用不用于储存秸秆燃料。楚州项目的料仓设计通过上部的挡板自动均匀分配秸秆进入料仓左右两侧，以保证两侧螺旋输送机均匀给炉膛提供燃料。
燃料从料仓下来先经过分料螺旋再经过给料螺旋进入锅炉，分料螺旋和给料螺旋之间设有防火门以保证料仓的安全。
楚州秸秆电厂有两条螺旋输送线，炉膛燃烧时为保证炉膛受热均匀一般要求两路同时进料。
分料螺旋位于料仓下部，每个分料螺旋输送机有3台螺旋组成，3台螺旋分别由变频器控制启停，需要时可以差速运转。就地具备独立启停的功能。
每个给料螺旋有2台螺旋组成，每个螺旋由一个变频器控制，给料螺旋可以差速运行。燃料经过两级螺旋后落入炉膛燃烧。
风路和烟路方面和传统的循环硫化床炉有些类时，系统配置1台送风机、1台二次风机、1台引风机，二次风管接在空预器后加过热的一次风管上，一次风从炉床下方把燃料吹起来，二次风在炉膛腰部位置进风，起助燃作用。
4.4控制系统配置
控制系统控制范围包括上料系统、锅炉、汽机、发电机及公用系统，整个DCS系统接近4000点。
DCS系统控制器配置为：锅炉配置4对控制器：汽水和FSSS系统1对控制器、风烟系统1对控制器、上料系统1对控制器，布袋除尘和锅炉其他系统1对控制器；汽机配置2对控制器：主蒸汽高低加1对控制器、油系统#1厂用电1对控制器；公用、电气系统共3对控制器。
人机接口配置为：6台操作员，1台值长站和1台工程师站。
锅炉主要正常运行参数：锅炉主汽压力3.45Mpa，主汽温度450℃，炉膛出口烟气温度270℃。
4.5秸秆电厂的难点
做为国内第一家（也有可能是世界第一家）以软秸秆（稻秸秆）为燃料的生物质电厂，江苏国信淮安生物质电厂在调试和试运行期间遇到了很多困难。
秸秆的发热量只有煤的一半，同样75吨锅炉，光重量而言秸秆就必须比煤多进如炉膛一倍。秸秆料仓只起中转功能，不具备储料功能，这么多的秸秆连续通过破碎机、螺旋机进入炉膛，如何保证连续运行是一个难点。
稻秸秆比较软，为了不在螺旋上缠绕，所以需要破碎到4-5cm长度，但是实际中由于秸秆打包比较乱，破碎机很难把秸秆破碎在4-5cm长度，所以楚州秸秆电厂准备在破碎机下侧加装切碎电机，以进一步改善秸秆破碎效果。
燃烧的控制是一个难点，炉温炉压的控制很麻烦，稻草秸秆很轻，进入炉膛稍微风量大了，给料量少了，秸秆就会乱飞，造成炉膛温度的波动，一般为了温度燃烧，可以在燃料中增加适当比例的花生壳，花生壳比稻草重，对燃烧的改进和螺旋堵转的情况都有一定帮助，花生壳可以带动稻草落在炉床上，稳定燃烧。
可以说解决了上料系统，秸秆电厂就能成功运行。
4.6电厂的前景
秸秆电厂只要办好了，前景很广阔。在国家政策上，国家大力鼓励使用绿色、可再生能源，秸秆电厂使用秸秆这种可再生能源作为燃料，国家是大力支持的。在上网电价上15年内国家给与每度电0.25元的补贴。
我国是农业大国，秸秆在农田直接燃烧一方浪费资源，另一方面造成大气污染，对高速公路、飞机起飞降落都造成过干扰，所以国家现在明令禁止农田燃烧秸秆，从原料上讲，秸秆电厂的燃料取之不尽，在楚州，方圆90公里之内的秸秆就能满足楚州秸秆电厂的运行。从另一方面讲秸秆电厂处理了农民的秸秆问题，增加了农民的收入。
秸秆出厂的灰渣含流量少，是一种很好的肥料，可以卖给农民回田。秸秆电厂是绿色电厂，无污染电厂。
4.7机组运行情况
2007年11月5日14：30至2007年11月9日14：30，江苏国信淮安生物质发电有限公司#1机组成功通过了7224小时试运行，国内第一台以稻秸秆为燃料的发电机组成功投入商业运行。
参考文献
[1]田水泉;张立科;杨风岭;张宪宏;樊静; 生物质能源化学转化技术与应用研究进展[J].安徽农业科学2011年03期
[2]马隆龙,吴创之,孙力.生物质气化技术的应用[M].化学工业出版社,2003.
[3]吴正舜,吴创之,等.4MW级生物质气化发电示范工程的设计研究[J].能源工程,2003,(3):14～17
[4]于红梅,张红,王中贤.热管式生物质气化炉反应过程的理论分析[J].南京工业大学学报,2006,28(6):82～85.
[5]王学锋,迟瑞娟,张义斌,等.生物质发电燃料物流成本分析[J].安徽农学通报,2007,13(7):198～200.
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