淺談秸稈生物質直燃發(fā)電技術

摘　要:介紹國內外生物質發(fā)電的現狀，生物質燃料的資源與燃燒特性，并結合本公司產品介紹了生物質鍋爐的特點及其燃燒設備水冷振動爐排對生物質燃料的適應性。 　　1　國內外秸稈生物質發(fā)電現狀 　　農作物秸稈作為燃料已有很久遠的歷史，直至1973年第一次石油危機，丹麥開始研究利用秸稈作為發(fā)電燃料。在秸稈發(fā)電領域，丹麥BWE公司是世界領先者，第一家秸稈燃燒發(fā)電廠于1998年投入運行(Haslev，5MW)。此后，BWE公司在西歐設計并建造了大量的生物發(fā)電廠，其中最大的發(fā)電廠是英國的Elyan發(fā)電廠，裝機容量為38MW。近幾年，世界各國開始高度重視秸稈發(fā)電項目的開發(fā)，將其作為21世紀發(fā)展可再生能源的戰(zhàn)略重點和具備發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略性產業(yè)，如日本的"陽光計劃"、美國的"能源農場"、印度的"綠色能源工廠"等，秸稈發(fā)電技術已被聯合國列為重點項目予以推廣。目前丹麥的秸稈發(fā)電等可 再生能源已占該國能源消耗總量的24%，美國有350座生物質發(fā)電站，總裝機容量達7000MWe，預計到2010年美國生物質能發(fā)電收達到13000MWe裝機容量。 　　近兩年來我國秸稈資源經濟利用的問題日益明顯，秸稈發(fā)電項目也如雨后春筍般紛紛出現。山東省菏澤市單縣秸稈熱電廠項目，年發(fā)電量達25MWe，年可節(jié)省標準煤近40萬噸，是我國第一家秸稈發(fā)電廠。隨后中國各地，包括江蘇、廣東、河南、浙江、甘肅等多個省市的紛紛開展秸稈發(fā)電項目。根據國家發(fā)改委的要求，五大電力公司到2020年清潔燃料發(fā)電要占到總發(fā)電的5%以上，這是一個非常廣闊的市場。生物質能發(fā)電主要有兩條工藝技術路線，即氣化發(fā)電和直接燃燒發(fā)電。氣化發(fā)電由于工藝過程復雜，難以適應大規(guī)模應用，主要用于較小規(guī)模的發(fā)電項目。生物質直接燃燒發(fā)電則是目前實現規(guī)?；瘧梦ㄒ滑F實的途徑，也是本文討論的重點。 　　2　秸稈的收集、處理與給料 　　秸稈的密度小，結構松散，造成了秸稈收集和運輸的不方便。通常認為，秸稈的收獲和采集，裝車和運送，都應該由散戶來進行，這樣可以減少秸稈自然的水分，防止秸稈的霉變和自燃，從而獲得質量好、價格低的秸稈燃料。對于212MW中溫中壓秸稈直燃發(fā)電廠，在電廠周圍需建立10個燃料收購站，每個站儲存滿足鍋爐消耗2天的燃料，在站內設置打捆和裝車設備，打捆好的燃料采用汽車運輸至電廠。 　　秸稈燃料的爐前給料，也是秸稈電廠遇到的一個難題。對于本電廠，每臺鍋爐每小時需要上料約18噸，如何把18噸的秸稈燃料一小時內送入爐膛，是一個很大的難題。近幾年生物質壓縮成型技術得到了一定的發(fā)展，生物質壓縮成型燃料密度和中等質量煤相當，能量密度大，燃燒性能好，且便于貯存和運輸，但由于成本較高，尚未能推廣用于電廠。目前秸稈電廠的給料方式主要有兩種，一種是切碎給料，一種是整包給料。本電廠采用整包給料的方式，三通道同時給料，可保證爐排上同時有12包秸稈參與燃燒，以此來解決給料的問題。 　　3　秸稈生物質發(fā)電鍋爐系統 　　電廠采用的鍋爐為兩臺75t/h秸稈直燃水冷振動爐排鍋爐。鍋爐設計參數見表1。 　　本鍋爐為單鍋筒自然循環(huán)水冷振動爐排蒸汽鍋爐，設計燃料為秸稈，并可摻燒稻殼。鍋爐受熱面主要由爐膛(燃燒室與燃燼室)、凝渣管、屏式過熱器、對流過熱器、省煤器與管式空氣預熱器組成。其中爐膛水冷壁、過熱器采用吊掛結構，省煤器和空氣預熱器采用支撐吊掛結構，見圖1所示。 　　鍋爐本體汽水流程如下: 　　給水→省煤器→鍋筒及蒸發(fā)系統→低溫過熱器→一級減溫→過熱屏→二級減溫→高溫過熱器→集汽集箱→蒸汽輪機 　　鍋爐煙風流程如下: 　　空氣→空氣預熱器→爐排→燃燒室(第一通道)→凝渣管→吸熱室(第二通道)→對流過熱器(第三通道)→省煤器(第四通道)→空氣預熱器(第四通道)→煙氣排出 　　由于秸稈燃料中堿金屬以及氯元素的含量相對較高，燃燒后將產生較強的高溫腐蝕。鍋爐對有可能產生高溫腐蝕處的屏式過熱器和高溫過熱器管子上采用了特殊的制作工藝，同時在結構布置中盡量降低管壁處的溫度。 　　秸稈通常含有3%~5%的灰分，灰份以鍋爐飛灰和灰渣/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，可用作高效農業(yè)肥料;或是運到鋼鐵公司，作為防止鋼花飛濺灼傷的材料。 　　4　秸稈燃燒設備水冷振動爐排 　　本鍋爐采用的秸稈燃燒設備為水冷振動爐排，它具有燃料適應范圍廣、負荷調節(jié)能力大、可操縱性好和自動化程度高等特點，可廣泛用于生物質燃料鍋爐。秸稈燃料具有水分高、灰分小、灰熔點低、揮發(fā)份高、發(fā)熱值偏低、燃料容重小的特點，在燃燒時爐排表面燃料厚度大，通風和燃盡都較困難，且易在燃燒過程中熔化并結焦。如采用普通爐排，由于水分高，干燥及預熱過程需時較長，將使著火遲延，一但它燃盡后，由于灰分很少，不能在爐排上形成一層灰保護層，容易造成尾部爐排燒壞。 　　本鍋爐的水冷振動爐排設計中將秸稈整包推入爐膛，另有20%的稻殼通過風力播散爐排表面。物料通過爐排的振動實現向尾部運動，在爐排的尾部設有一裝置，可以保證物料在床面上有一定的厚度，從風室來的高壓一次風通過布置在床面上的小孔保證物料處于近鼓泡運動狀態(tài)，使物料處于層燃和懸浮燃燒兩種狀態(tài)。 　　且水冷振動爐排因表面有水管冷卻，爐排表面溫度低，灰渣在爐排表面不易熔化，爐排也不易燒壞。振動床的間歇振動可以根據運行的需要把燃燒完的灰輸送到出渣通道，灰渣經出渣機排出爐外。爐排動力裝置，根據燃料種類不同，可以通過調節(jié)爐排的振動頻率來實現。水冷振動爐排結構見圖2。 　　5　秸稈生物質發(fā)電經濟性分析 　　秸稈發(fā)電的成本較高，這是制約其發(fā)展的主要因素之一。根據國外生物質發(fā)電廠運行實績統計以及我國權威部門測算，生物質發(fā)電成本遠高于常規(guī)燃煤發(fā)電成本，約為煤電的1.5倍。成本 高的原因有三:其一為初投資高，生物發(fā)電單位投資約10000元/kW，而常規(guī)小火電機組，一般都在6000~7000元/kW。其二為機組熱效率低于常規(guī)火電機組，國內可建的生物質發(fā)電機組容量較小，參數較低，因此熱效率低;其三燃料成本較高，秸稈燃料的熱值低，比重低，導致燃料收集運輸成本偏高。 　　針對這些問題，國家政策上對可再生能源發(fā)電技術進行了一系列的保護、扶持和激勵，如較高的保護電價、減免稅、財政補貼(如每發(fā)一度電補貼0.25元)、貼息貸款、運輸環(huán)節(jié)收費減免等。希望將來經過一段時間的發(fā)展，通過技術進步，企業(yè)挖潛降耗等手段，最后達到能與常規(guī)火電相競爭。另外電廠選址時應考慮熱電聯產的可能性，盡量將廠址選擇在熱負荷中心地帶，實行熱電聯產，提高整個電廠能源利用率，降低成本。 　　6　結束語 　　秸稈發(fā)電在歐洲已形成了產業(yè)，而在中國則還是新興事物，在已經建成的電廠中或多或少都存在著這樣或那樣的問題，但這一切并不能減輕 國人投身秸稈發(fā)電的熱情。目前秸稈電廠興建的勢頭之猛、范圍之大、布點之多，觀其發(fā)展趨勢令人振奮。但是，如何使秸稈電廠實現經濟性建設和低成本運轉，才是該項新興產業(yè)能否取得成功并獲得持續(xù)性發(fā)展的關鍵。（姜述杰，趙偉英）