生物质能秸秆发电:可再生能源的开发与利用

摘 要农作物秸秆是一种很好的清洁可再生资源,每2t秸秆的热值就相当于1t煤的热值,而且其平均吨含硫量只有3.8‰,远低于吨煤1％的平均含硫量.秸秆发电项目将具有十分广阔的发展前景,对创建节约型社会,发展循环经济起到十分重要的作用.本文以某电力有限公司秸秆发电示范项目为例阐述了秸秆发电很清洁,分析了生物质能秸秆发电工艺技术,具有一定的参考价值.

关 键 词生物质能；秸秆发电；工艺技术

中图分类号TK6文献标识码A文章编号1674-6708（2010）33-0198-02

0引言

生物质能作为唯一可运输并储存的可再生能源,凭其优越的先天条件,在强大的政策助推下,越来越彰显华彩.而生物质能用以发电的物质,以秸秆为主.秸秆是农作物的主要副产品,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,是一种低碳量、含硫量极低的清洁燃料.在我国生物质能资源非常丰富；秸秆被当成仅次于煤碳、石油、天然气的第四大能源.目前在欧美国家已把秸秆资源作为21世纪发展可再生能源的战略重点,欧洲多个国家已建成多个秸秆直燃发电厂,如：丹麦、西班牙、英国等.按照我国创建节约型社会的发展纲要,我国计划到2010年发展生物质能发电量要超过300万kW,目前秸秆直燃发电厂已列入国家级示范项目.本文就生物质能秸秆发电、可再生能源的开发与利用进行探讨.

1秸秆发电很清洁――以某电力有限公司秸秆发电示范项目为例

农作物秸秆指玉米、水稻、小麦等一年生农作物的枝干.研究表明,秸秆是一种很好的清洁可再生能源,平均含硫量只有3.8‰,而煤的平均含硫量约达1％.目前,我国每年用于发电的煤炭高达8.5亿t.而另一方面,我国可供直燃发电的秸秆资源量每年至少达到2亿t,折合标准煤1亿t,但是目前绝大部分秸秆被白白焚烧、低值利用.此外,每年产生的稻壳、蔗渣、林木枝条等农林业废弃物,折合标准煤高达几亿吨.这些生物质材料经加工后燃用发电,成本比常规燃煤发电或直燃发电投资大大减少.

以某电力有限公司秸秆发电示范项目为例,一期工程从2006年正式开工建设到正式点火,仅用了7个月的时间.据介绍,与国外同类产品相比,国产锅炉的耐用性有较大程度提高,150天才需停产清理一次锅炉,而国外的100天就要停产清理一次.秸秆不仅具有燃烧发电的价值,其燃烧后产生的余热、废气可就近提供给当地的工业园区使用,降低了园区的运作成本.每年发电产生的2000t废弃底渣,还可以提供给当地的水泥厂生产水泥.秸秆燃烧后产生的粉尘含钾量达到10％,达到钾肥生产标准,每年可以收集到1万多吨.当地一家生态化肥厂从电厂就近获取原料,不仅解决了电厂处理废料的难题,每年还可节约资金200多万元.生产出来的绿色有机钾肥,以较低的卖给农民,又可返回农田,真正实现了各个环节的绿色闭合.

该电力有限公司秸秆直燃发电示范项目共投资2.48亿元人民币,每年发电量1.32亿度,可节约标准煤10万t,减排二氧化碳22万t.据粗略统计,电厂的上网电价为0.63元/度,而当地电价为0.39元/度,每年发电的纯收益为600万~800万元,加上余热、废气、废弃粉尘的销售收入,估计10年内能收回投资成本.秸秆发电项目覆盖半径50km,不仅使当地农民年人均增收500元~1500元,也能为当地政府提供一定的财政收入.

2生物质能秸秆发电工艺技术

生物质能是一种清洁、易获取、可再生性强的能源.燃秸秆发电锅炉为构建生物质能循环利用系统奠定了基础.通过生物质废弃物的收集―运输―加工―储存―锅炉燃烧―并网发电―余热利用―灰渣综合利用,形成循环经济产业链,充分发挥秸秆的多功能作用,产生良好的经济、社会、生态和环境效益.

2.1秸秆的处理、输送和燃烧

发电厂内建设两个独立的秸秆仓库.每个仓库都有大门,运输货车可从大门驶入,然后停在地磅上称重,秸秆同时要测试含水量.任何一包秸秆的含水量超过25％,则为不合格.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5min；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.

2.2锅炉系统

锅炉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,已经用在最新的发电厂中.由国电山东龙源环保有限公司自主研发、具有自主知识产权的国内首台75t/h带外置高温过热器的秸秆发电循环流化床锅炉在山能2×12mW生物质发电项目中并网发电,锅炉负荷、蒸汽温度和压力、锅炉效率等参数全部达到设计值.自投产至今两年来,一直高效稳定商业运行,其经济效益、环保效益、社会效益显著.

该秸秆发电循环流化床锅炉采用单锅筒、自然循环、膜式水冷壁、外置高温过热器等技术和结构,解决了高温腐蚀、碱金属低温辐射、床层结焦、受热面积灰等一系列技术关键难题,其整体技术已经获得5项专利,其中1项发明专利,4项实用新型专利.主要技术突破和创新如下：开发了国内首台高流速、高循环量、采用外置式高温换热器的75t/h秸秆发电循环流化床锅炉,实现了生物质秸秆的减量化、无害化和资源化利用；研制出外置式高温换热装置.该装置将高温过热器置于含Cl浓度很低的旋风料腿下小型流化床换热室内,有效防止生物质燃烧含Cl气体对受热面的高温腐蚀,同时可通过调节小型流化床料层高度来控制过热蒸汽温度；研制出防碱金属腐蚀阻塞的宽节距、顺排对流管束,作为蒸发受热面,降低受热面金属壁面温度,使得高温燃烧形成的碱金属蒸汽和碱金属低共熔点化合物易于在对流管束区域冷凝沉积下来,这些冷凝沉积的固体颗粒比较疏松、容易清除,可以有效防止碱金属腐蚀和后续受热面的积灰堵塞；开发了差速双螺旋变螺距秸秆加料系统,实现了秸秆的连续、稳定和安全加料.

2.3汽轮机系统

2.3.1汽轮机系统

涡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,汽轮机和锅炉,协调锅炉、汽轮机和空冷凝汽器的工作非常重要.

2.3.2空冷凝汽器

丹麦的所有发电厂都是海水冷却的,西班牙的Sanguesa发电厂是河水冷却,英国的Ely发电厂装有空气冷凝器.在中国,空气冷凝器是一种很成熟的产品,可以在秸秆发电厂中采用.

2.3.3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.布袋除尘器为脉动喷射式,容器由压缩空气脉冲清洁.

2.3.4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.

3结论

农作物是可再生资源,推广秸秆发电具有取之不尽、用之不竭的资源优势和低廉的成本优势.农作物秸秆是一种很好的清洁可再生资源,秸秆发电项目将具有十分广阔的发展前景,对创建节约型社会,发展循环经济起到十分重要的作用.因此我们可以预计,生物质能秸秆发电在可再生能源的开发与利用中大有作为.