浅谈生物质电厂优化设计

浅谈生物质电厂优化设计

江源龙

山东财经大学山东济南250014

摘要：目前我国政府十分重视包括生物质直燃发电在内的可再生能源产业的发展，2006年01月01日《中华人民共和国可再生能源法》正式实施，2006年上半年依据《中华人民共和国可再生能源法》和《中华人民共和国电力法》等有关法律法规，国家相继出台了《可再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电价格与费用分摊管理试行办法》和《电网企业全额收购可再生能源电量监管办法》等有利于可再生能源产业发展的法律法规的颁布实施，特别是“财税【2008】156号文”关于对生物质发电企业增值税即征即退的优惠政策出台后，有力的推动了生物质发电企业的发展，全国出现了生物质电厂由点到面的发展与壮大。

关键词：能源现状，生物质电厂，优化设计

1目前国内外生物质电厂发展状况

目前世界上都在竭力将生物质能源运用到各个领域中，其中非常成功的领域要数生物质发电技术了，以高效直燃形式发电，以这种方式用于电厂的技术在国外已经非常成熟了。由丹麦率先提出了农林生物质进行高效直燃发电技术，并且提出后立刻被联合国列为了重点项目。虽然我国的生物质发电才起步不久，不过也已经有一些以生物质发电为主的电厂相继建成并且投入使用了。

1.1国外生物质发电现状

发达国家一直竭力于开发可再生能源，其中丹麦国家的BWE公司率先研发了生物质发电技术，并且取得了非常大的成功。到目前为止，丹麦全国已经有将近140家的秸秆发电厂了。这种发电技术为丹麦国家带来了非常高的收益，也使得丹麦的石油年消费量下降了好多。随着丹麦国家的成功案例，使得接下来荷兰等欧洲国家相继开始投入到生物质发电研究中。

1.2国内生物质发电现状

我国是从2003年开始有生物质发电厂项目的。截止到2017年底，一项不完全统计显示我国已经批准有87个生物质发电项目，总装机容量也是达到了220万千瓦，示范项目地点总体分布于我国的北部，例如山东、黑龙江、辽宁、吉林、新疆等等。但我国的生物质发电却也存在着一些问题，这些问题导致我国的生物质发电技术难以以更快的速度发展壮大。

2生物质燃料分类

根据燃料种类不同，主要分为灰色秸秆和黄色秸秆两大类。棉花秸秆、树枝、木材下脚料等密度较大的木本类植物属于灰色秸秆，需破碎加工后输送至炉膛内燃烧；玉米、小麦等草本类植物属于黄色秸秆，因其体积大、重量轻、密度小，为满足锅炉燃烧发热量，保证单位时间内的上料量，需要打捆至规定的体积和重量后输送至炉膛内燃烧。第三类是为提高燃烧值压缩为一定体积的颗粒的秸秆。在加工处理上，黄色秸秆的操作难度最大。

3秸秆燃料特点

秸秆是一种很好的清洁可再生能源，每两吨秸秆的热值就相当于一顿标准煤，而且其平均含硫量仅为3.8‰，而煤的平均含硫量约达1%。在生物质的再生利用过程中，排放的CO2与生物质再生时吸收的CO2达到碳平衡，具有CO2零排放的效果。对缓解和最终解决温室效应问题提出一种新的思路。而秸秆发电是秸秆优化利用的最主要形式之一。

4秸秆燃料的燃烧产物

同常规火电厂一样，燃用秸秆发电的锅炉产生的污染物仍为烟尘、二氧化硫和氮氧化物。但相比于煤炭，秸秆的灰分（3.58%）、硫分（3.8‰）均较低，烟尘和二氧化硫的实际产生量亦较少。其中，二氧化硫产生浓度仅为241mg/m3，因此，无需使用烟气脱硫装置，其排放浓度即可满足《火电厂大气污染物排放标准》标准要求；秸秆的灰分低，燃烧后的灰渣富含钾等元素，可全部归田作为肥料，充分体现了秸秆电厂循环经济的优势。

5我国秸秆电厂的现状

我国建设的第1个秸秆示范电厂2006年底刚投产，国内秸秆电厂的建设和运行经验还不多。目前有关单位建设秸秆电厂的积极性很高。有不少电厂正在建设或调试中，但也不同程度地存在一些问题，有的技术和设备还不十分成熟。有的电厂经济效益也不乐观。

根据电厂经济运输范围内的秸秆可供应量，结合电厂的规模效益，来确定秸秆电厂的规模和机组选型。从目前国内的工程实践来看，利用非固体成型原生态秸秆作燃料的电厂，初期建设规模一般控制在30MW以内较为稳妥。电厂可留有扩建余地，何时扩建或是否扩建，可在电厂运行后根据燃料供应、价格和电厂经济效益等情况再定。燃用固体成型秸秆时，电厂规模可根据燃料供应和运输条件适当加大。

按我国可再生能源相关政策规定，秸秆电厂所发电力全部由电网公司收购，上网电价在投运15年内执行当地燃煤电厂标杆电价加0．25元／kW•h补贴。并于2010年起逐年递减补贴电价2％。秸秆电厂建设期短，新建电厂第1台机组8-10个月即可投产，能够很快发挥资金效益。

虽然秸秆电厂建设有很多优势，但目前我国秸秆电厂建设起步较晚；技术、设备和管理还不十分成熟，电厂规模较小。与燃煤电厂相比，单位造价约为燃煤电厂的2倍。即使有补贴电价，有些秸秆电厂的经济效益也很不乐观。为此，必须要在优化设计上多做文章，保证电厂在满足国家规范要求的前提下尽量做到设计合理、运行方便，并尽量控制工程造价，以保证项目的投资效益。

6生物质电厂主厂房优化设计。

6.1项目概况

本工程位于山东省德州市平原县经济开发区内，位于开发区中部，大八里村东、二环路以西、大八里路南、318省道以北。建设规模为2×75t/h次高温次高压秸秆燃烧锅炉+2x15MW汽轮发电机组，本期预留扩建余地，全厂公用工程一次建成。本项目燃料为：棉杆与速生林、果、桑枝条等，均属于灰色秸秆。

6.2总图布置

厂区总可用地约172440平方米（约258亩），东西长约620m，南北宽约280m，近似矩形。本工程按照功能划分为两大分区：生产生活区和露天储料区。生产生活区东西长约335m，南北宽约280m，占地约140亩；露天储料区东西长约285m，南北宽约280m，占地约118亩。生产生活区又分为：主厂房区、水工区、电力升压区、化学水处理设施区、干料区以及办公生活区等六部分。

6.3主厂房布置

汽机房纵向柱距按6m等间距设置，汽机房总长54米。3台给水泵布置在主厂房B列附近零米。给水泵与B列柱留有2m的通道。汽机房采用岛式布置，两台汽轮发电机组为纵向对头布置，汽轮发电机中心线距A列为7.5m，汽机房的跨度为14m。

优化点一：将汽机房跨度缩短为14米。

常规15MW汽轮机发电机组的汽机房跨度为18米，我院在遵守国家法规和设计规范并能保证机组的正常运行的安全、方便的前提下，减小汽机间的尺寸，将厂房跨度缩短至14米，为业主最大限度的节省投资。

当然，把厂房缩小以后也会出现新的问题：（1）管道布置需要花更多的时间进行设计；（2）汽机房零米B列的通道就比较狭窄；汽机中线到汽机房A列的距离为7.5米，到B列的距离只有6.5米，B列还布置有加热器平台，这样汽机房零米B列的通道就不宽裕了；为了解决通道的问题，我们把加热器平台靠近B列的一排柱子取消，直接从B列柱上挑牛腿与加热器平台搭接。这样既解决了加热器平台的布置问题，也留下了2米的检修、运行通道。现场实际情况也比较宽敞。

优化点二：除氧器露天布置。

国家法规规定，在气候和布置合适时、非寒冷地区可采用露天布置，寒冷及多风沙地区应采用室内布置。而德州市不属于寒冷地区，所以除氧器可以露天布置。这样除氧层B列的柱子只需要到18米，满足汽机房的结构即可；而C列柱只需要到14米层即可，除氧层上面不用封顶。为业主节省了投资。

当然露天布置也存在一定的问题，我们常规布置的很多管道都是在除氧层柱侧做支撑；现在我们很多管道必须要放到除氧层下面的管道夹层，夹层的管道也需要仔细设计，才能保证通行的畅通。

结语

本项目完成后与常规布置的同类项目相比，节省投资600多万。当然，秸秆电厂虽然远景比较好，但是它毕竟是一个比较新的东西，还需要我们总结和改进的东西还比较多；希望我这些浅显的算不上多么优化的设计能起抛砖引玉的作用，让大家能有更新的思路和更优化的改进，希望大家能更加关注秸秆电厂的未来和发展！

参考文献：

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[3]环境评价（第二版），陆雍森，同济大学出版社。

[4]冯柏燕．利用生物能源发展秸秆发电[J]．河南科技，2006，3（1）：30—31．