1、論生物質發電之秸稈發電前言如今,我國所面臨的能源問題顯得越來越突出:一方面,隨著經濟的發展,對于能源的需求越來越大;另一方面,構成現在能源主體的煤炭、石油和天然氣等是不可再生資源,將面臨著枯竭的危險。而大量化石能源消耗帶來的尾氣排放造成巨大污染,威脅著我們賴以生存的地球環境。大力開發新能源,倡導綠色經濟是解決能源問題的必由之路。生物質發電之我國道路:秸稈發電2010年10月12日上午,生物質發電成套設備國家工程實驗室建設啟動儀式在華北電力大學主樓舉行。學校與國能生物發電集團、龍基電力集團和濟南鍋爐集團精誠合作,在位于北京市平谷區的華北電力大學研發基地建設了3000平米的“生物質發電成套設備驗證

2、性實驗平臺”。“低碳”一詞如今逐漸為人們所熟知,如何減少排放,開發綠色能源成為一個新的研究熱點。生物質能作為一種產量巨大的可再生能源是替代石油煤炭等化石能源、實現社會可持續發展的綠色能源。從目前的生物質能利用情況來看,以糧食生產燃料乙醇和以油菜籽生產生物柴油發展最為迅猛。最具代表性的是美國和歐盟。美國采取大幅度補貼政策,刺激了乙醇燃料生產的加快發展。據美國農業部統計,2009年美國用來生產乙醇燃料的玉米消耗量已達到1.07億噸,占其當年玉米產量的39%。2009年歐盟共生產了約825萬噸生物柴油,預計2010年生物柴油產量達到945萬噸。我國幅員遼闊,生物質能蘊藏豐富。我國既是糧食生產大國,也

3、是秸稈生產大國。每年生產5億多噸糧食,生產7億多噸秸稈。在傳統農業條件下,有5億多噸秸稈白白腐爛和燒掉。這就等于浪費了生產5億噸秸稈的耕地、淡水和其他農業投入品等資源。我國的生物質廢棄物的總量,約相當于我國煤炭年開采量的50%,總計約6.56億噸標煤。但是長期以來,這些生物質并未得到充分合理的利用,目前利用率僅在30%左右,而且能源利用方式極為簡單,大多數物質以直接燃燒為主,這是一項巨大的浪費。秸稈發電項目的開發被世界視為為21世紀發展可再生能源的戰略重點和具備發展潛力的戰略性產業,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。歐洲許多國家已經建成了多個秸稈直燃發電廠,其

4、中丹麥的秸稈發電等可再生能源已占該國能源消耗總量的24%。一些國家為了擴大秸稈發電的規模,想方設法提高農作物秸稈的產量。在這些國家,連道路兩邊都能看到政府鼓勵農民種植的農作物。秸稈發電技術已被聯合國列為重點項目予以推廣。從我們國情出發,我們農業的首要任務是解決十三億人口的吃飯問題,確保國家糧食安全和主要農產品有效供給。因此,我們在發展生物質能源方面,不可能走與歐美發達國家相同的路線,我們發展的重點應放在研究和開發利用以秸稈、農業廢棄物等為原料的生物質能源,走中國特色生物質能源開發道路。同時,應結合我國生物質能源燃料的分布特點,因地制宜,采用靈活多變的政策,充分發掘生物質能源的潛力。秸稈是一種很

5、好的清潔可再生能源,是最具開發利用潛力的新能源之一,具有較好的經濟、生態和社會效益。每兩噸秸稈的熱值就相當于一噸標準煤,而且其平均含硫量只有3.8,而煤的平均含硫量約達1%。在生物質的再生利用過程中,排放的CO2與生物質再生時吸收的CO2達到碳平衡,具有CO2零排放的作用,對緩解和最終解決溫室效應問題具有潛在的貢獻價值。農作物秸桿在很久以前就開始作為燃料,直至1973年第一次石油危機時丹麥開始在研究利用秸桿作為發電燃料,在這個領域丹麥BIOENER ApS公司是世界領先者,第一家秸桿燃燒發電廠于1989年投入運行(Haslev,5Mwe。此后,BIOENER ApS公司在西歐設計并建造了大量的

6、生物發電廠,其中最大的發電廠是英國的Elyan發電廠,裝機容量為38Mwe。據專家介紹,秸稈發電是通過秸稈處理系統,將農作物秸稈進行集中焚燒處理,經過特制的秸稈直燃鍋爐予以三重燃燒,將秸稈進行充分徹底的燃燒。一方面,將秸稈最大限度地轉換為熱能,用于發電;另一方面,杜絕農民燃燒秸稈過程中產生的任何形式的二次污染;此外,還可增加農民收入,而秸稈燃燒后的灰燼含有豐富的鉀、鎂、磷、鈣等營養成分,可用作高效農業肥料。秸稈發電又分為秸稈氣化發電和秸稈燃燒發電。秸稈氣化發電是將秸稈在缺氧狀態下燃燒,發生化學反應,生成高品位、易輸送、利用效率高的氣體,利用這些產生的氣體再進行發電。但秸稈氣化發電工藝過程復雜,

7、難以適應大規模應用,主要用于較小規模的發電項目。秸稈發電之主要方式目前秸稈發電主要采用以下方式:一.建造利用秸稈燃燒來發電的中小型電廠現生物質能發電技術主要有兩大類:一是利用鍋爐直接燃燒生物質燃料,例如秸稈,產生的熱量加熱鍋爐中的水,使水汽化,推動汽輪機發電機組來發電。這類技術與常規的煤燃燒發電相類似,只是用秸稈來代替煤。另一類是氣化發電技術,由氣化爐和煤氣內燃發電機組來發電。利用生物質氣化爐將秸稈轉化為可燃氣體,燃氣經過分離凈化,然后在鍋爐等設備中進行燃燒,推動發電機輸出電能。在國際上秸稈直燃技術已經比較成熟,且易于規模化利用秸稈,國內在秸稈直燃方面的基礎研究起步較晚。直燃式生物質發電是從國

8、外引進的模式,屬于集中化大電網模式。考慮到經濟性等方面的因素,電廠的規模一般較大。隨之而來的是電廠的燃料問題,由于生物質能密度低,分布散,而電廠的需求又很大,因而收集運輸成本較高。同時生物質燃料的存放也存在一定問題,占地面積大,消防安全問題突出。綜合以上種種因素,生物質直燃發電單位電價比一般煤電要高出一倍,不具有競爭力。由于技術原因,其熱效率只有煤電的80%。中等規模的氣化發電技術,要比直燃發電具有一定的優勢。但是也存在一些難以解決的技術難題。最主要的是燃氣凈化技術,內燃機對燃氣的要求很高,燃氣凈化設備復雜,提高了電廠的投資額,同時也增加了運行維護費用。二.分散式的小型發電機組為生物質發電機器

9、的小型化提供了可能由于建造中小型電廠存在的問題,分散式的小型發電機組逐漸受到人們的重視,尤其是在我國廣大的農村更有推廣的條件。與秸稈發電密切關連的斯特林發電機和新型的熱聲發電機為生物質發電機器的小型化提供了可能。秸稈發電之工藝流程水/蒸汽循環相對與燃煤設備,秸稈燃燒發電設備的設計建設經驗相對較少。而且秸桿還具有獨特的特性,使其很難達到較高的蒸汽參數。尤其是秸桿中氯化物含量較高,增加了鍋爐在高蒸汽壓力下腐蝕的可能性。多數秸桿燃燒發電廠的發電效率只能達到30%左右。一般而言,秸稈發電廠在發電的同時都供熱,以提高整個電廠的效率。秸桿的處理、輸送和燃燒發電廠內建設兩個獨立的秸桿倉庫。每個倉庫都有大門,

10、運輸貨車可從大門駛入,然后停在地磅上稱重,秸桿同時要測試含水量。任何一包秸桿的含水量超過25%,則為不合格。在歐洲的發電廠中,這項測試由安裝在自動起重機上的紅外傳感器來實現。在中國,可以手動將探測器插入每一個秸桿捆中測試水分,該探測器能存儲99組測量值,測量完所有秸桿捆之后,測量結果可以存入連接至地磅的計算機。然后使用叉車卸貨,并將運輸貨車的空車重量輸入計算機。計算機可根據前后的重量以及含水量計算出秸桿的凈重。貨車卸貨時,叉車將秸桿包放入預先確定的位置;在倉庫的另一端,叉車將秸桿包放在進料輸送機上;進料輸送機有一個緩沖臺,可保留秸桿5分鐘;秸桿從進料臺通過帶密封閘門(防火的進料輸送機傳送至進料

11、系統;秸桿包被推壓到兩個立式螺桿上,通過螺桿的旋轉扯碎秸桿,然后將秸桿傳送給螺旋自動給料機,通過給料機將秸桿壓入密封的進料通道,然后達到爐床。爐床為水冷式振動爐床,是專門為秸桿燃燒發電廠而開發的設備。鍋爐系統鍋爐采用自然循環的汽包鍋爐,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熱器。由于秸桿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,飛灰的熔點較低,易產生結渣的問題。如果灰分變成固體和半流體,運行中就很難清除,就會阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴重時甚至會完全堵塞煙氣通道,將煙氣堵在鍋爐中。由于存在這些問題,因此,專門設計了過熱器系統,并在國際上的大多數秸桿發電廠中得到運用。汽輪機系統渦輪機和鍋爐必須在啟動、部分負荷和停止操作等方面保持一致,協調鍋爐、汽輪機和空冷凝汽器的工作非常重要。丹麥的所有發電廠都是海水冷卻的,西班牙的Sanguesa發電廠是河水冷卻,英國的Ely 發電廠裝有空氣冷凝器。在中國,空氣冷凝器是一種很成熟的產品,可以在秸稈發電廠中采用。環境保護系統在濕法煙氣凈化系統之后,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/Nm。布袋除塵器為脈動噴射式,容器由壓縮空氣脈沖清潔。副產物秸桿通常含有3-5%的灰分。這種灰以鍋爐飛灰