（环境工程专业论文）天门再生能源环保热电厂工程可行性研究.pdf

同济大学工程硕士学位论文 摘要 秸秆资源是新能源中最具开发利用价值的一种绿色可再生能源，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，可以大大地改善环境质量，既有 利于环境保护，也可以缓解农村地区用电紧张局面，同时提高农民的收入。 湖北省天门市是江汉平原的重要粮棉产地，蕴含丰富的秸秆资源。本研究对 在天门市建设2 1 2 m w 机组燃烧秸秆环保电厂的内、外部条件，如电力系统、秸 秆燃料的供应、运输、电厂供、排水系统、厂址工程地质情况、环境保护等进行 可行性论证，认为均能满足建设秸秆电厂的要求，技术上是可行。 本可行性研究阐述了天门秸秆再生能源环保热电厂对天门市主力电力电源 的改善情况。研究结果认为，天门秸秆再生能源环保热电厂投产后，天门市电力 短缺将有所缓解，有利于提高天门市居民的生活质量，在经济上是合理的，而且 其社会效益客观，符合国家的发展政策和环保政策。 关键词：秸秆，可再生能源，可行性研究，热电厂 同济大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t s t r a wi sa 虹1 1 do fg r e e nr e n e w a b l ee n e r g y , w h i c hh a st h ev e r yi m p o r t a n t o p e n i n gu pv a l u e s t r a wi sal o wc a r b o nf u e l i t ss u l f u rc o n t e n ta n da s hc o n t e n ta r e t o w e rt h a ne o n l i n o nf u e l s oi ti sa l s oc a l l e da s l e a nf u e l s 仕a w - f i m dp o w e rw i t h e f f e c t i v em e a s u r e m e n to f p o l l u t i o nc o n t r o li sb e n e f i tt oi m p r o v ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t y w h a t sm o r e ，i ti sp r o f i t a b l ef o rf a r m e r s b e c a u s es t r a w - f i r e dp o w e rc o u l di n c r e a s e t h e i ri n c o m ea n dm a k ei tm o r ec o n v e n i e n tt ot a k eu s eo f p o w e r t i a n m e nc i t yi st h ei m p o r t a n tb r e a db a s k e ta n dc o t t o nr e g i o no f h u b e ip r o v i n c e ， w h e r eh a sa b u n d a n ts t r a wr e s o u r c e t h i ss t u d yd i s c u s s e dt h ei n n e ra n de x t e r i o r c o n d i t i o no f2 1 2 m ws t r a w - f i r e dp o w e rs t a t i o ni nt i a n m e nc i t y , i n c l u d i n g e l e c t r i c i t ys y s t e m ，s u p p l yo fs t r a wf u e l ，s u p p l ya n dd r a i n a g eo fw a t e r , g e o l o g y c i r c u m s t a n c eo ff a c t o r ys i t e ，a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds oo n t h er e s u l t s h o w e dt h a ti ti sf e a s i b l et ob u i l das t r a w - f i r e dp o w e rs t a t i o nb o t ho nt e c h n i q u ea n d 如e ls e r v i n g t h i sf e a s i b i l i t ys t u d yd e s c r i b e dt h ei m p r o v e m e mo fe l e c t r i cp o w e ro ft i a n m e n c i t yw h e nt h es t r a w f i r e dp o w e rs t a t i o nw a sp u ti n t op r o d u c t i o n i tc o u l di n c r e a s et h e t h es u p p l e m e n to f p o w e ra n dw i l le n s u r es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f o u rc o u n t r y k e yw o r d s ：s t a r w , r e n e w a b l ee n e r g y , f e a s i b i l i t ys t u d y , f i r a dp o w e r 声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果，撰写成硕士学位论文“云 豆生篮逯堡堡垫电 工程里 复世班塞”。除论文中已经标明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含 任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的 成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名许豫吩 吧r 年孑月知日 同济大学工程硕士学位论文 第一章慨述 1 1 中国的能源政策“m 2 1 国家发改委指出，中国将进一步调整能源结构，实行鼓励可再生能源发展的 政策措施。到2 0 2 0 年，使可再生能源开发利用达到4 亿吨标准煤左右，占能源 消费总量的比重从目前的7 提高到1 3 。大力开发水电，加快推进风力发电、 生物质能发电、太阳能发电，努力形成较大的可再生能源产业规模。要认真落实 可再生能源法，对可再生能源发电，实施优先上网、价格保护、税收优惠等 政策措施，鼓励企业加大资金投入，促进这一产业加快发展。可再生能源主要是 指小水电、风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能。能源紧张、环境污染、 生态破坏已经成为人类社会面临的共同的严峻挑战，实现可持续发展已成为国际 共识。我国非常重视可持续发展，新一届中央领导集体明确提出了科学发展观， 将可持续发展作为其重要内容之一。依法加快可再生能源开发利用，是落实科学 发展观，有效保障能源持续稳定供应，调整能源结构，防治能源利用带来的环境 污染和生态破坏，实现可持续发展的重大措旌。改革开放以来，我国以能源消费 翻一番支持了国内生产总值翻两番，能源效率有了明显提高。但总体来看j 我国 能源少、结构不合理、利用效率低和环境污染重等问题仍然非常突出。到2 0 2 0 年，要实现国内生产总值比2 0 0 0 年翻两番，那时我们所承受的资源、环境和生 态压力将更为沉重。在这样的形势下，大力发展可再生能源具有重大意义。 1 2 我国秸秆资源6 1 8 3 9 1 埘 秸秆资源是新能源中最具开发利用规模的种绿色可再生能源，秸秆的种类 有：玉米秸秆，小麦秆，稻草，油料作物秸秆，豆类作物秸秆，杂粮秸秆薯类藤 叶棉花秆甘蔗梢树枝叶。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。据有关部门统计数据，我国在用 作能源的农作物秸稃中，用于畜牧饲料为1 4 5 亿t ，还田肥料0 9 l 亿t ，工业 原料0 1 4 亿t ，作为农民传统的生活燃料的秸秆为2 8 亿t ，分别占总量的2 4 、1 5 、2 ，3 和4 0 。除了上述用途外，还有1 8 7 约1 13 亿t 剩余秸秆 同济大学t 程硕士学位论文 1 1 中国的能源政策 第一章慨述 国家发改委指出，中国将进一步调整能源结构，实行鼓励可再生能源发展的 政策措施。到2 0 2 0 年，使可再生能源开发利用达到4 亿吨标准煤左右，占能源 消费总量的比重从目前的7 提高到1 3 。大力开发水电，加快推进风力发电、 生物质能发电、太阳能发电，努力形成较大的可再生能源产业规模。要认真落实 可再生能源法，对可再生能源发电，实旄优先上网、价格保护、税收优惠等 政策措旌，鼓励企业加大资金投入，促进这一产业加快发展。可再生能源主要是 指小水电、风能、太阳能、生物质能、地热能和海洋能。能源紧张、环境污染、 生态破坏已经成为人类社会面临的共同的严峻挑战，实现可持续发展已成为国际 共识。我国非常重视可持续发展，新一届中央领导集体明确提出了科学发展观， 将可持续发展作为其重要内容之一。依法加快可再生能源开发利用，是落实科学 发展观，有效保障能源持续稳定供应，调整能源结构，防治能源利用带来的环境 污染和生态破坏，实现可持续发展的重大措旃。改革开放以来，我国以能源消费 翻一番支持了国内生产总值翻两番，能源效率有了明显提高。但总体来看，我国 能源少、结构不台理、利用效率低和环境污染重等问题仍然非常突出。到2 0 2 0 年，要实现国内生产总值比2 0 0 0 年翻两番，那时我们所承受的资源、坏境和生 态压力将更为沉重。在这样的形势下，大力发展可再生能源具有重大意义。 1 2 我国秸秆资源嘲7 1 瑚9 3 1 ” 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，秸秆的种类 有：玉米秸秆，小麦轩，稻草，油料作物秸秆，豆类作物秸秆，杂粮秸秆薯类藤 叶棉花秆甘蔗梢树枝叶。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。据有关部门统计数据，我国在用 作能源的农作物秸秆中，用于畜牧饲料为1 4 5 亿t ，还口肥料0 。9 1 亿t ，工业 原料0 1 4 亿t 作为农民传统的生活燃料的秸秆为2 8 亿t ，分别占总量的2 4 、1 5 、23 和4 0 n 。除了上述丌丁途外，还有1 87 约1 】3 亿t 剩余秸秆 、1 5 、23 和4 0 。除了上述用途外，还有1 87 约i 1 3 亿t 剩余秸秆 同济大学工程硕士学位论文 没有任何用途，成为真正的废弃物，大部分被农民或农场主在田野焚烧，这不仅 严重污染环境，影响交通，而且造成生物质能源的极大浪费。 1 3 我国利用秸秆发电的市场广阔“叭“1 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。许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳光计划”，美国的“能源农 场”，印度的“绿色能源工厂”等，它们都将生物质能秸秆发电技术作为2 l 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2 0 1 0 年，我国生物质能发电装机容量要超过3 0 0 万k w 。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。 我国农村的秸秆资源相当丰富，主要的农作物种类有稻谷、小麦、玉米、豆 类、薯类油料作物、棉花和甘蔗。根据我国地理分布和气候条件，南方地区水域 多、气温高，适合水稻、甘蔗、油料等农作物生产，北方地区四季温差大，适合 玉米、豆类和薯类作物生长，故播种面积大于其他地区。小麦在我国各地区都普 遍种植，播种面积以华中、华东地区最多；棉花产地主要是华东和华中地区，其 次是华北和西部地区。预计在2 0 0 0 年到2 0 1 0 年期间，我国每年秸秆资源的可获 得量为3 5 亿3 7 亿t ，相当于t 7 亿t c e 。如果将这些秸秆资源用于发电， 相当于0 9 亿k w 火电机组年平均运行5 0 0 0 h ，年发电量为4 5 0 0 亿k w h 。 1 4 天门再生能源环保热电厂项目概况及研究范围1 9 m 叭“m 2 1 1 4 1 项目概况 拟建天门再生能源环保热电厂厂址拟选于湖北省天门市竞陵镇、岳口镇。项 目本期建设容量2 5 m w 。汽轮机采用高压或次高压抽汽凝汽式机组，锅炉为高压 或次高压燃烧秸秆燃料锅炉，燃用当地资源丰富的棉花秸秆、油菜籽秸秆及其他 可燃秸秆物，采用汽车运输进厂。厂区内设有堆料场。电厂灰渣全部为综合利用， 电厂不设贮灰场。电厂循环冷却水系统视厂址位置为一次循环或玻璃钢机力通风 冷却塔二次循环系统。电厂电力送出接入当地1l o k v 变电站。 电厂厂区留有扩建场地。 本期按2 x 1 2 m w 次高压抽凝机组或l 2 5 m w 高温高压抽凝机组装机方案比选 同济大学1 ：程硕十学位论文 设计，提出推荐方案。本项目计划于2 0 0 6 年建成并投入商业运行。 1 4 2 研究范围及依据 依据火力发电厂可行性研究报告内容深度规定、热电联产项目可行性研 究技术规定和热电联产项目可行性研究报告内容深度，本可行性研究对天 门再生能源环保热电厂建设2 1 2 m w 次高压抽凝机组燃烧秸秆环保节能型锅炉 的内、外部条件，如热负荷、电力系统、秸秆燃料的供应、运输、贮存堆放、绑 扎及粉碎、电厂供、排水系统、厂址工程地质情况、环境保护等进行研究论证。 1 5 本章小结 生物质能秸秆发电技术，不仅为农村提供更多电力，更有意义的是将使生物 质能资源的商品化成为可能。一方面农民可通过出售秸秆获得更多的收入；另一 方面过去农村使用直接燃烧秸秆的方式进行炊事，要为秸秆的收集、运输、储存 以及在直接燃烧时花费大量的时间和劳力。如果能使用秸秆发电，农村使用更多 的商品能源，农民将获得更多的时间从事生产性劳动，以尽早脱贫致富。因此， 将秸秆发电进行能源方式转化，是一件利国利民的好事。 同济大学工程硕士学位论文 第二章国内外秸秆发电技术概述 2 1 国外秸秆发电的历史嘲h 卯“0 1 “” 1 9 7 3 年第一次石油危机时丹麦开始研究利用秸秆作为发电燃料，丹麦b w e 公 司是亨誉世界的发电厂设备研发、制造企业之一，长期以来在热电、生物发电厂 锅炉领域处于全球领先地位。丹麦b w e 公司率先研发的秸秆生物燃烧发电技术， 迄今在这一领域仍是世界最高水平的保持者。在这家欧洲著名能源研发企业的技 术支撑下，1 9 8 8 年丹麦诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂。目前丹麦己 建立了1 3 家秸秆发电厂，还有一部分采用木屑或垃圾为燃料的发电厂也能兼烧 秸秆。b w e 公司的秸秆发电技术已走向世界，瑞典、芬兰、西班牙等国由b w e 公 司提供技术设备建成了秸秆发电厂，其中位于英国坎贝斯的生物质能发电厂是目 的世界上最大的秸秆发电厂，装机容量3 8 万k w 。 2 2 国内秸秆发电的现状 由中国龙基电力科技有限公司与北京德源投资有限公司共同合作经营的龙 基电力有限公司，是b w e 公司“超临界锅炉”和“生物质能发电”等核心技术、 锅炉设备相关技术及其更新技术进入中国的唯一平台。作为b w e 公司在中国电力 领域的项目发展公司和窗口公司，龙基电力有限公司将在中国境内投资生产世界 先进的发电厂设备，逐步把b w e 公司的生物质能发电技术引入中国，在国内生产 b w e 公司的生物质能发电锅炉及全部配套设备。 目前，国家发展和改革委员会己正式批准将河北晋州和山东单县的生物质能 秸秆发电工程列为国家级示范项目( 发改能源 2 0 0 4 1 2 0 1 7 号文件和发改能源 2 0 0 4 2 0 1 8 号文件) ，旨在示范中完善技术，规范和培育市场，形成新的产业。 这正式将秸秆发电技术在国内的推广驶上了一条农村能源全新利用的快车道。河 北晋州( 1 2 5 m w ) 和山东单县( 1 2 4 m w ) 两个示范项目都将引进丹麦b w e 公司的 世界先进秸秆发电技术，龙基电力有限公司作为项目投资和项目实施单位，在当 地做了大量的前期调研，力争在吸收丹麦b w e 先进技术的基础上，开创出一条符 合中国国情的新路。两个示范项目如能成功，将给我国广袤的农村带来前所未有 的新能源革命和巨大的经济效益，如河北晋州项目每年燃烧秸秆2 0 多万t ，发 同济大学工程硕士学位论文 电1 3 8 亿k w h 。按照每吨秸秆1 0 0 元的收购价测算，将带动农户增收2 0 0 0 多万 元年：与同等规模的燃煤火电厂相比，一年可节约1 0 万多t c e 。 武汉凯迪电力股份有限公司2 0 0 3 年开始和丹麦b w e 公司洽谈引进其“生物 质能发电”的核心技术，并取得实际性进展，开始着手在国内投资兴建秸秆发电 厂。天门再生能源环保热电厂是武汉凯迪电力股份有限公司拟建第一个秸秆电 厂。 2 3 丹麦b w e 生物质能秸秆发电的工艺流程“砌儿”1 2 3 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2 5 ，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9 9 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。然后婕用叉车卸货，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秆上，通过螺秆 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。 秸秆称量进厂匕卸料e ：5 原料库吉 临时周辜孛厂房 皮带输送 笆黟燃料制备车间日解捆日切碎机日切碎 输送皮带 e ：5 燃料池望竺兰垩多炉前料仓影称重皮带 挂板、斗提 图卜1 秸秆炉前流程图 同济大学j = 程硕士学位论文 2 3 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( 4 5 0 。c 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。 2 3 3 汽轮机系统 2 3 3 1 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，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 ，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s a n g u e s a 发电厂是河水冷 却，英国的e 1 y 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 34 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狄。 布袋除尘器的排放低于2 5m g n m 3 ，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 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。 2 4 秸秆发电燃烧系统的主要形式。儿4 5 儿”3 目前国内外通用的秸秆发电燃烧系统主要有以下几类：a 、循环流化床式燃 烧系统；b 、振动炉排燃烧系统；c 、喷粉室燃燃烧系统。 同济大学工程硕士学位论文 2 5 本章小结 图卜2 丹麦b 舵公司振动炉捧燃烧系统 1 、本章对国外秸秆发电历史及秸秆发电的工艺流程进行了综述，并介绍了 国内秸秆发电的现状。 2 、参照国外秸秆发电技术的发展及应用，本章认为在引进消化国外“生物 质能发电”核心技术的基础上，结合国内循环流化床燃烧技术及层燃炉燃烧技 术，是完全有能力开发出有自己知识产权的适合我国国情的秸秆发电燃烧技术。 同济大学工程硕士学位论文 第三章天门再生能源环保热电厂项目的总体概况 3 1 城市概况 天门市地处湖北省江汉平原北部，城市东接应城、汉川，西连荆门、钟祥， 北与京山接壤，南部与仙桃、潜江以汉江为邻。全市东西方向长8 5k i n ，南北方 向宽5 8k m ，整个市域国土总面积2 6 2 2k m 2 ，其中市区规划总面积3 4 9 8f a n 2 ， 中心城区面积4 6 8k m 2 ，全市总人口1 6 1 7 4 万人( 2 0 0 3 年) ，其中城镇人口4 4 5 万人( 2 0 0 3 年) 。 天门市地势西北高，向东南方向倾斜。城市北部属大别山余脉向江汉平原过 渡地带的前沿平岗，西部和中部为平原地带，东部为滨湖地区。境内有四大水系， 即东北部的汉北河水系，中部的河沟汉湖水系，东南部的沉湖水系及汉江外滩水 系。 天门市气候温和、热量丰富、雨水充沛、光照充足。多年平均降雨量为 9 9 7 一1 2 0 0m n l 之间，属北亚热带季风气候。 天门地处湖北省富饶的江汉平原，素有“鱼米之乡”之美称。近代又以棉花 生产闻名全国，是著名的? 棉乡”。 3 2 建设必要性 天门市是湖北省的农业大市，全市耕地总面积1 6 3 万亩，其中水田5 7 万亩， 旱地1 0 6 万亩，是我国重要的优良棉、商品粮生产基地和优质油菜生产大市，秸 秆资源十分丰富。由天门市统计局关于2 0 0 3 年国民经济和社会发展统计公报显 示，天门市以市场为导向，农业种植结构不断调整，具体表现为增棉、扩油、减 粮、减蔬菜水果。棉花种植面积为5 0 万余亩，总产量近4 0 万吨；油料作物种植 面积达i 0 7 万亩以上，总产量达1 0 62 - 吨以上。 由天门市供销社提供的资料显示，天门市2 0 0 4 年农业生产规划测算出天门 市年可利用的秸秆资源如表3 一l 所示： 同济大学工程硕士学位论文 由上表不难看出，天门市秸秆发电项目适用原料主要为棉花秸秆、油菜籽秸 秆和稻草，三项合计总量达6 7 4 8 万吨。若按天门市外围5 0k m 区域内计算，秸 秆产量达2 6 0 万吨：若按天门市外围1 0 0k m 区域内则秸秆产量高达l1 3 0 万吨。 天门当地农民烧火做饭一股以蜂窝煤为主，伴以少量烧秸秆燃料，用量在1 7 万吨以内。考虑牲畜饲料和根茬等，天门市境内仍有大量秸秆无法有效利用而被 当地老乡就地焚烧，造成大量烟尘，既污染了环境，又浪费了能源，且危害城乡 居民的身体健康，也影响交通安全。因此，天门市各级政府都在积极寻找大规模 工业化利用的途径，以有效处理这些剩余秸秆。 天门市地处湖北省江汉平原北部。近几年城市建设快速发展，目前已有可集 中供热的住宅及公共建筑面积逾1 0 0 0 万m 2 ，由于未实现集中供热，目前主要采 用空调作为冬季采暖，消耗大量电力，每年进入冬季，天门市电力供应异常紧张， 拉闸限电已成家常便饭，影响正常生产秩序和居民生活；另外，根据天门市城市 规划，在规划区内建设的纺织城其总用汽量亦较大；城市现有工业热负荷均为企 业自备锅炉分散供汽。自各锅炉容量小、效率低，不仅供热质量低，还造成大量 的能源浪费和严重的空气污染。因此，天门市迫切需要建设较大型集中供热热源 点。 目前煤炭资源供应紧张，工业生产和居民生活都离不开煤炭。因此，由武汉 凯迪电力股份有限公司筹资建设秸秆再生资源坏保节能型电厂，不但可以消除因 就地焚烧秸秆产生的烟尘污染，又可将秸秆作为资源加以利用，变废为宝，还可 增加农民收入。将秸秆替代煤炭等传统燃料，节约了能源，而燃烧产生的灰渣作 为草木灰，其成份含钾量较高，可直接返田利用。因此，建设秸秆再生资源环保 节能型电厂，不但可以消除因就地焚烧秸秆产生的烟尘污染，且可将秸秆作为资 同济大学工程硕士学位论文 源加以利用，还可增加农民收入，变废为宝。 综上所述，在天门市建设秸秆再生能源环保热电厂是必要的，也是有条件建 设的。 3 3 主要技术设计原则n 9 3 汹m l m 2 m 3 1 3 3 1 建设规模 本期按2 x1 2 m w 次高压抽凝机组( 2 x 1 2 m 抽凝机+ 3 7 5 t h 秸秆锅炉) 或 l x 2 5 b i w 高温高压抽凝机组( 1 2 5 栅抽凝机+ 2 x 8 0 t h 秸秆锅炉) 二个方案进 行比选设计，提出推荐方案。 主厂房布置留有扩建条件。 3 3 2 抽汽量 各方案抽汽凝汽式汽轮机工业抽汽量( 含电厂自用蒸汽量) 均按8 0 t h 设计。 供热系统凝结水不回收。 3 3 3 燃料 燃料以当地产的棉花和油菜籽等秸秆为主，辅以其他可燃物质。 3 3 4 主要设备 电厂的主要设备为：抽汽凝汽式汽轮发电机、环保节能型秸秆锅炉、秸秆的 绑扎及粉碎、输送等机械。 3 3 5 设计年利用工作量时间 本工程设计年利用小时数为5 5 0 0 h 3 3 6 除尘装置 电厂锅炉烟气除尘采用布袋除尘器，干灰及锅炉灰渣均送入厂内灰库。祆渣 全部综合利用。电厂不设灰场。 3 3 7 控制系统 本项目热工控制采用d c s 系统，机、炉、电集中控制。 3 3 8 监测设备 化学水处理采用常规仪表，d c s 监控。 3 4 工作简要过程 武汉凯迪电力股份有限公司项目工程组承担天门秸秆再生资源电厂可行性 研究设计任务。2 0 0 3 年1 0 月1 8 同项目工程组到天门，随即会同天门市有关部 门的相关同志对工程规划厂址进行现场踏勘调研，对建厂外部条件如电力系统、 同济大学工程硕士学位论文 工程地质、水文气象、供水水源、燃料供应、交通运输等进行调研取证。初步拟 定本项目厂址为天门市侨乡开发区牛鼻桥厂址和岳口镇青华寺厂址2 个候选厂 址。 在调研取证的基础上，工程组同天门市有关局办部门的领导充分交流情况， 认真听取他们对建设秸秆电厂的意见和要求，为可行性研究工作的顺利开展奠定 了良好的基础。 3 5 本章小结 1 、通过综合天门市城市概况及秸秆资源的现状，认为在天门市建设秸秆再 生能源环保热电厂是必要的，也是有条件的。 2 、阐述了天门再生能源环保热电厂的总体概况，并拟定本工程的主要设计 原则。 同济大学工程硕士学位论文 第四章电力系统 4 1 电力系统概况 4 1 1 荆州电网现况 荆州电网地处湖北省中南部，江汉平原腹地，长江顺流横贯全区。东与武汉 市、孝感市相连，西与宜昌市接壤，北与荆门市毗邻，南与湖南省交界。总面积 2 1 2 3 1 平方公里，其中平原湖区占6 4 4 ，丘陵山区占3 5 6 。2 0 0 3 年国内生 产总值为7 1 9 7 8 亿元。 荆州供区包括荆州、仙挑、潜江、天门四市，其中荆州市辖沙市区、荆州区、 江陵县、洪湖市、监利县、松滋市、公安县、石首市，共二区三县三市，仙桃、 潜江、天门为省直管市。 2 0 0 3 年统调最大负荷1 2 2 9 4 万千瓦，比2 0 0 2 年的主网最大负荷1 0 5 3 万 千瓦增加了1 7 6 万千瓦，增幅高达1 6 7 5 ；2 0 0 3 年统调用电量5 7 1 9 亿千瓦 时，比2 0 0 2 年的5 1 2 4 亿千瓦时增加了5 ，9 5 亿千瓦时，增长率为1 1 6 l 。至 目前为止，荆州电网2 0 0 4 年主网最大负荷为1 2 8 9 万千瓦，比2 0 0 3 年增加了 4 8 8 。 至2 0 0 3 年底，荆州供区共有3 5 k v 及以上变电站3 1 8 座( 企业自备站1 4 5 座) ， 主变6 0 2 台，主变容量5 2 5 5 1 1 5 m v a ( 含企业自备9 6 8 9 1 5 m v a ) 。其中，2 2 0 k v 变 电站1 l 座，主变容量1 7 4 0 m v a ，lt o k v 变电站6 l 座，主变容量2 3 1 2 m v a ，3 5 k v 变电站2 4 6 座，主变容量1 2 0 3 1 1 5 m v a 。 荆州供区共有3 5 k v 及以上输电线路3 8 9 条( 企业自备1 3 5 条) ，总长度为 5 3 2 8 5 2 k m ( 含企业自备8 5 6 3 2 k i n ) 。其中，2 2 0 k v 输电线路1 6 条，总长9 3 4 3 7 k m ， 11 0 k v 输电线路9 3 条，总长1 6 3 8 6 8 k r n ，3 5 k v 输电线路2 8 0 条，总长2 7 5 5 4 7 k m 。 截至2 0 0 3 年底，荆州供区5 0 0 k w 及以上电站( 厂) 装机总容量为3 8 5 6 5 万千瓦，其中，主网火电装机容量1 9 万千瓦，地方小水电2 万千瓦，企业自备 电厂1 5 9 万千瓦。 4 1 2 荆州电网存在的问题 荆州电网近几年来建设速度明显加快，但仍跟不上工农业生产和城乡居民生 同济大学工程硕士学位论文 活用电高速增长的需要。荆州电网局部地区仍存在供电卡口、不能满足“n - i ” 稳定要求的现象。主要存在以下几个方面的问题： i 、电网发展迅速，已初具规模，但仍然存在供电卡口现象。 电网建设发展依然滞后于供区国民经济发展和人民生活对用电的需求，荆州 电网的9 个县市区内都不同程度的存在主变和线路的供电卡口问题。 2 、荆州电网缺乏大容量电源支撑，电力供应的安全可靠性差。 荆州电网没有大容量的主力发电厂作为电源支撑，只能依靠外区及远方电源 输入电力。网内无功平衡、经济运行困难。 、 3 、网架结构依然薄弱，供电可靠性不高，达不到“n - i ”的稳定要求。 荆州电网大量存在着2 2 0 k v 、i l o k v 单线、单变和单电源供电，设备故障或 检修时，就会发生大面积限电或停电。同时，跨县市区的l l o k v 联络线大多是运 行年限长、导线截面细的线路，往往不能满足正常供电的要求。 4 、1l o k v 设备老化，供电可靠性差，输电网络有待完善。 荆州电网大多il o k v 网络是7 0 年代投产运行的，运行年限长、设备老化情 况较严重。 4 1 3 天门市电网现状 目前全市拥有2 2 0 k v 变电站i 座，变电容量1 2 0 m v a ( 竟陵变ix1 2 0 m v a ) ； il o k v 变电站3 座，变电容量1 4 4 5 m v a ( 天门变3 1 5 + 2 5 m v a ，岳口变3 1 5 + 2 5 m v a ， 赵台变l 3 1 5 m v a ) ：3 5 k v 变电站1 4 座，变电容量9 3 3 5 m v a 。2 2 0 k v 线路l 条 ( 马家磅变一竞陵变) ，线路长度4 9 5 5 k m ；ll o k v 线路4 条( 竞陵变一天门变，竞 陵变一岳口变，竞陵变一赵台变，岳口变一泽口变) ，线路长度1 2 3 1 2 k m 。 天门市目前共有1 条2 2 0 k v 线路和l 条l l o k v 线路与外区电网相连。2 0 0 3 年天门市全社会用电量3 7 1 亿千瓦时。其中第一产业用电量5 1 8 1 万千瓦时，占 全社会用电量的1 3 ，9 5 ，第二产业用电量1 9 3 0 1 万千瓦时，占全社会用电量的 5 1 9 9 ，第三产业用电量2 1 8 3 万千瓦时，占全社会用电量的5 8 8 ，居民生活 用电1 0 4 6 2 万千瓦时，占全社会用电量的2 8 1 8 。最大负荷9 9 万千瓦，最大 负荷利用小时3 7 5 0 小时。 4 1 4 天门市电网存在的问题 天门电力起源于2 0 年代，而电网形成于6 0 年代，形成初期由于缺少应用的 同济大学工程硕士学位论文 规划，且建设时普遍存在线径小、质量差、 随着经济的发展和人民生活水平不断提高， 目前天门市电网存在以下几个方面问题： 线路走向和配变布局不合理的现象。 供用电矛盾越来越突出的显现出来。 l 、天门市电网缺乏主力电源支撑，电力供应的安全可靠性差： 天门市电网没有主力发电厂作为电源支撑，只能依靠外区及远方电源输入电 力。网内无功平衡、经济运行困难。 2 、网络结构不合理： 天门市目前主要电源点来自2 2 0 k v 马家磅变，仅通过一回2 2 0 k v 马家磅变一 竞陵变线路为天门市供电，一旦故障或者检修，全市供电将受很大影响：现有3 个1 l o k v 变电站仅解决了天南、中部和天西部的电源问题，而天东、天北部仍然 缺少电源点，由于缺乏1 l o k v 电源点的支撑，难以形成3 5 k v 环形供电网络：天 门电网为辐射型结构，大多主干变电站没有双电源供电。 3 、供电半径大，供电可靠性差： 导线截面偏小长期超负荷运行，外力破坏断线跳闸等故障频繁。由于供电 半径大，各类用电混杂，小故障常引起大范围停电。 4 、电能质量差，电能损耗大。 4 2 电力发展规划 4 2 1 负荷预测 “十五”前三年，即2 0 0 0 2 0 0 3 年，天门市国内生产总值的年增长率约为 1 4 ，同期全社会用电量年均增长约11 ，电力消费弹性系数为0 7 8 6 。2 0 0 3 年 天门供区最大负荷为9 9 万千瓦，2 0 0 0 - 2 0 0 3 年最大负荷增长率为1 2 7 9 。近几 年来天门电网电力电量增长情况如表4 1 所示： 天门供区的农业用电中排灌负荷所占比重较大，排灌用电量通常占第一产业 用电量的5 0 以上，导致农业用电量受当年气候影响波动较大。农业用电量在全 社会用电量中所占比重呈下降趋势，预计规划期内农业用电的增长速度较慢。 居民生活用电在全社会用电量中占的比重已在2 5 以上，对全社会用电量增 长的影响越来越大，随着城网、农网改造的实施和家用电器的进一步普及，居民 生活用电在近几年仍有可能维持快速增长。 同济大学工程硕士学位论文 表4 - 12 0 0 0 年一2 0 0 3 年天门市全社会用电量、最大负荷统计表 2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年2 0 0 3 年 一、农村牧渔水利业合计 = 、工业合计 三、地质普查和勘探业 四、建筑业 五、交通运输邮电通讯业 六、商业饮食物资供销仓储业 七、其它事业 居民生活用电 全社会用电量 最大负荷( 万千瓦) 4 5 2 2 15 2 5 4 t0 1 3 1 2 4 6 4 9 8 4 5 3 1 8 2 1 6 3 7 6 9 5 5 6 3 13 0 6 5 9 0 3 2 6 4 0 0 1 23 0 7 3 5 1 2 8 0 2 5 8 5 7 5 3 1 6 8 3 5 1 0 4 4 l5 4 6 1 l3 1 5 9 2 2 l 3 4 1 0 4 8 9 5 2 1 8 1 8 9 8 2 3 1 9 8 7 3 5 9 6 6 7 7 1 0 4 6 2 3 7 1 2 7 9 9 最大负荷利用小时t 3 9 0 03 8 7 53 83 23 7 5 0 通过数据分析可以看出，农业用电所占比重是稳中有降，但仍保持与农业产 值的同步增长：工业用电的比重随工业生产形式变化而变化，年均递增率仍在 8 以上；城乡居民生活用电增长迅速，占全社会用电的比重逐年加大，年均增长 速度在1 5 以上。 天门供区分产业用电量见表4 2 。 表4 - 2 天门市2 0 0 0 - 2 0 0 3 年分产业用电量统计表 天门供区未来几年高耗能企业报装情况见表4 3 5 同济大学工程硕士学位论文 表4 - 3 天门未来几年高耗能企业报装情况表 根据以上数据，对天门供区采用弹性系数法、分行业用电量法、数学方法等 多种方法进行负荷预测，并综合比较分析，预测结果见表4 4 。 表4 - 4 天门供区负荷预测 ( 单位：万千瓦时、万千瓦、小时) 根据综合分析，我们推荐中水平预测方案，即：规划年的全社会用电量取值 为：2 0 0 5 年4 3 1 2 5 万千瓦时，2 0 1 0 年5 5 4 2 8 万千瓦时。最高用电负荷为：2 0 0 5 年1 1 5 万千瓦，2 0 10 年1 4 8 8 万千瓦。其中，2 0 0 7 年全社会用电量及最大负荷 分别为：4 6 8 7 5 万千瓦时和1 2 5 万千瓦。 4 2 2 电源建设 天门市未来几年无规划的电源建设项目。 4 2 3 电网规划 天门东北部的11 0 k v 皂市变正在建设，主变容量1 3 1 5 m v a ，计划2 0 0 5 年 投产，同时新建天门变一皂市变1 1 0 k v 线路，导线型号l g j 一1 8 5 ，长度约3 0 k m 。 天门东部的1 l o k v 干一变计划2 0 0 5 年投产，主变容量l 3 1 5 m v a ，同时新建竟 陵变一干一变11 0 k v 线路，导线型号l g j 一1 8 5 ，长度约2 5 k m 。 计划2 0 0 5 年将原竟陵变岳口变1 1 0 k v 线路( l g j 一9 5 ) 更换为l g j 一2 4 0 导 线：2 0 0 6 年，2 2 0 k v 竟陵变新增一台主变，容量1 2 0 m v a ：2 0 0 7 年前新建竞陵变一 潜江变2 2 0 k v 线路，长度约4 7 k m 。 同济大学工程硕士学位论文 4 2 4 电力电量平衡 4 ，2 4 1 电力平衡 电力平衡计算条件： 电力平衡水平年取2 0 0 5 2 0 1 0 年，逐年平衡： 电力平衡区域为天门市电网： 电力平衡按丰大、枯大两种方式计算： 负荷及事故备用取最大负荷的9 ： 根据电厂的建设进度，考虑天门秸秆电厂参与2 0 0 7 年平衡。 平衡结果见表4 2 - 5 。 似 姑 延 井 + g = m 书 一 番 二 熊 匠 旧 十 幢 _ 墨 蚌 划 颦 求 # 颦 “ 廿 “ 凄 “ * 婪 蚌 “ 颦 “ 斗 颦 # 冉 芸鼍窨 璺= o 器器葛 = = 一 譬一g “= 一 = = ：21 一 = 宝 = 至若 霉= = 一 譬们n 一2 o o 叶 t 一 = 寸 。 一 2 n 寸 “ “ 2 n 寸一 一= 号鼍磊 。兰 。盘d = 要2 鼍 。 ! 鼍一盆。至 。西d= 葛”= 葛 叠三三 。 宰 2 誉r “ - - 。避 晶od甲 暑? 品。 。 至 。矾占= 世 蓬蓁萋 篷毒 亲 冬 鋈蓥 琪 喜 蓑槲3s 集面 古罾 书 i 口。 。 a c _ i ”t 。 岛一 。一 n 。 詈一 亡0 一 3 一 c 0 _ 【 。一 a 。 。 笤i 繇婚咄套 n 。 n n 。 口口。 导。 n n 。 。一。 口。 。 n 。 m 。 n 。 。 吕。 n 。 。 繇懈昧“ n a n h 口i 0 ； 口。o ： 口一 口n i 饕。0 一n 1 0 。 口。 警 窝 州尝婆 口c i 口 砖o m = o ， n 旨 也导 寸c 6 一葛o 9 n 目 譬n 五_ n m c 8 n 掣颦睁 1 0 n n a $ 。 甚【 一n 0 暑n 口，忘 c n 鑫m n 一。一 c 0 ” ： 置一 譬_ n 一n 晕峭 一n t h _ 【_ 【。 。c 口。 。一 一n h h ，。t 一n 器t 。 。n t 口t n i 譬 s t n 嬉、f f 瞄 。一 。一 。_ 【 。一 。_ 【 o 一 。一 。一 。一 。一 。_ 。i 。一 。_ 【 。一 繇七蜷霉 口。 譬。 n 一 t 。 ! 1 8 一 塞。 苫一 g 一 g i n 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