军川农场3000kw生物质热解气化发电项目.doc

3000kw 生物质热 解气化发电项目 建设项目意见书 摘要 本文对 3000kw 生物质发电项目的建设从技术 经济 环境保护和原料供应各方面进行了探讨 提出了具体 可行的建 设方案和建设中的注意事项 具有一定的可操作性和实用性 可 供有关部门参考 2010 宋广才 黑龙江军川农场 2010 12 28 1 20 目目 录录 0 引 言 1 1 生物质热解气化发电技 术 1 1 生物质热解气化发电的原理及工艺流 程 1 1 2 生物质热解气化发电的原理及工艺流 程 2 1 3 生物质热解气化发电系统的组 成 2 1 4 拟建的 3000kw 发电机组简 介 4 2 原 料 4 2 1 生物质原料 秸杆的需求 量 4 2 20 2 2 我场秸杆产 量 5 3 建厂方 案 6 3 1 主要设备 用地与人 员 6 3 2 发 配电方 案 6 3 3 技术指 标 7 3 4 建设周 期 7 3 5 投资预 算 8 3 20 4 经济效益分 析 8 4 1 成本分 析 8 4 2 产值及毛 利 9 4 3 其它收 益 9 4 3 1 清洁发展机制 CDM 项目收益分 析 9 4 3 2 灰渣综合利用效益分 析 9 4 4 投资回收期与收益 率 10 5 生态效 益 4 20 10 6 社会效 益 11 7 建设地 点 11 8 注意事 项 11 8 1 注意环境污染问 题 11 8 2 注意收购区域问 题 12 8 3 注意税率问 题 12 9 结 论 12 5 20 参考文 献 13 黑龙江省军川农场黑龙江省军川农场 3000kw 生物质热解气化发电项目生物质热解气化发电项目 建设项目意见书建设项目意见书 0 引言引言 传统化石能源供应紧张和环保问题日益突出 已经成为制约 我国经济社会可持续发展的主要瓶颈 作为重要的替代补充能源 资 源丰富 清洁环保的风能 太阳能 生物质能等可再生能源的开 发与利用 正是一条符合我国国情的节能减排之路 在可再生能 源中我国生物质资源丰富 生物质发电具有绿色环保 电能质量 好 可靠性高 技术比较成熟 综合效益较好的特点 因此其产 业化前景广阔 生物质发电技术主要有热解气化发电 直接燃烧发电 混合 燃烧发电和沼气发电四类 利用生物质热解气化发电可以将热效 率提高到 90 以上 规模大 效率高 同时环保效益突出 大大减 轻 CO2 SO2 NOx 等温室气体或有害气体的排放 另外秸秆的 收 运 储各环节还可以为农村创造直接的经济效益 所以 发电既有显著的经济效益 又有良好的生态效益和社会效益 因 此 无论生物质资源开发潜力 发电技术水平 还是市场需求 政 策导向 都将会促进生物质热解气化发电的发展 1 1生物质热解气化发电技术生物质热解气化发电技术 1 11 1 生物质发电技术的特点生物质发电技术的特点 生物质气化发电技术是生物质能利用中有别于其他可再生能源的 独特方式 具有三个方面特点 一是技术有充分的灵活性 由于生物 2 20 质气化发电可以采用内燃机 也可以采用燃气轮机 甚至结合余热锅 炉和蒸汽发电系统 所以生物质气化发电可以根据规模的大小选用合 适的发电设备 保证在任何规模下都有合理的发电效率 这一技术的 灵活性很好地满足生物质分散利用的特点 二是具有很好的洁净性 生物质本身属可再生能源 可以有效地减少二氧化碳和二氧化硫等有 害气体的排放 而气化过程一般温度在 700 900 在此温度下 NOX 的生成量也很少 三是具有经济性 生物质气化发电技术的灵活性 可以保证该技术在中小规模下有较好的经济性 同时燃气发电过程简 单 设备紧凑 使生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技术投 资小 所以总的来说 生物质气化技术是所有可再生能源技术中最经 济的发电技术 1 21 2 生物质热解气化发电的原理及工艺流程生物质热解气化发电的原理及工艺流程 将农林生物质送往生物质气化发生炉 生物质在炉内通过缺氧 状态下的燃烧反应 完成了能量从固态到气态的转换 秸杆的大部分 能量转化到气体中 这就是气化过程 产生的气体再经过净化 去除焦油 碳黑和灰分等杂质 进入燃 气机组进行发电 有些工艺为了增加发电效率 可加设余热锅炉和蒸 汽锅炉 总计分为三个步骤 气化 净化和发电 工艺流程为 原料处理 气化炉 气化气净化系统 燃气发电系统 自用或并 网 烟 废水处理系统 1 31 3 生物质热解气化发电系统的组成生物质热解气化发电系统的组成 3 20 主要由进料机构 燃气发生装置 燃气净化装置 燃气发电机组 控制装置及废水处理系统等六部分组成 进料机构由螺旋加料机和电磁调速电机组成 起匀速可调加料和 密封炉膛作用 燃气发生装置 主要由燃气炉组成 它分固定床式和流化床式两 种 流化床式更适宜于连续式生产 工作原理是 不断进入炉内顶层 的经粉碎的生物质在低层化学反应产生的高温条件下 在不断通入空 气和水蒸汽组成的气化剂的作用下 被气化成含一氧化碳 氢气和甲 烷等可燃气体的混合气体 燃气净化装置 包括除尘 除灰和除焦等功能 采用多次除尘器 可有效的除去气体中的固体颗粒 除焦采用催化裂解的方法 使 90 的焦油裂解成永久性气体 之后进入水洗塔 通过洗涤和吸附的作用 去除焦油 燃气发电机组 因生物质燃气的热值低 杂质含量高 使国家定 型产品 天然气发电机组不能直接用于生物质燃气发电 目前 我 国已开发出 200kw 机组 其它型号尚未定型 控制装置 由电控柜 热电偶及温度显示表 压力表和风量控制 阀等组成 还可增设用于自动化操作的电脑控制系统 PLC 废水处理系统 水洗塔排出的污水中含有焦油 NOx NH3 SO2 等 100 多种各类有机成分 其含量非常高 所以如何处理污水是项目 建设成败的关键 拟采用的污水处理工艺如下 4 20 过滤吸附 采用稻壳灰为吸附剂 吸附后 COD 的含量可下降 1 3 1 4 曝气 是关键的一步 经充分曝气后 污水中的 COD 含量进一 步降低 污水的颜色从黄褐色变成了黑色 便于使用生物处理方法 沉淀 污水进入沉淀池 在这里 灰渣等杂质得到静置沉淀分 离 并有进一步曝气作用 生化处理 是利用好氧细菌的分解作用 使污水中的 COD 含量 达到 150 200mg m3以下 达到国家排放标准 处理后的污水可循环使用或排放 1 1 4 4 拟建的拟建的 3000kw3000kw 发电机组简介发电机组简介 系统出力定为 3000kw 经测算 可满足场直地区 10 个一般规模 工业企业和个体工商户及居民的全部用电 气化炉采用流化床形式 以便于连续生产 净化系统采用催化裂解的方法 使裂解气得到有效 利用 发电设备为内燃机组 投资少 故障率低 该系统总效率为 15 20 发电各种参数均达到相应国家工业标准 工作方式为连续 示意图图一 额定出力 3000kw 发电机组工作原理图 2 2 原料原料 2 12 1 生物质原料生物质原料 秸杆的需求量秸杆的需求量 根据总效率和秸杆热值 经计算每 1000kw 发电厂每天需秸杆或 稻壳 120 吨 则拟建的 3000kw 电厂年需求量为 35 000 吨 5 20 120t d 25d m 12m 15d 具体说明见 4 2 节 图一 额定出力 3000kw 发电机组工作原理图 2 22 2 我场秸杆产量我场秸杆产量 由于秸秆产量未列入国家有关部门的统计范围 直接测量农作物 秸秆单位面积的产量也比较困难 因而秸秆的产量通常依据农作物的 产量计算而得 即采用 秸秆系数 法估测秸秆产量 秸秆系数是秸秆产量与谷物籽实产量的比值 其值为水稻 1 0 玉米 2 0 大 豆 1 5 利用秸秆系数乘以籽实产量可以估算 出农作物秸秆的资源量 我场现有种植面积 60 万亩 其粮豆产量按 2011 年种植计划和近 几年粮食平均单产计算 2011 年计划种植水稻 45 万亩 应产水稻 27 万吨 计划种植玉米 10 万亩 应产玉米 6 万吨 计划种植大豆 5 万 亩 应产大豆 1 万吨 预计粮豆总产为 34 万吨 由此可计算出我场 秸杆总量为 40 5 万吨 我场所产秸杆现除用于还田和烧火做饭外 大部分焚烧掉了 这样即浪费了资源 又污染了环境 据调查 焚烧 6 20 量大约占秸杆总量的 75 为 30 4 万吨 这部分秸杆完全可以用来 发电或它用 每度电的原料消耗为农作物秸杆或谷壳 1 7 1 8kg 则每天约需 120t 每年需求量为 3 5 万吨 占我场秸杆总产量 40 5 万吨的 9 可利用量 30 4 万吨的 11 故原材料供应充足 在我们开发利用秸秆资源的同时 应充分重视秸秆还田 以增加 土壤有机肥含量 改善土壤的物理性质 保护土壤生态环境 发展可 持续农业 而另一方面 随着农场城镇化建设的不断深入 居民点的集中 居住条件的改善 秸杆的家庭燃料作用将会消失 因而会为生物质加 工利用提供更多的原料 3 3 建厂方案建厂方案 3 13 1 主要设备 用地与人员主要设备 用地与人员 主要设备拟定为 粉碎机 气化炉 燃气净化系统 风机 储气 罐 燃气发电机组 污水处理池 机组循环冷却水池 加料与送料设 备等 电厂的占地 主厂房 300 碎料棚 150 场地 1400 水池 900 等 总共约 6000 不包括原料存贮地 电厂的运行按 3 班制 每班人员编制如下 气化炉 1 2 人 发 电 2 3 人 配电 1 2 人 临时工 2 4 人 勤杂人员 1 人 整个电 厂的管理人员 4 人 其他人员 如机修等用人 在需要的时间向外有 偿借用 因此 生物质电厂的固定人员共约 23 32 人 7 20 3 23 2 发 配电方案发 配电方案 为了充分发挥设备的固有能力 拟将气化发电的电力分配按以下 原则进行 1 把整个场直地区电力供应系统 连同本项目的发电厂一起 划为一个独立的电力网络 发电厂总线安装为可替代负荷 装上双向 开关 即可以向本独立电网供电 也可以在停止发电时 向当地电力 部门电网购电 2 把场直地区工业部门电力供应系统 连同本项目的发电厂 一起 划为一个独立的电力网络 这样 所发电力输出分两部分 一 部分直接供给工业园区及各工业企业 解决企业电价过高的现实问题 以提高工业园区的入住率和吸收外来企业落户 另一部分为所发电的 富余部分 卖给当场电力部门 输入其电网 供居民 办公室 个体 工商业和公共场所使用 3 发电厂独立设置 除内用电力外 全部卖给当地电力部门 3 33 3 技术指标技术指标 根据国内现行技术水平和所选工艺及设备特点 本电厂可达到的 技术指标如下 1 设计出力为 3000kw 2 长期运行平均负荷为设计容量的 90 3 系统故障率小于 16 4 每度电的原料消耗为农作物秸杆或谷壳 1 7 1 8kg 每 8 20 天需 120t 每年需 3 5 万吨 3 43 4 建设周期建设周期 预计建设周期为八个月 其中设计时间占一个月 土建与设备采 购 加工时间需三个月 设备安装用时二个月 调试两个月 3 53 5 投资预算投资预算 本项目预算的投资范围包括土建 设备和工程配套等部分 设备预计投入 950 万元 安装材料及配件预计投入 40 万元 建 筑和基础 土地等 投入预计 200 万元 设备安装与调试 50 万元 其它 设计 运费 考察等 费用 40 万元 投资预算总计为 1280 万 元 4 4 经济效益分析经济效益分析 4 14 1 成本分析成本分析 总成本为 819 万元 总成本包括二个方面 1 原料成本 585 万元 包括农作物秸杆在内的生物质的购买 收集和运输 是成本构成的主要部分 秸杆成本按 190 元 吨计 每 年费用为 585 万元 120t d 90 285d 190 元 t 注 120t d 为 满负荷时每天原料消耗 90 为运行负荷 285d 是由 4 2 节计算得 来的每年运行天数 190 元 t 为稻草或玉米秸杆到厂收购价 2 运行成本 包括工人工资 设备维修和运行耗材费用 管 理费等 234 万元 年 工人工资 按管理人员年薪 3 万元 操作工人年薪 2 万元 其它 人员 1 2 万元计 共需 70 万元 年 9 20 设备维修和运行耗材费用 80 万元 年 管理费 按每个管理人员年需 3 万元计 共计 12 万元 年 自用电费 按装机容量 240kw 50 的满载率 每天工作 24h 每 年工作 285d 电价 0 88 元计算 年需电费 72 万元 4 24 2 产值及毛利产值及毛利 一般每年大修一次 用时 15 天左右 按每个月运行 25 天计 每 年运行 285 天 运行负荷 90 计 该电厂的设计年发电量可达 1847 万度 24h 3000kw 285d 90 目前 工业及个体工商户用电电价为 1 18 元 度 取权重为 0 85 居民用电电价为 0 52 元 度 取权重为 0 15 则平均电价为 1 08 元 度 因此 该项目所发电的平均售价可降低 0 2 元 按 0 88 元 kw h 计 其产值为 1625 万元 毛利为 806 万元 产值 1625 万元 成本 819 万元 4 34 3 其它收益其它收益 4 3 14 3 1 清洁发展机制清洁发展机制 CDM CDM 项目收益分析项目收益分析 温室气体减排量可以作为金融单位在国际市场上流通交易 排放 权交易项目的收益提高了生物质电厂的经济效益 生物质二氧化碳的 排放和吸收构成自然界碳循环 其能源利用可实现二氧化碳零排放 生 物质发电是减排 CO2 的重要途径 通过 CMD 项目出售核定减排量的 收入 能在很大程度上提高生物质发电厂的经济效益 对于 3000kW 的 生物质气化发电厂 年可处理农林废弃物 3 5 万吨 与同类型火电机 组相比 年可替代标准煤 1 6 万吨 减少二氧化碳排放约 1 8 万吨 以 10 20 目前国际市场交易价格 10 15 美元 吨二氧化碳 参考价 计算 年 可直接获得收益 122 183 万元 4 3 24 3 2 灰渣综合利用效益分析灰渣综合利用效益分析 生物质电厂的灰渣可以进行综合利用形成经济效益 每年的生物 质燃烧后可以产生约 6000 吨的灰渣 灰渣中含有白炭黑和 5 的钾元 素 合理的综合利用可以变废为宝 可以用于制成耐火保温材料 还可 以生产工业紧缺原料白炭黑或提供给肥料厂作为生产农业化肥的原料 若建立钾肥厂将电厂灰渣充分利用 灰渣成本则可以忽略不计 生 产每吨钾肥的生产成本约为每吨 115 元 可以以低于市场上同等级 别的钾肥价格 80 到 100 元出售 按照年产 1000 吨钾肥计算 可以 实现年产值 30 万元 实现经济效益 20 万元 从而完成生物质电厂灰 渣由污染环境废料向绿色商品的转变 实现其价值升值 创造产业末端 经济效益 4 44 4 投资回收期与收益率投资回收期与收益率 该 3000kw 电厂项目项目投资回收期约为 2 年 以设备寿命为 15 年 建设周期 8 个月计算 投资收益大约为 7 10 倍 5 5 生态效益生态效益 1 每年可以处理约 3 5 万吨秸秆等农作物废弃物 避免了家庭 农场在田间地头焚烧所造成的大气污染 减少了对地面 水面的腐蚀 质污染 2 大量减少 CO2 和 SO2 的排放 3000kW 的生物质发电机组 11 20 与同功率火电机组相比 每年可减少二氧化碳排放约 1 8 万吨 有利 于降低温室效应的影响 而且与煤相比 生物质几乎不含硫 秸秆的平 均含硫量只有 0 38 远低于电厂用煤的平均含硫量 1 无需配 备昂贵的脱硫装置 3 生物质电厂的灰渣含有丰富的钾 氮 磷 钙等元素 是优 质肥料 有利于增加土壤有机质含量 提高农作物产量和质量 6 6 社会效益社会效益 1 3000kw 生物质电厂每年消耗秸秆等生物质 3 5 万吨 可替 代 1 6 万吨标准煤 生物质电厂每年可向用电单位或电力系统输出远 远低于市场电价的 1847 万 kWh 电 能有效的降低场内工业企业的生 产成本 大幅度地减少居民的生活支出 并可缓解社会电力短缺问题 2 单纯在秸秆收购这一方面 每年可为家庭农场带来直接收入 达 600 余 万元 围绕燃料的收购 破碎 储存 运输等产业链条 能 够直接吸纳本场及周边场县农村的劳动力 1000 多人 7 7 建设地点建设地点 首选建设地点为场直地区拟建的工业园区内 供电重点是工业园 区 完达山乳业 供热站 粮食处理中心 种业公司 北大荒米业及 医院等各用电大户 兼顾其它各单位 个体工商户和居民住户用电 备选建设地点为川南管理区拟建的生物技术工业园区内 在未来 几年内 该园区有可能比场直的工业园区建设的更大 更快 因而更 需要低廉的电力供应 另外 万吨酒厂的大米分厂可向其提供廉价的 12 20 原料 稻壳 此时 装机容量可适当减至 1000 或 2000kw 8 8 注意事项注意事项 8 18 1 注意环境污染问题注意环境污染问题 2000 年 7 8 月间北大荒米业欲上马以稻壳为原料的热解气化发 电站 当时 工业科科长带队对黑龙江省东部农垦四局进行了考察 当时的考察结论是 东部四局的生物质发电厂普遍存在着一氧化碳气 体 剧毒 漏气严重 排放烟气中灰尘含量太多 发电机组的噪声太 大和焦油粘附气缸现象突出这四大问题 十年后的今天 这些问题也 应引起我们的充分注意 8 28 2 注意收购区域问题注意收购区域问题 生物质发电最大的问题集中在原料供应的不确定方面 造成原料 供应不确定的原因很多 包括秸秆季节供应问题 储存问题 运输问 题 价格上涨问题等 但据资料介绍 国内最主要的原因是电厂周围农 业种植结构调整 缺少统一规划和项目盲目布局导致的秸秆收集半径 的扩大 从而提高了运行成本并加大了原料的供应风险 因此 我们除 在电厂厂址时充分考虑附近的种植结构外 还要在其合理的收购半径 内 统一规划种植结构 并注重种植结构的合理调整 8 38 3 注意税率问题注意税率问题 生物质发电项目执