论新能源发电之秸秆发电

1、论生物质发电之秸秆发电前言如今,我国所面临的能源问题显得越来越突出:一方面,随着经济的发展,对于能源的需求越来越大;另一方面,构成现在能源主体的煤炭、石油和天然气等是不可再生资源,将面临着枯竭的危险。而大量化石能源消耗带来的尾气排放造成巨大污染,威胁着我们赖以生存的地球环境。大力开发新能源,倡导绿色经济是解决能源问题的必由之路。生物质发电之我国道路:秸秆发电2010年10月12日上午,生物质发电成套设备国家工程实验室建设启动仪式在华北电力大学主楼举行。学校与国能生物发电集团、龙基电力集团和济南锅炉集团精诚合作,在位于北京市平谷区的华北电力大学研发基地建设了3000平米的“生物质发电成套设备验证

2、性实验平台”。“低碳”一词如今逐渐为人们所熟知,如何减少排放,开发绿色能源成为一个新的研究热点。生物质能作为一种产量巨大的可再生能源是替代石油煤炭等化石能源、实现社会可持续发展的绿色能源。从目前的生物质能利用情况来看,以粮食生产燃料乙醇和以油菜籽生产生物柴油发展最为迅猛。最具代表性的是美国和欧盟。美国采取大幅度补贴政策,刺激了乙醇燃料生产的加快发展。据美国农业部统计,2009年美国用来生产乙醇燃料的玉米消耗量已达到1.07亿吨,占其当年玉米产量的39%。2009年欧盟共生产了约825万吨生物柴油,预计2010年生物柴油产量达到945万吨。我国幅员辽阔,生物质能蕴藏丰富。我国既是粮食生产大国,也

3、是秸秆生产大国。每年生产5亿多吨粮食,生产7亿多吨秸秆。在传统农业条件下,有5亿多吨秸秆白白腐烂和烧掉。这就等于浪费了生产5亿吨秸秆的耕地、淡水和其他农业投入品等资源。我国的生物质废弃物的总量,约相当于我国煤炭年开采量的50%,总计约6.56亿吨标煤。但是长期以来,这些生物质并未得到充分合理的利用,目前利用率仅在30%左右,而且能源利用方式极为简单,大多数物质以直接燃烧为主,这是一项巨大的浪费。秸秆发电项目的开发被世界视为为21世纪发展可再生能源的战略重点和具备发展潜力的战略性产业,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。欧洲许多国家已经建成了多个秸秆直燃发电厂,其

4、中丹麦的秸秆发电等可再生能源已占该国能源消耗总量的24%。一些国家为了扩大秸秆发电的规模,想方设法提高农作物秸秆的产量。在这些国家,连道路两边都能看到政府鼓励农民种植的农作物。秸秆发电技术已被联合国列为重点项目予以推广。从我们国情出发,我们农业的首要任务是解决十三亿人口的吃饭问题,确保国家粮食安全和主要农产品有效供给。因此,我们在发展生物质能源方面,不可能走与欧美发达国家相同的路线,我们发展的重点应放在研究和开发利用以秸秆、农业废弃物等为原料的生物质能源,走中国特色生物质能源开发道路。同时,应结合我国生物质能源燃料的分布特点,因地制宜,采用灵活多变的政策,充分发掘生物质能源的潜力。秸秆是一种很

5、好的清洁可再生能源,是最具开发利用潜力的新能源之一,具有较好的经济、生态和社会效益。每两吨秸秆的热值就相当于一吨标准煤,而且其平均含硫量只有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CO2零排放的作用,对缓解和最终解决温室效应问题具有潜在的贡献价值。农作物秸杆在很久以前就开始作为燃料,直至1973年第一次石油危机时丹麦开始在研究利用秸杆作为发电燃料,在这个领域丹麦BIOENER ApS公司是世界领先者,第一家秸杆燃烧发电厂于1989年投入运行(Haslev,5Mwe。此后,BIOENER ApS公司在西欧设计并建造了大量的

6、生物发电厂,其中最大的发电厂是英国的Elyan发电厂,装机容量为38Mwe。据专家介绍,秸秆发电是通过秸秆处理系统,将农作物秸秆进行集中焚烧处理,经过特制的秸秆直燃锅炉予以三重燃烧,将秸秆进行充分彻底的燃烧。一方面,将秸秆最大限度地转换为热能,用于发电;另一方面,杜绝农民燃烧秸秆过程中产生的任何形式的二次污染;此外,还可增加农民收入,而秸秆燃烧后的灰烬含有丰富的钾、镁、磷、钙等营养成分,可用作高效农业肥料。秸秆发电又分为秸秆气化发电和秸秆燃烧发电。秸秆气化发电是将秸秆在缺氧状态下燃烧,发生化学反应,生成高品位、易输送、利用效率高的气体,利用这些产生的气体再进行发电。但秸秆气化发电工艺过程复杂,

7、难以适应大规模应用,主要用于较小规模的发电项目。秸秆发电之主要方式目前秸秆发电主要采用以下方式:一.建造利用秸秆燃烧来发电的中小型电厂现生物质能发电技术主要有两大类:一是利用锅炉直接燃烧生物质燃料,例如秸秆,产生的热量加热锅炉中的水,使水汽化,推动汽轮机发电机组来发电。这类技术与常规的煤燃烧发电相类似,只是用秸秆来代替煤。另一类是气化发电技术,由气化炉和煤气内燃发电机组来发电。利用生物质气化炉将秸秆转化为可燃气体,燃气经过分离净化,然后在锅炉等设备中进行燃烧,推动发电机输出电能。在国际上秸秆直燃技术已经比较成熟,且易于规模化利用秸秆,国内在秸秆直燃方面的基础研究起步较晚。直燃式生物质发电是从国

8、外引进的模式,属于集中化大电网模式。考虑到经济性等方面的因素,电厂的规模一般较大。随之而来的是电厂的燃料问题,由于生物质能密度低,分布散,而电厂的需求又很大,因而收集运输成本较高。同时生物质燃料的存放也存在一定问题,占地面积大,消防安全问题突出。综合以上种种因素,生物质直燃发电单位电价比一般煤电要高出一倍,不具有竞争力。由于技术原因,其热效率只有煤电的80%。中等规模的气化发电技术,要比直燃发电具有一定的优势。但是也存在一些难以解决的技术难题。最主要的是燃气净化技术,内燃机对燃气的要求很高,燃气净化设备复杂,提高了电厂的投资额,同时也增加了运行维护费用。二.分散式的小型发电机组为生物质发电机器

9、的小型化提供了可能由于建造中小型电厂存在的问题,分散式的小型发电机组逐渐受到人们的重视,尤其是在我国广大的农村更有推广的条件。与秸秆发电密切关连的斯特林发电机和新型的热声发电机为生物质发电机器的小型化提供了可能。秸秆发电之工艺流程水/蒸汽循环相对与燃煤设备,秸秆燃烧发电设备的设计建设经验相对较少。而且秸杆还具有独特的特性,使其很难达到较高的蒸汽参数。尤其是秸杆中氯化物含量较高,增加了锅炉在高蒸汽压力下腐蚀的可能性。多数秸杆燃烧发电厂的发电效率只能达到30%左右。一般而言,秸秆发电厂在发电的同时都供热,以提高整个电厂的效率。秸杆的处理、输送和燃烧发电厂内建设两个独立的秸杆仓库。每个仓库都有大门,

10、运输货车可从大门驶入,然后停在地磅上称重,秸杆同时要测试含水量。任何一包秸杆的含水量超过25%,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。在中国,可以手动将探测器插入每一个秸杆捆中测试水分,该探测器能存储99组测量值,测量完所有秸杆捆之后,测量结果可以存入连接至地磅的计算机。然后使用叉车卸货,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杆的净重。货车卸货时,叉车将秸杆包放入预先确定的位置;在仓库的另一端,叉车将秸杆包放在进料输送机上;进料输送机有一个缓冲台,可保留秸杆5分钟;秸杆从进料台通过带密封闸门(防火的进料输送机传送至进料

11、系统;秸杆包被推压到两个立式螺杆上,通过螺杆的旋转扯碎秸杆,然后将秸杆传送给螺旋自动给料机,通过给料机将秸杆压入密封的进料通道,然后达到炉床。炉床为水冷式振动炉床,是专门为秸杆燃烧发电厂而开发的设备。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。由于秸杆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,并在国际上的大多数秸杆发电厂中得到运用。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,协调锅炉、汽轮机和空冷凝汽器的工作非常重要。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。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/Nm。布袋除尘器为脉动喷射式,容器由压缩空气脉冲清洁。副产物秸杆通常含有3-5%的灰分。这种灰以锅炉飞灰