生物质气化发电联产燃气工程可行性研究报告

可行性报告技术支撑单位：中国科学院广州能源研究所1.3编制范围第二章电力系统172.2电力负荷预测及电力平衡172.3项目建设的必要性202.4电厂接入系统方案初步拟定22第三章秸秆资源253.2秸秆收、储、运输管理324.1主要流程364.2装机方案364.4主要经济技术指标43第五章厂址条件455.4工程地质49第六章工程设想546.2厂区总平面布置方案556.3原料的贮存及运输576.4气化发电系统装置构成586.12主厂房及主要建(构)筑物结构70第七章环境保护737.1厂址地区环境现状737.2三废排放及其治理737.3环境影响分析结论75第八章劳动安全及工业卫生778.1电厂在生产过程中主要的安全和卫生问题77第九章节约和合理利用能源799.1概述79第十章生产组织和定员81第十一章工程实施条件和轮廓进度83第十二章投资估算85第十三章资金来源和融资方案91第十四章财务评价95第十五章结论及存在的问题1021.1项目名称与承办单位1.2编制依据及编制单位1.4承办单位及河源市概况一次能源的贡献占14%。我国是农业大国，作为农业生产的副产品，农染的有效途径利用生物秸秆(玉米、小麦、棉花、豆类、油类秆等)发电可以大发电循环系统效率很难高于18%,所以单位电量的生物质消耗量一般大效率也提高到28%,为6MW生物质气化发电联合循环发电技术的产业化气一步法制备DME的研究报告以来，经过了近二十年的研究开发，各国铜基甲醇合成催化剂十氧化铝十氧化硅沸石固体酸作为催化剂，在三相的选择性为76% 国内对合成气一步法合成DME也有多年的研究与开发经验，并建成支持，广州能源研究所首次建成了一套从生物质催化气化、焦油裂解、组分调整与净化到液体燃料合成的小型试验装置，正在开展生物质制备液体燃料的应用基础与工业示范前期研究。本项目在可研编制过程中，项目工作组与技术支持方进行了多次交流，特别是厂址选择、建设规模、技术方案、资金来源等重大问题进行了及时沟通，取得了一致意见，保证了可行性研究工作的顺利进行。秸秆资源量、秸秆运输条件是制约本工程建设规模的基本条件。从这两个条件分析，秸秆电厂建设规模应该小型化。尤其是目前国内尚无同类电厂投入运行，从稳妥可靠的原则出发，规模不宜太大。综合考虑河源市紫金的秸秆资源量、秸秆运输条件以及供热的需供热条件，按照机炉匹配的要求和目前国产设备情况，本项目按2套1.8主要技术设计原则3、原料供应：秸秆、林业废弃物由收购站按要求打包、晾干用汽序号单位数据备注1建设规模气化发电2年耗秸秆量3年发电量4年供电量2联产DME量5联产副产品7围墙内占地面积8相当年节约煤9定员人总投资万元建设投资万元建设期利息万元铺底流动资金万元达产年平均成本万元达产年平均销售收入万元项目投资融资前税前财务内部收益率(FIRR)%项目投资融资前税前财务净现值(FNPV)万元项目投资融资前税前投资回收期(Pt)年含建设期1年总投资收益率(ROI)%静态第二章电力系统2.1电网现状河源市供电区电网是以110KV变电站为中心，35KV为骨架，10KV线路为配电辐射网的供电网络。目前河源市电网有装机容量76MW的热电变电站一座(省局),110KV变电站2座(其中项城变属于粤北市局),主变4台，容量143MVA,35KV变电站10座，主变17台，容量2.2电力负荷预测及电力平衡由于河源市生物质发电厂的装机容量较小，并且企业性质为地方公用电厂。本报告仅对河源市进行电力平衡。河源市电力负荷2001年105MW,2002年115MW,增长率20%;2003年河源市用电量2005年2.2.2电力平衡35KV两个电压等级进行并网。该厂受地理环境限制，今后增容的可能性不大，且2010年以后可能退出运行。除去自用电外，只能有一部分电能参与平衡，其余省网供给。根据河源市电力电量预测和河源市生物质发电厂的装机情况，进行平衡转变为存在大量缺额的情况，在河源市热电厂达到电力自我平衡的基础上，省网将成为其主要的供电电源。“十一五”期末，河源市供电区负荷为172MW,需110KV公用变电站网供负荷为137MW,所需110KV变电容量246.4~287.7MVA,与现状相比，需新增110KV变电容量103.4~144.7MVA。“十二五”期末，河源市供电区负荷为215MW,需110KV公用变电站网供负荷为215MW,所需110KV变电容量387~451.5MVA,与现状相比，需新增变电容量244~308.5MVA。河源市供电区负荷预测时考虑了大用户的影响，这些大用户生产用电水平较高，受政策、资金、市场影响都比较大，具有一定的不确定性，因此，本次电力平衡对其进行敏感性分析，考虑大用户达到其规模70%的情况。河源市供电区电力平衡敏感性分析表年份内容2005年2006年2007年2008年2009年2010年味精用电负荷其它负荷供电区总负荷热电厂出力0需110KV网供负荷需110KV变电容量期末，项城供电区负荷150.1MW,需110KV公用变电站网供负荷为2.3项目建设的必要性河源市是粤北供电区负荷增长较为快速的区域，根据电力平衡结中国工程院预测我国农村商品化生物质能由目前占农村能源的2.4电厂接入系统方案初步拟定电装置，出线2回接入城东110kV变电站35kV配电装置，导线型号取电厂具体的接入系统方案将在电厂接入系统设计工作中进一步论2.5电力系统继电保护及安全自动装置(1)河源市生物质发电厂接入系统继电保护配置原则按照《继电保2、继电保护配置方案1、设计原则河源市生物质发电厂调度自动化的主要设计原则是按照能源部颁2、调度自动化要求3、调度管理4、调度自动化系统河源市主要农作物面积、产量及秸秆量表(丰年)表3.1-1作物名称种植面积(万亩)平均亩产(公斤)总产量(万吨)秸秆亩产(公斤)秸秆总产(万吨)小麦玉米豆类油料作物棉花合计表3.1-2作物名称种植面积(万亩)平均亩产(公斤)总产量(万吨)秸秆亩产(公斤)秸秆总产(万吨)小麦玉米豆类油料作物棉花合计作物种类小麦玉米豆类油料棉花生长期10～6月5～9月5～9月6～10月7～10月收获期10月10月距电厂50公里半径范围内秸秆资源分布表(丰年)作物名称种植面积(万亩)平均亩产(公斤)总产量(万吨)秸秆亩产(公斤)秸秆总产(万吨)小麦玉米豆类油料作物棉花合计距电厂50公里半径范围内秸秆资源分布表(欠年)作物名称种植面积(万亩)平均亩产(公斤)总产量(万吨)秸秆亩产(公斤)秸秆总产(万吨)小麦玉米豆类油料作物棉花合计距电厂30公里半径范围内秸秆资源分布表(丰年)作物名称种植面积(万亩)平均亩产(公斤)总产量(万吨)秸秆亩产(公斤)秸秆总产(万吨)小麦玉米豆类油料作物棉花合计距电厂30公里半径范围内秸秆资源分布表(欠年)作物名称种植面积(万亩)平均亩产(公斤)总产量(万吨)秸秆亩产(公斤)秸秆总产(万吨)小麦玉米豆类油料作物棉花合计业，所以麦秸的利用率极低，仅有30%用于返田沤肥或牲畜饲料外，其玉米秸秆：5%用于返田或沤肥，25%用于焚烧或作部分牲畜饲料，表3.1-8名称秸秆总产(吨/被利用量万吨富余量(万吨)丰年欠年丰年欠年小麦秸秆9.73/8.11玉米秸秆豆秆2.91/2.7油料作物棉花合计24.03/20.548表3.1-9名称秸秆总产(吨/年)被利用量富余量(万吨)丰年欠年万吨丰年欠年小麦秸秆玉米秸秆豆秆油料作物棉花合计名称秸秆总产(吨/年)被利用量万吨富余量(万吨)丰年欠年丰年欠年小麦秸秆玉米秸秆豆秆油料作物棉花合计河源市黑色秸秆资源可利用情况表表3.1-11单位干枝产量干枝总量(万吨)被利用量(万吨)富余量(万吨)枝薪材年采伐2.5万立方米(杨树)0.4吨/立方米年采伐1.7万立方米(刺槐)0.3吨/立方米0紫穗槐3万亩1.5吨/亩椿树2万亩1吨/亩2白蜡条2万亩1.5吨/亩303林果枝条0.31吨/亩合计3.2秸秆收、储、运输管理购点，电厂负责购买主要设备(如：秸秆打包机和装卸车等),按照一(比如资金投入的优势);利用当地人力、场地资源和管理方便的优势(收购点可以利用农村废旧的工矿地来建设等);充分调动各方面的积第二种(B模式):电厂独自经营模式。这种形式是电厂独自投资建但是最大的弊端是对于分散的5个收购点的整个投入建设和运营管理将第三种(C模式):全权委托的模式。电厂把秸杆收购和市场运作完全委托给相关物流公司，电厂与物流公司间单单是秸秆成品的买卖关流公司自已操作。这种形式只有对于具有较强经济实力的公司才有可厂区8公里范围内的秸杆田农户直接送到电厂收购点，避免了农民舍近对于厂外的各个秸秆收购点，建议利用A模式来进行投资建设和运营管表3.2-1序号拟设区域距电厂距离(公里)1河源市李寨镇2河源市付集镇3河源市范集乡4河源市高寺镇5河源市郑郭镇6厂址点8公里范围内表3.2-2序号设备名称型号数量单价(万元)总投资(万元)1秸秆打包机械12装卸叉车1883电子衡器1554干式变压器箱式变电站15粉碎机236秸秆收储点主要工作人员情况表3.2-3序号1经理12计量员13财务结算人员14工作人员(包括打包工、装卸工及后勤人员等)47秸秆储运公司在资源较为集中、交通道路枢纽的乡镇设立收储站5粉碎包装运输；各种作物秸秆收获后一月内最低，其它季节变化在10%到5800kJ/m³,比固定床气化炉的气体热经调节门和过渡烟道进入锅炉本体，依次水平横向冲刷两级高压过热经过热管屏吸热后由出口集箱引出锅炉。在两级过热器之间布置喷水减温装置，从而可有效地保证出口过热蒸汽温度。双压余热锅炉的另一路给水直接进入低压锅筒，由下降管引入低压蒸发器管屏，蒸发吸热后上升进入低压锅筒进行汽水分离，分离后饱和水回下降管，低压蒸汽由低压锅筒上部引出、经减压后进入除氧器用于除氧。自然循环余热锅炉采用标准单元模块结构，由垂直布置的错列螺旋鳍片管和上下两集箱组成管屏，各级受热面管屏尺寸基本相似。该结构2、强制循环余热锅炉强制循环余热锅炉多为立式布置。锅炉的烟气流程：烟气经入口烟道、三通烟道和过渡烟道进入受热面管箱后自下而上，先后依次冲刷高低温过热器、高压蒸发器、高压省煤器和低压蒸发器。最后经主烟囱直接排空。锅炉的汽水流程也类似于自然循环，但高、低压下降管均设有两套强制循环泵(一用一备)。高低压蒸发器内本循环动力由强制循环泵提供，确保水循环安全可靠。这类炉型的低压锅筒也可兼作除氧水箱，并安置于锅炉钢架上，可简化管路系统，减少占地面积。强制循环余热锅炉受热面按部件制成管箱形式出厂，管箱由穿过数块管板的水平错列布置的螺旋鳍片管及进出口集箱组成，在厂内组装成大型箱体，现场整体安装。卧式自然循环与立式强制循环余热锅炉对比如下：立式卧式水循环强制自然启动时间短较长占地面积小较大结构较复杂简单操作运行较复杂简单厂用电较多少燃料适应性强较弱初投资较高低综上所述，本工程选择自然循环余热锅炉。本生物质能发电厂采用气体内燃机可降低对燃气杂质的要求，大大减少实施难度，大大降低系统的成本。从技术性能上看，这种气化及联合循环发电在常压气化下，整体发电效率可达28%左右，适合于我国目前的工业水平，设备全部国产化。我国目前在用的生物质气化的气体内燃机单机容量有200KW、400kW、600kW,后2种机型在江苏兴化中科生物质发电有限公司取得了因此本生物质能发电厂选用863计划开发的、应用于兴化中科生物4.2.4装机方案炉配12台600kW燃气内燃机发电机组(2台备用)、1套5000吨而加密合成22气化炉台数：2台额定蒸汽温度：400℃锅炉效率：>75%台数：12台(2台备用)起动方式：压缩空气汽轮机型式：凝汽式生产厂家：河南省能源研究所有限公司台数：40台序号单位数值1燃气内燃机组发电容量12×600(2台备用)2气化合成DME容量吨/年3全厂小时发电量4全厂年发电量53760(按6500h计算)5厂用电率%6全厂年供电量48380(按6500h计算)7生物质平均发热量(干料)8每度电生物质耗量9每吨DME生物质耗量年生物质耗量(干料)万吨/年循环水小时耗水量2其他用水小时耗水量厂址名称条件污水处理厂东侧厂址工业集聚区厂址秸秆运输方便较方便接入系统占地条件一般建设用地城市规划用地环境影响无不良影响较微影响城市规划符合符合距离水源地厂址自然条件供水不受50年一遇洪水影响不受50年一遇洪水影响厂址地面拆迁物无附属物无附属物土石方量小较小从以上二个厂址条件综合比较认为污水处理厂东侧厂址尽管距接量最大，光照时间长，分别占全年的34%和31%;冬季辐射量最小，光照时间短，分别占全年的16%和20%。热能：年平均温度为14.7℃。春季(3-5月)平均14.6℃;夏季(6—8月)26.9℃;秋季(9—11月)15.℃;冬季(12—2月)1.9℃。其温差的20%;夏季占53—60%,秋季降雨量和春季略同，个别年份占30%;①、沙颍河发源于鲁山县石人山，于颍上县沫河口入淮河，全长城境内驸马闸水位站历史最高水位43.58m(2000年),安全下泄流量升降差异性运动很弱。所以新构造运动对本场地稳定性并无太大的影0.5—0.8,含水量20%—25%,容许承载力[R]值10—137T/m²,可作为一般含水量一般为19%—25%,此层力学性质上弱下强。容许承载力12—16吨/平方米。场地土土层强度一般，上面几部分土层土具I级(轻等)湿陷性，并且主要建(构)筑物高度不高，因而基本满足主要建(构)筑物对天2、需进一步详细对地下水提供水质分析资料，确定是否真正对钢3、河源市地震动峰值为0.05g,地震烈度VI,地震反应谱特征周期0.45s,设计地震分组为第三组，场地类型为Ⅱ类。4、地基土土层强度一般，并具弱湿陷性，基本满足主要建(构)河源市生物质燃气电厂装机容量6MW,发电设备年利用小时数为2、城市自来水完全满足电厂对自来水的用水要求。当一旦污水处6.2厂区总平面布置方案主厂房区：主厂房区域内主要构筑物有气体机与配电装置联合厂6.3原料的贮存及运输专门负责到各点装运颗粒。每车每天运输次数按4次计(含装卸、运输燃料消耗量和运输量表气化炉容量小时耗量(吨)日耗量(吨)1×20MWt(富氧)6.4气化发电系统装置构成生装置、余热锅炉(蒸汽发生装置)、焦油裂解装置、秸秆气化后产生的高温烟气依次经过旋风分离器、余热蒸汽过热2、余热锅炉余热锅炉从燃气内燃机排出的尾气以及气化炉后排出的尾气中吸高压给水系统采用单母管制，配2台给水泵，给水泵出口管接到给加热器、低压加热器打至除氧器，系统选用2台100%容量的凝结水泵，台射水抽气器，一用一备。机组起动时可投入2台运行，以更快地建立2、热力系统辅助设备选择两台机组配用2台多级离心式定速锅炉给水泵，设计1台运行1台备用，单台泵的容量可满足二台锅炉最大连续出力的运行要求，按照设计技术规程，流量裕量110%。压头裕量120%。温度104℃,除氧器水箱容积为10m³。采用燃气内燃机组，为减少机组数量，提高整体效率，决定采用经净化后的燃气进入气柜，气柜有压力平衡的作用，气体进主厂房采用环形母管，设分段阀与排空管，各气体内燃机分别从燃气母管上接入燃气。配4台空压机以提供气体机的启动动力，气体机辅助设备由厂家配套提供。主厂房内设一台起重量为5t的电动桥式起重机。6.5气化合成系统装置构成生物质气化合成系统主要包括生物质定向气化(富氧气化炉)、新蒸馏设备、合成二甲醚系统算机全程监控系统等。1提高生物质气化效率及其自动化控制水平钢制灰库一套，可贮存5天的灰量。钢制灰库设置顶部过滤装置和底部6.8供排水系统或地表水供给，最大补给水量为20m³/h,拟建补给水泵房1座，安装2台用水量(m³/h)消防历时(h)消防总用水量(m3)室内消防2室外消防2合计秸秆仓2依据《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》1)锅炉给水质量标准锅炉给水质量标准按《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标联氨≤10～50μg/L2)蒸汽质量标准3)锅炉炉水质量标准4)凝结水质量标准采暖用汽锅炉正常补给水水量3t/h,锅炉最大补给水水量10t/h。本次设计锅炉补给水处理系统的出力按满足锅炉补给水量和自用2、系统的选择清水→生水箱、生水泵→双滤料过滤器→活性炭过滤器→保安过污水处理厂。3、系统处理后的水质标准二氧化硅≤20μg/L4、循环水处理经一台3150kVA变压器升至10kV母线，400V母线通过断路器联络。1台即运行人员能在就地两个控制室分别对主、辅机设备进行监视控制，在就地运行人员的配合下，可实现机组的起停，正常运行工况的监视和控制，以及异常工况的报警和紧急事故处理。气化炉和各燃气内燃机的控制和监视由随其成套提供的控制盘在就地控制室实现监控。为了提高机组的运行管理水平，余热锅炉、蒸汽轮机热力系统的控制和监视采用微机监控装置，在两个就地控制和监视采用微机监控装置，在两个就地控制室内各设有一套人机接口和控制盘等设备。微机监控装置的功能包括数据采集和处理及系统参数的控制。在控制室的控制盘/台上设有少量机炉重要参数的监视和报警仪表及紧急安循环水泵等公用辅助系统采用常规监控仪表。6.12主厂房及主要建(构)筑物结构《建筑抗震设计规范》《建筑设计防火规范》《建筑内部装修设计防火规范》《火力发电厂设计技术规程》6.13采暖通风与空气调节蓄电池室通风采用(百叶窗)自然进风，离心风机机械排风。通风400V配电室通风采用低位百叶窗自然进风，高位轴流风机机械排业区)标准要求。气化发电系统中洗涤煤气废水产生量为15th,废水中含有灰、焦油③沉淀；④生化处理。(见下图)这时废水由黄褐色变为黑色，生化处理：生化处理是利用好氧细菌的分解作用，把COD值从处理后的废水COD值可达到国家规灰渣是发电厂燃料气化后产生的固体废弃物，每年产生量约为设，厂区绿化覆盖率达到20%左右。以使本项目的厂界噪声满足《工业7.3环境影响分析结论第八章劳动安全及工业卫生8.1电厂在生产过程中主要的安全和卫生问题8.2设计原则及拟采取的措施第九章节约和合理利用能源9.2节约和合理利用能源措施第十章生产组织和定员10.1劳动组织及管理本工程建成后，将由投资方代表负责管理，其生产、行政、党政工团等组织机构由各代表方根据实际情况协商并统一考虑，生产组织应根据本工程的实际情况进行相应调整。可以社会化解决的，本工程不设专门岗位。人员配置要充分体现本工程的示范作用。本工程所需的生产和管理人员本着精干、高效的原则，结合本工程特点，参照类似电厂及工程，按照本工程工艺系统、机组控制水平、机组技术水平、自动化程度和设备可靠性等实际情况确定。表10.2-1劳动定员序号地点人数总数生产人员值长4气化炉8汽轮机8气体机、合成系统电气值班员8秸秆颗粒加工运输管理人员管理员总经理1副总经理1总工程师1总经济师1党群文秘2服务人员生产技术4机组维修7综合服务3合计2009年2010年56789123456789立项评估设计工作施工准备土建施工安装至投产气设备安装工程(2001年修订本);中电联技经[2002]48号文公布的建设投资估算表：(1)气化发电设备投资估算序号设备或费用名称数量规格设备成本(万元)工程总价(万元)1气化及净化系统(6MW)12燃气发电系统3供水及污水处理系统4内供配电系统5灰输送系统6控制、监视系统17余热利用及发电系统18原料处理系统9其它费用厂房建设土地建设投资估算表：(2)富氧气化合成设备投资估算序号设备或费用名称数量规格设备成本(万元)工程总价(万元)1富氧气化及净化系统12高压合成系统13电力、动力系统4控制、监视系统15附属生产工程16原料处理系统7其它费用8厂房建设9土地序号投资(万元)比例(%)1土地及建筑工程费2气化发电设备购置费3气化合成设备购置费3安装工程费4工程建设其它费用5预备费用6序号1秸秆收购/制粒/储运2气化发电系统3除灰系统4供水及水处理系统5电气系统6热工控制系统7试验检验室8机修汽修间9总图运输行政福利设施工程建设其它费用预备费2、建设期利息按照初步设定的融资方案，本项目建设投资的70%为银行贷款，计总投资=建设投资+建设期利息+流动资金=9341.1万元总投资=建设投资+建设期利息+铺底流动资金12.2资金使用计划本项目建设期1年，建筑工程费、设备购置费和安装工程费在计划投入资本金2694.1万元，占(考核固定资产投资规模)总投资的生物质气化发电及合成成本分析(简化模型)气化发电气化发电气化发电5000吨/年气化发电容量(kW)余热/余气发电容量(kW)电站总装机容量(kW)电站年运行时间(h)电力输出(万千瓦时)线损率+自耗(%)上网电量(kWh)DME产量(吨/年)发电设备投资(万元)气化合成投资(万元)厂房投资(万元)上地(万元)其他投入(万元)项目投资总额(万元)DME原料消耗(吨/吨)DME附产电力(kWh/t)DME外电消耗(kWh/t)发电原料消耗(kg/kWh)原料总消耗(万吨/年)原料单价(元/吨)年原料总成本(万元)年人工总成本(万元)发电辅料成本(万元)合成辅料成本(万元)合成外电成本(万元)年维护费用(万元)全年管理费用(万元)设备折旧(万元)厂房折旧(万元)产品销售费用(万元)