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--平原縣30MW生物質電廠主廠房設計
一、世界能源現狀
煤、石油、天然氣等化石燃料從20 世紀70 年代就開始大規模的開采, 其存儲量急劇減少。據預測, 地球上蘊藏的可開
發利用的煤和石油等化石能源將分別在200 年和30~ 40 年以內耗竭, 而天然氣按儲采比也只能用60 年。目前, 尋找替代能
源已經引起全社會的廣泛關注。生物質能是一種可再生能源, 來源十分豐富。它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界
能源消費總量第四位的能源。當前, 生物質燃料的消耗已占世界總能源消耗的14% ,在發展中國家這一比例達到38%。據
世界糧農組織(FAO) 預測,到2050 年,以生物質能源為主的可再生能源將提供全世界60% 的電力和40% 的燃料, 并且其價
格遠低于化石燃料。
二、我國能源現狀
目前,我國發電利用的能源以煤炭、石油及天然氣等不可再生的化石能源為主。化石能源資源的有限性及開發利用引
起的環境污染和溫室氣體排放,對其廣泛應用產生了嚴重的制約作用。我國每年農作物秸稈資源量約占生物質能源資源量
的一半。我國農作物秸稈的年產量在7億噸左右。除了用作工業原料、畜牧飼料以外,可以作為能源使用的在3.5億噸左右。
三、生物質燃料分類
根據燃料種類不同,主要分為灰色秸稈和黃色秸稈兩大類。棉花秸稈、樹枝、木材下腳料等密度較大的木本類植物屬
于灰色秸稈,需破碎加工后輸送至爐膛內燃燒;玉米、小麥等草本類植物屬于黃色秸稈,因其體積大、重量輕、密度小,
為滿足鍋爐燃燒發熱量,保證單位時間內的上料量,需要打捆至規定的體積和重量后輸送至爐膛內燃燒。第三類是為提高
燃燒值壓縮為一定體積的顆粒的秸稈。在加工處理上,黃色秸稈的操作難度最大。
四、秸稈燃料特點
秸稈是一種很好的清潔可再生能源,每兩噸秸稈的熱值就相當于一頓標準煤,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CO2零排放的效
果。對緩解和最終解決溫室效應問題提出一種新的思路。而秸稈發電是秸稈優化利用的最主要形式之一。
五、秸稈燃料的燃燒產物
同常規火電廠一樣,燃用秸稈發電的鍋爐產生的污染物仍為煙塵、二氧化硫和氮氧化物。但由于相比于煤炭,秸稈的
灰分(3.58%)、硫分(3.8‰)均較低,煙塵和二氧化硫的實際產生量亦較少。其中,二氧化硫產生濃度僅為241mg/m3,因此,
無需使用煙氣脫硫裝置,其排放濃度即可滿足《火電廠大氣污染物排放標準》標準要求;秸稈的灰分低,燃燒后的灰渣
富含鉀等元素,可全部歸田作為肥料,充分體現了秸稈電廠循環經濟的優勢。
六、我國秸稈電廠的現狀
我國建設的第1個秸稈示范電廠2006年底剛投產,國內秸稈電廠的建設和運行經驗還不多。目前有關單位建設秸稈電廠
的積極性很高。有不少電廠正在建設或調試中,但也不同程度地存在一些問題,有的技術和設備還不十分成熟。有的電廠
經濟效益也不樂觀。
根據電廠經濟運輸范圍內的秸稈可供應量,結合電廠的規模效益,來確定秸稈電廠的規模和機組選型。從目前國內
的工程實踐來看,利用非固體成型原生態秸稈作燃料的電廠,初期建設規模一般控制在30 MW以內較為穩妥。電廠可留
有擴建余地,何時擴建或是否擴建,可在電廠運行后根據燃料供應、價格和電廠經濟效益等情況再定。燃用固體成型秸
稈時,電廠規模可根據燃料供應和運輸條件適當加大。
按我國可再生能源相關政策規定,秸稈電廠所發電力全部由電網公司收購,上網電價在投運15年內執行當地燃煤電
廠標桿電價加0.25元/kW·h補貼。并于2010年起逐年遞減補貼電價2%。秸稈電廠建設期短,新建電廠第1臺機組8-10個
月即可投產,能夠很快發揮資金效益。
雖然秸稈電廠建設有很多優勢,但目前我國秸稈電廠建設剛剛起步,技術、設備和管理還不十分成熟,電廠規模又
小。與燃煤電廠相比,單位造價約為燃煤電廠的2倍。即使有補貼電價,有些秸稈電廠的經濟效益也很不樂觀。為此,
必須要在優化設計上多做文章,保證電廠在滿足國家規范要求的前提下盡量做到設計合理、運行方便,并盡量控制工
程造價,以保證項目的投資效益。
我院近幾年也設計了一部分生物質電廠,現在就我們設計的一個電廠項目為例,跟大家探討一些生物質電廠的一
些設計問題。
七、下面以平原項目為例,淺談一下生物質電廠主廠房優化設計。
1、項目概況
本工程位于山東省德州市平原縣經濟開發區內,位于開發區中部,大八里村東、二環路以西、大八里路南、318 省道以
北。建設規模為2×75t/h次高溫次高壓秸稈燃燒鍋爐+ 2x15MW汽輪發電機組,本期預留擴建余地,全廠公用工程一次建成。
本項目燃料為:棉桿與速生林、果、桑枝條等,均屬于灰色秸稈。
2、總圖布置
廠區總可用地約172440平方米(約258畝),東西長約620m,南北寬約280m,近似矩形。本工程按照功能劃分為兩大分
區:生產生活區和露天儲料區。生產生活區東西長約335m,南北寬約280m,占地約140畝;露天儲料區東西長約285m,南北寬
約280m,占地約118畝。生產生活區又分為:主廠房區、水工區、電力升壓區、化學水處理設施區、干料區以及辦公生活
區等六部分。
3、主廠房布置
汽機房縱向柱距按6m等間距設置,汽機房總長54米。3臺給水泵布置在主廠房B列附近零米。給水泵與B列柱留有2m的
通道。汽機房采用島式布置,兩臺汽輪發電機組為縱向對頭布置,汽輪發電機中心線距A列為7.5m,汽機房的跨度為14m。
(可附主廠房布置圖)
優化點一:將汽機房跨度縮短為14米。
常規15MW汽輪機發電機組的汽機房跨度為18米,我院在遵守國家法規和設計規范并能保證機組的正常運行的安全、
方便的前提下,減小汽機間的尺寸,將廠房跨度縮短至14米,為業主最大限度的節省投資。
當然,把廠房縮小以后也會出現新的問題:(1)管道布置需要花更多的時間進行設計;(2)汽機房零米B列的通道就比
較狹窄;汽機中線到汽機房A列的距離為7.5米,到B列的距離只有6.5米,B列還布置有加熱器平臺,這樣汽機房零米B列的
通道就不寬裕了;為了解決通道的問題,我們把加熱器平臺靠近B列的一排柱子取消,直接從B列柱上挑牛腿與加熱器平臺
搭接。這樣既解決了加熱器平臺的布置問題,也留下了2米的檢修、運行通道。現場實際情況也比較寬敞。(可附圖)
優化點二:除氧器露天布置。
國家法規規定,在氣候和布置合適時、非寒冷地區可采用露天布置,寒冷及多風沙地區應采用室內布置。而德州市不
屬于寒冷地區,所以除氧器可以露天布置。這樣除氧層B列的柱子只需要到18米,滿足汽機房的結構即可;而C列柱只需要
到14米層即可,除氧層上面不用封頂。為業主節省了投資。
當然露天布置也存在一定的問題,我們常規布置的很多管道都是在除氧層柱側做支撐;現在我們很多管道必須要放到
除氧層下面的管道夾層,夾層的管道也需要仔細設計,才能保證通行的暢通。(可附圖)
優化點三:給料沒有轉運。
秸稈鍋爐最大的問題就是堵料問題,而給料皮帶的多級轉運是堵料的重要原因之一。本項目的給料我們是垂直給料,
給料機和鍋爐是垂直布置,只采用一條皮帶直接送到鍋爐爐前料倉,減少了堵料的風險。堵料的另一個問題就是料倉堵
料;本項目我們料倉設計時,料倉設計比較小,存料時間比較短,這也一定程度減少了堵料的可能性。由于只有一條皮
帶,沒有轉運,業主投資也節省了不少。
優化點四:汽機房、除氧間和給料間及鍋爐房為垂直布置。
常規的電廠布置為3列式或者4列式布置;而如果要為了解決鍋爐的給料問題,減少轉運,給料皮帶必須從廠房的垂直
方向接過來才行;這樣場地的利用就比較零散,為了更好的利用場地,我們改變思路,把汽機房、除氧間作為一個整體;
給料間、鍋爐房作為一個整體,讓他們垂直布置,這樣就很好的解決了這個問題。
本項目完成后與常規布置的同類項目相比,節省投資600多萬。當然,秸稈電廠雖然遠景比較好,但是它畢竟是一個
比較新的東西,還需要我們總結和改進的東西還比較多;希望我這些設計能起拋磚引玉的作用,讓大家能有更新的思路和
更優化的改進,希望大家能更加關注秸稈電廠的未來和發展,我相信秸稈電廠的前景是美好的!