1．概述 我國生物質能資源非常豐富，農作物秸稈資源量超過7.2億t，其中6.04億t可作能源使用。秸稈資源是新能源中最具開發(fā)利用規(guī)模的一種綠色可再生能源，如果將這些秸稈資源用于發(fā)電，相當于0.9億kw火電機組年平均運行5000h，年發(fā)電量為4500億kWh。秸稈為低碳燃料，且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低，是一種較為“清潔”的燃料，在有效的排污保護措施下發(fā)展秸稈發(fā)電，會大大地改善環(huán)境質量，對環(huán)境保護非常有利。在農村推廣實施秸稈發(fā)電技術，在節(jié)省不可再生資源、緩解電力供應緊張等方面都具有特別重要意義。 1.1 我國利用秸稈發(fā)電的市場分析 目前生物質能秸稈發(fā)電技術的開發(fā)和應用，已引起世界各國政府和科學家的關注。它們都將生物質能秸稈發(fā)電技術作為21世紀發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略的重點工程。根據(jù)我國新能源和可再生能源發(fā)展綱要提出的目標，至2010年，我國生物質能發(fā)電裝機容量要超過：300萬kw。因此，從中央到地方政府都制定了一系列補貼政策支持生物質能技術的發(fā)展，加快了技術商業(yè)化的進程。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高，既有經(jīng)濟、社會效益，又能保護環(huán)境的秸稈發(fā)電技術的利用前景將會越來越廣闊。 根據(jù)國家對可再生能源發(fā)電的一系列優(yōu)惠政策，秸稈發(fā)電廠所發(fā)電量由電網(wǎng)全額收購；上網(wǎng)電價經(jīng)當?shù)厥≌畠r格主管部門按現(xiàn)行電價政策提出上報國家發(fā)展和改革委員會核批后，一般在0.50～0.60元左右；進口設備的關稅和進口環(huán)節(jié)增值稅全免，同時，各地方省市還因地制宜地制定了其它的補貼政策。這些政策的出臺為秸稈發(fā)電在農村的推廣利用提供了有力的保障。 可以預見，在我國農村推廣生物質能秸稈發(fā)電技術市場廣闊，前景光明。 2．生物質秸稈發(fā)電秸稈燃燒方式： 2.1秸稈直接燃燒發(fā)電 直接燃燒發(fā)電的過程是：生物質與過量空氣在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，產(chǎn)生出的高溫高壓蒸汽在蒸汽輪機中膨脹做功發(fā)出電能。 秸稈直接燃燒發(fā)電技術已基本成熟，進入推廣階段，這種技術在規(guī)模化情況下，效率較高，單位投資也較合理；但受原料供應及工藝限制，發(fā)電規(guī)模不宜過大，一般不超過30MW。 2.2 秸稈混燃發(fā)電 混合燃燒發(fā)電包括：直接混合燃燒發(fā)電、間接混合燃燒發(fā)電和并聯(lián)混合燃燒發(fā)電，其中直接混合燃燒發(fā)電是主要的應用方式。直接混合燃燒發(fā)電是將秸稈燃料與化石燃燒在同一鍋爐內混合燃燒產(chǎn)生蒸汽，帶動汽輪機發(fā)電。 2.3 氣化發(fā)電 氣化發(fā)電是在氣化爐中將秸稈原料氣化，生成可燃氣體，經(jīng)過凈化，供給內燃機或小型燃氣輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。一般規(guī)模較小，多數(shù)不大于6MW。 3. 生物質能秸稈發(fā)電的工藝流程 3.1 秸稈的處理、輸送和燃燒 發(fā)電廠內建設獨立的秸稈倉庫，秸稈要測試含水量。任何一包秸稈的含水量超過25％，則為不合格。在歐洲的發(fā)電廠中，這項測試由安裝在自動起重機上的紅外傳感器來實現(xiàn)。在國內，可以手動將探測器插入每一個秸稈捆中測試水分，該探測器能存儲99組測量值，測量完所有秸稈捆之后，測量結果可以存入連接至地磅的計算機。然后使用叉車卸貨，并將運輸貨車的空車重量輸入計算機。計算機可根據(jù)前后的重量以及含水量計算出秸稈的凈重。 貨車卸貨時，叉車將秸稈包放入預先確定的位置；在倉庫的另一端，叉車將秸稈包放在進料輸送機上；進料輸送機有一個緩沖臺，可保留秸稈5分鐘；秸稈從進料臺通過帶密封閘門（防火）的進料輸送機傳送至進料系統(tǒng)；秸稈包被推壓到兩個立式螺桿上，通過螺桿的旋轉扯碎秸稈，然后將秸稈傳送給螺旋自動給料機，通過給料機將秸稈壓入密封的進料通道，然后輸送到爐床。爐床為水冷式振動爐，是專門為秸稈燃燒發(fā)電廠而開發(fā)的設備。 3.2 鍋爐系統(tǒng) 采用自然循環(huán)的汽包鍋爐，過熱器分兩級布置在煙道中，煙道尾部布置省煤器和空氣預熱器。由于秸稈灰中堿金屬的含量相對較高，因此，煙氣在高溫時（450℃以上）具有較高的腐蝕性。此外，飛灰的熔點較低，易產(chǎn)生結渣的問題。如果灰分變成固體和半流體，運行中就很難清除，就會阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴重時甚至會完全堵塞煙氣通道，將煙氣堵在鍋爐中。由于存在這些問題，因此，專門設計了過熱器系統(tǒng)。　 3.3 汽輪機系統(tǒng) 汽輪機和鍋爐必須在啟動、部分負荷和停止操作等方面保持一致，協(xié)調鍋爐、汽輪機和凝汽器的工作非常重要。 3.4 環(huán)境保護系統(tǒng) 在濕法煙氣凈化系統(tǒng)之后，安裝一個布袋除塵器，以便收集煙氣中的飛灰。布袋除塵器的排放低于25 mg/Nm3，大大低于中國燒煤發(fā)電廠的煙灰排放水平。 3.5 副產(chǎn)物 　　秸稈通常含有3％～5％的灰分。這種灰以鍋爐飛灰和灰渣/爐底灰的形式被收集，這種灰分含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農業(yè)肥料。 4. 江蘇國信淮安楚州生物質秸稈發(fā)電項目介紹 4.1 項目概況 淮安市楚州秸稈發(fā)電廠是由江蘇國信資產(chǎn)投資管理集團有限公司和江蘇省新能源開發(fā)有限公司共同投資建設的電廠，淮安市楚州秸稈發(fā)電廠位于淮安楚州經(jīng)濟開發(fā)區(qū)（省級經(jīng)濟開發(fā)區(qū)）B區(qū)的西北角，廠址南面距離新長鐵路500m，西距京滬告訴公路650m。裝機規(guī)模是2×15MW機組配2臺75t/h燃秸稈固定振動爐排中溫中壓鍋爐，發(fā)電機組為1臺15MW中溫中壓凝汽式汽輪發(fā)電機組及1臺15MW中溫中壓抽氣凝汽式汽輪發(fā)電機組。 全部項目建成后，年消耗秸稈20余萬噸，發(fā)電量約2億度，銷售收入上億元，利稅近千萬余元，秸稈燃燒后的灰渣可綜合利用。該項目的建設對于促進地方經(jīng)濟建設,改善農村能源結構, 保護生態(tài)環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有一定推動作用。 4.2 主要設備配置 淮安市楚州秸稈發(fā)電廠是國內第一家完全采用稻秸稈為燃料的生物質發(fā)電廠。鍋爐采用無錫華光鍋爐廠75t/h燃秸稈固定振動爐排中溫中壓鍋爐，汽機用的青島捷能汽輪機廠1臺15MW中溫中壓凝汽式汽輪機和1臺15MW中溫中壓抽氣凝汽式汽輪機。 每臺鍋爐的底部設一套水冷套筒式螺旋輸渣機或滾筒式冷渣器配鏈斗式輸送機，將鍋爐底渣送入渣倉，以備裝車外運；布袋除塵器收集的飛灰，可采用正壓濃相氣力集中系統(tǒng)，通過管道直接將飛灰輸送到廠區(qū)灰?guī)欤辉O中間環(huán)節(jié)，灰?guī)烊萘繛?00m3，灰?guī)斓挠行莘e可滿足儲存1周的全部灰量，為更好地滿足綜合利用的要求，灰?guī)斓撞吭O有兩種卸料方式：其一是由干式散裝機裝入罐式汽車，供干灰用戶；其二是設濕式攪拌機，干灰經(jīng)加水調濕后裝車外運。煙塵采用高效布袋除塵器除塵，除塵效率達99.99%。 生活污水經(jīng)過地埋式生活污水處理系統(tǒng)處理后用于廠區(qū)綠化；循環(huán)水排污水，部分回收用于調濕灰用水、水力除渣用水和主廠房雜用水，剩余部分水量外排入楚州開發(fā)區(qū)污水處理廠；鍋爐排污水與多余的循環(huán)排污水混合后排入楚州開發(fā)區(qū)污水處理廠；化學酸堿廢水中和達標處理后楚州開發(fā)區(qū)污水處理廠。 主要設備一覽表 序號 設備名稱 生產(chǎn)廠商 1 鍋爐 無錫華光鍋爐廠 2 汽機 青島捷能汽輪機廠 2 鏈板 張家港保稅區(qū)方圓機械有限公司 2 破碎機 宜興巨龍環(huán)保設備廠 2 大傾角皮帶 張家港保稅區(qū)方圓機械有限公司 2 分料螺旋輸送機 山東山礦機械有限公司 2 給料螺旋輸送機 鍋爐廠自配 4.3上料燃燒系統(tǒng)設備和工藝流程 由于鍋爐以軟秸稈為主，其燃料輸送和燃燒系統(tǒng)與常規(guī)電廠不同。 電廠所用秸稈采用公路運輸；配備秸稈儲倉1座，有效面積約4000m2，體積大于50000 m3。秸稈倉庫采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱、鋼屋架形成的排架結構，秸稈需要堆放整齊方便抓斗機操作。 楚州秸稈發(fā)電秸稈包裝尺寸要求：1700x1000x900（長x高x寬）（mm）；秸稈包的密度：250kg/m3，秸稈進破碎機需要手動解包，為防止堵塞和摩擦起火秸稈包里面不能泥土、鐵絲、鐵塊等雜物。 秸稈進入爐膛流程： A1過渡鏈板輸送機→A2喂料鏈板輸送機→A破碎機 1A分包平臺 B1過渡鏈板輸送機→B2喂料鏈板輸送機→B破碎機 抓斗機 大傾角皮帶→ C1過渡鏈板輸送機→C2喂料鏈板輸送機→C破碎機 1B分包平臺 D1過渡鏈板輸送機→D2喂料鏈板輸送機→D破碎機 A1、A2、A3分料螺旋輸送機→A1、A2給料螺旋輸送機 料倉 爐膛 B1、B2、B3分料螺旋輸送機→B1、B2給料螺旋輸送機 抓斗機和分包平臺由北京起重運輸機械研究所提供并負責這一塊的控制，分包平臺后的設備由DCS控制，DCS與分包平臺存在接口，單臺爐單套輸送線硬接線信號如下：  DCS至分包平臺：出料指令、故障停機；  分包平臺至DCS：出料請求信號、分包平臺故障信號 抓斗機從倉庫里抓秸稈包放到分包平臺上，分包平臺同時給后面兩個過渡鏈板分包，每次同時給兩條過渡鏈板各分5包秸稈包。兩條過渡鏈板的秸稈包全部送到喂料鏈板上后DCS發(fā)出料信號給分包平臺，分包平臺收到該指令后向過渡鏈板分包。 分包平臺分包速度可調范圍為3～10米/分鐘。 單臺爐各有兩套鏈板輸送線，每條鏈板輸送線設備包括一個分包平臺后的兩條過渡鏈板輸和兩條喂料鏈板，每條喂料鏈板對應一臺破碎機。單臺爐共有8條鏈板和4臺破碎機，鏈板由張家港保稅區(qū)方圓機械有限公司供貨，破碎機由宜興巨龍環(huán)保設備廠供貨。 過渡鏈板速度可調范圍0.5～5米/分鐘，每條過渡鏈板安裝3只（前、中、后各一只）有料傳感器（光電式或機械式檢測裝置），三點同時檢測無料時DCS認為過渡鏈板無料。過渡鏈板有秸稈包的糾偏功能。 喂料鏈板正常速度是0.6米/分鐘（工頻轉速），最高時0.84米/分鐘，破碎機最大進包速度0.84米/分鐘，喂料鏈板的速度和破碎機的速度必須匹配，所以喂料鏈板速度一般低于破碎機的最大破碎速度，破碎機機阻力大時過渡鏈板和喂料鏈板同時自動反轉以保護破碎機。 上料系統(tǒng)是秸稈電廠的核心，破碎機是整個上料系統(tǒng)的核心，也是秸稈電廠比較大的用電設備，破碎機的運行好壞直接關系到秸稈電廠的運行和效益。每臺破碎機分成破碎部分和切碎部分，破碎部分設備包括下部主破碎機（132kW）和上部輔破碎機（75kW）；切碎部分包括3臺切碎電機（5kW，3臺）。破碎機進料口尺寸為1200 x1000，（單位：mm），秸稈包從喂料鏈板進入破碎機先經(jīng)過兩臺破碎機破碎，然后再經(jīng)過位于破碎機下面的3臺切碎機切碎，基本上就形成的3～5（cm）長的秸稈碎料供鍋爐燃燒。 單條鏈板輸送破碎線上的所有設備（包括1個分包平臺、2條過渡鏈板、2條喂料鏈板、2套破碎機）都正常工作時，這條鏈板才算工作正常，單條鏈板輸送破碎線上的任一設備出現(xiàn)問題，這條線就是故障狀態(tài)。正常運行時兩臺鏈板輸送破碎線互為備用，一條線有故障必須立刻啟動另一條線，兩條線都故障只好停爐。 喂料鏈板轉速跟隨破碎機的破碎速度，過渡鏈板的轉速分包時跟隨分包平臺速度、分包結束后速度略高于喂料鏈板的速度。 大傾角皮帶由張家港保稅區(qū)方圓機械有限公司供貨，分料螺旋輸送機由山東山礦機械有限公司供貨，給料螺旋輸送機由鍋爐廠自配。大傾角皮帶長約150米，破碎機下來的料掉在皮帶上經(jīng)過150米的運送后進入料倉，秸稈料倉一般只作為中轉分配用不用于儲存秸稈燃料。楚州項目的料倉設計通過上部的擋板自動均勻分配秸稈進入料倉左右兩側，以保證兩側螺旋輸送機均勻給爐膛提供燃料。 燃料從料倉下來先經(jīng)過分料螺旋再經(jīng)過給料螺旋進入鍋爐，分料螺旋和給料螺旋之間設有防火門以保證料倉的安全。 楚州秸稈電廠有兩條螺旋輸送線，爐膛燃燒時為保證爐膛受熱均勻一般要求兩路同時進料。 分料螺旋位于料倉下部，每個分料螺旋輸送機有3臺螺旋組成，3臺螺旋分別由變頻器控制啟停，需要時可以差速運轉。就地具備獨立啟停的功能。 每個給料螺旋有2臺螺旋組成，每個螺旋由一個變頻器控制，給料螺旋可以差速運行。燃料經(jīng)過兩級螺旋后落入爐膛燃燒。 風路和煙路方面和傳統(tǒng)的循環(huán)硫化床爐有些類時，系統(tǒng)配置1臺送風機、1臺二次風機、1臺引風機，二次風管接在空預器后加過熱的一次風管上，一次風從爐床下方把燃料吹起來，二次風在爐膛腰部位置進風，起助燃作用。 4.4 控制系統(tǒng)配置 控制系統(tǒng)控制范圍包括上料系統(tǒng)、鍋爐、汽機、發(fā)電機及公用系統(tǒng)，整個DCS系統(tǒng)接近4000點。 DCS系統(tǒng)控制器配置為：鍋爐配置4對控制器：汽水和FSSS系統(tǒng)1對控制器、風煙系統(tǒng)1對控制器、上料系統(tǒng)1對控制器，布袋除塵和鍋爐其他系統(tǒng)1對控制器；汽機配置2對控制器：主蒸汽高低加1對控制器、油系統(tǒng)#1廠用電1對控制器；公用、電氣系統(tǒng)共3對控制器。 人機接口配置為：6臺操作員，1臺值長站和1臺工程師站。 鍋爐主要正常運行參數(shù)：鍋爐主汽壓力3.45Mpa，主汽溫度450℃，爐膛出口煙氣溫度270℃。 4.5 秸稈電廠的難點 做為國內第一家（也有可能是世界第一家）以軟秸稈（稻秸稈）為燃料的生物質電廠，江蘇國信淮安生物質電廠在調試和試運行期間遇到了很多困難。 秸稈的發(fā)熱量只有煤的一半，同樣75噸鍋爐，光重量而言秸稈就必須比煤多進如爐膛一倍。秸稈料倉只起中轉功能，不具備儲料功能，這么多的秸稈連續(xù)通過破碎機、螺旋機進入爐膛，如何保證連續(xù)運行是一個難點。 稻秸稈比較軟，為了不在螺旋上纏繞，所以需要破碎到4-5cm長度，但是實際中由于秸稈打包比較亂，破碎機很難把秸稈破碎在4-5cm長度，所以楚州秸稈電廠準備在破碎機下側加裝切碎電機，以進一步改善秸稈破碎效果。 燃燒的控制是一個難點，爐溫爐壓的控制很麻煩，稻草秸稈很輕，進入爐膛稍微風量大了，給料量少了，秸稈就會亂飛，造成爐膛溫度的波動，一般為了溫度燃燒，可以在燃料中增加適當比例的花生殼，花生殼比稻草重，對燃燒的改進和螺旋堵轉的情況都有一定幫助，花生殼可以帶動稻草落在爐床上，穩(wěn)定燃燒。 可以說解決了上料系統(tǒng)，秸稈電廠就能成功運行。 4.6 電廠的前景 秸稈電廠只要辦好了，前景很廣闊。在國家政策上，國家大力鼓勵使用綠色、可再生能源，秸稈電廠使用秸稈這種可再生能源作為燃料，國家是大力支持的。在上網(wǎng)電價上15年內國家給與每度電0.25元的補貼。 我國是農業(yè)大國，秸稈在農田直接燃燒一方浪費資源，另一方面造成大氣污染，對高速公路、飛機起飛降落都造成過干擾，所以國家現(xiàn)在明令禁止農田燃燒秸稈，從原料上講，秸稈電廠的燃料取之不盡，在楚州，方圓90公里之內的秸稈就能滿足楚州秸稈電廠的運行。從另一方面講秸稈電廠處理了農民的秸稈問題，增加了農民的收入。 秸稈出廠的灰渣含流量少，是一種很好的肥料，可以賣給農民回田。秸稈電廠是綠色電廠，無污染電廠。 4.7 機組運行情況 2007年11月5日14：30至2007年11月9日14：30，江蘇國信淮安生物質發(fā)電有限公司#1機組成功通過了72+24小時試運行，國內第一臺以稻秸稈為燃料的發(fā)電機組成功投入商業(yè)運行。