秸稈氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電可行性報(bào)告

一、概述
    近年來隨著全球工業(yè)化的快速發(fā)展，石油、煤炭、天然氣等能源消耗量不斷增加。人類為了自身的生存和發(fā)展，不斷尋找新的能源，以減少或替代這些一次性能源的消耗。但由于受到技術(shù)發(fā)展和自然環(huán)境的影響以及受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制，到目前為止，一次性能源的消耗仍占有相當(dāng)大的比重。為改變這一現(xiàn)狀，世界各國(guó)都在積極進(jìn)行再生能源的開發(fā)和利用工作。
   作為再生能源中的一部分，目前，生物質(zhì)能源的研究與開發(fā)已經(jīng)成為世界各國(guó)的熱門。將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高品位能源在國(guó)外已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，也是一個(gè)最大的發(fā)展中國(guó)家，農(nóng)林作物十分豐富，特別是農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量巨大。但由于受種種條件限制，大量的農(nóng)作物秸稈被農(nóng)民一把火燒掉，既浪費(fèi)了資源也嚴(yán)重污染了空氣。因此，大力推廣秸稈氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電技術(shù)，可以有效把秸稈轉(zhuǎn)化為電能，減少一次性能源消耗，保障我國(guó)能源安全，并且對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利，還可為用戶增收增加一條途徑。
二、秸稈氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電技術(shù)
    秸稈氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電，就是以農(nóng)作物秸稈為主要燃料的一種氣化發(fā)電方式，秸稈氣化發(fā)電是將秸稈在缺氧狀態(tài)下燃燒，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成高品位、易輸送、利用效率高的氣體，利用這些產(chǎn)生的氣體再進(jìn)行發(fā)電。秸稈氣化發(fā)電工藝過程簡(jiǎn)潔、高效，可適應(yīng)大/中/小等不同規(guī)模發(fā)電項(xiàng)目。隆盛動(dòng)力目前采用的秸稈氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電主要利用國(guó)內(nèi)企業(yè)自己開發(fā)的秸稈氣化發(fā)電系統(tǒng)，其具備了世界先進(jìn)水平且十分成熟的氣化爐和隆盛氣體內(nèi)燃機(jī)結(jié)合的氣化發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)降低了對(duì)燃?xì)怆s質(zhì)的要求（焦油、雜質(zhì)含量≤20mg/m3即可）和系統(tǒng)建造、運(yùn)行成本。該系統(tǒng)適合發(fā)展分散獨(dú)立的秸稈能源利用系統(tǒng)，即分布式能源。隨著我國(guó)能源供需形勢(shì)的發(fā)展，客戶對(duì)秸稈氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電規(guī)模和系統(tǒng)效率提出了更高的要求，我公司研發(fā)的秸稈氣化熱電聯(lián)供模式 （電效率 40%，熱效率 45%，總效率85%）將滿足不同用戶的需求。

  從目前國(guó)內(nèi)已建有的秸稈氣化發(fā)電站來看，投資小、建設(shè)周期短、投資回收快，而且設(shè)備全部是國(guó)產(chǎn)的，運(yùn)行費(fèi)用低。

三、秸稈氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電站工藝流程 

   秸稈氣化發(fā)電站系統(tǒng)主要包括秸稈進(jìn)料系統(tǒng)、氣化爐、燃?xì)鈨艋到y(tǒng)、燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組等部分。  

   進(jìn)料機(jī)構(gòu)：進(jìn)料機(jī)構(gòu)采用螺旋加料器，動(dòng)力設(shè)備是電磁調(diào)速電機(jī)。螺旋加料器既便于連續(xù)均勻進(jìn)料，又能有效地將氣化爐同外部隔絕密封起來，使氣化所需空氣只由進(jìn)風(fēng)機(jī)控制進(jìn)入氣化爐，電磁調(diào)速電機(jī)則可任意調(diào)節(jié)生物質(zhì)進(jìn)料量。  

   氣化爐：氣化裝置可采用循環(huán)氣化爐，它主要由進(jìn)風(fēng)機(jī)、氣化爐和排渣螺旋構(gòu)成。生物質(zhì)在氣化爐中經(jīng)高溫?zé)峤鈿饣煽扇細(xì)怏w，氣化后剩余的灰份則由排渣螺旋及時(shí)排出爐外。  

   燃?xì)鈨艋到y(tǒng)：燃?xì)庑杞?jīng)凈化處理后才能用于發(fā)電，燃?xì)鈨艋ǔ龎m、除灰和除焦油等過程。為了保證凈化效果，該裝置采用多級(jí)除塵技術(shù)，經(jīng)過多級(jí)除塵，燃?xì)庵械墓腆w顆粒和微細(xì)粉塵基本被清洗干凈，除塵效果較為徹底；燃?xì)庵械慕褂筒捎梦胶退吹姆椒ㄟM(jìn)行清除，主要設(shè)備是兩個(gè)串聯(lián)起來的噴淋洗氣塔。氣體經(jīng)氣化爐自身凈化系統(tǒng)凈化后再經(jīng)過一個(gè)二次凈化系統(tǒng)，將焦油等雜質(zhì)進(jìn)一步去除掉，進(jìn)而達(dá)到燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)氣口的進(jìn)氣要求。

四、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組

  隆盛動(dòng)力系列 燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組適應(yīng)低熱值可燃?xì)怏w的變化，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

 1、空燃比自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)  采用電控混合技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控燃燒狀況，由中央控制單元發(fā)出指令，執(zhí)行器調(diào)整燃?xì)馔ǖ?，從而改變?nèi)細(xì)膺M(jìn)氣量，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)混合比的目的，使發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比始終保持在理想狀態(tài)，整個(gè)調(diào)整過程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組采用電子控制技術(shù)，通過閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)混合氣空燃比，顯著提高對(duì)燃?xì)鉂舛茸兓倪m應(yīng)能力。

2、低壓進(jìn)氣技術(shù)  針對(duì)低熱值燃?xì)鈮毫Φ偷臍怏w特點(diǎn)，該發(fā)電機(jī)組按先混合后增壓的技術(shù)設(shè)計(jì)，使機(jī)組對(duì)燃?xì)獾膲毫σ筝^低，只需要燃?xì)膺M(jìn)氣壓力（機(jī)組調(diào)壓閥前）達(dá)到300mmH2O以上即可達(dá)到機(jī)組的使用條件，不需要增加加壓裝置，減少投資。未采用此技術(shù)的國(guó)內(nèi)其他廠家的發(fā)電機(jī)組需要增加加壓裝置，這樣不僅增加了投資，同時(shí)也增加了機(jī)組故障點(diǎn)、安全隱患，并消耗了電力。  

3、稀燃技術(shù)  機(jī)組通過合理匹配配氣系統(tǒng)，調(diào)低空燃比，利用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新概念燃燒室技術(shù)在局部形成點(diǎn)火能量相對(duì)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)點(diǎn)火，增大了點(diǎn)火能量，提高燃?xì)馊紵俣龋瑢?shí)現(xiàn)了稀薄燃燒，降低了機(jī)組熱負(fù)荷，提高了機(jī)組對(duì)燃?xì)獾倪m應(yīng)性和機(jī)組的熱效率，其動(dòng)力性和可靠性大大提高。未采用此技術(shù)的機(jī)組，對(duì)燃?xì)獾某睗裥暂^為敏感，表現(xiàn)為點(diǎn)火困難或點(diǎn)火不連續(xù)。  預(yù)燃室技術(shù)是指先由火花塞點(diǎn)燃預(yù)燃室的混合氣，然后出現(xiàn)多個(gè)著火點(diǎn)，增大點(diǎn)火能量，引燃燃燒室的混合氣。提高了燃燒速度，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷，將排溫控制在500℃左右，減少了缸蓋等主要件的熱負(fù)荷，從而延長(zhǎng)了整機(jī)的使用壽命，并同時(shí)降低了氣耗率，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

4、燃燒控制技術(shù)  通過隆盛動(dòng)力公司獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)，可將機(jī)組的缸溫控制在400℃以下，顯著降低熱負(fù)荷，明顯提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，特別是具有避免機(jī)組爆震發(fā)生的作用，未采用此技術(shù)的機(jī)組一般是憑人的感官和經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整機(jī)組運(yùn)行狀況，機(jī)組運(yùn)行時(shí)缸溫會(huì)超過480℃，其關(guān)鍵部件的壽命大大降低，尤其是缸蓋等部件的壽命不能滿足機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。  

5、控制裝置：由電控柜、溫度顯示表、壓力表及風(fēng)量控制閥所構(gòu)成。在用戶需要時(shí)也可增加相應(yīng)的電腦監(jiān)控系統(tǒng)。  

6、廢水處理設(shè)備：由于氣化的燃?xì)馔ㄟ^水洗進(jìn)行凈化，焦油、NOx、SO2 、NH3等成分幾乎全部轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水中。通過過濾吸附、曝氣、沉淀、生化處理等方法處理廢水，處理后的廢水再循環(huán)利用。  

運(yùn)行溫度和氣體成分  本裝置用空氣做氣化介質(zhì)，運(yùn)行溫度控制在730~830℃，生物質(zhì)氣化后的可燃?xì)庵邪∟2、O2、H2、CO2、CO、CH4和CnHm等成分，氣體熱值在5~6MJ/Nm3以上。

以1MW秸稈氣化發(fā)電裝置為例，氣化爐點(diǎn)火成功后，發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，同其它生物質(zhì)相比，秸稈的灰份含量高達(dá)15%以上，當(dāng)溫度超過850℃時(shí)，秸稈灰便會(huì)發(fā)生熔融結(jié)渣現(xiàn)象，堵住爐內(nèi)排渣口，影響氣化爐的正常運(yùn)行，因此，爐內(nèi)溫度的控制十分關(guān)鍵。正常情況下，氣化爐的反應(yīng)溫度應(yīng)穩(wěn)定在700~800℃左右。  

化學(xué)過程  氣化爐內(nèi)的化學(xué)過程主要包括燃燒反應(yīng)、熱分解反應(yīng)和還原反應(yīng)。生物質(zhì)原料進(jìn)入氣化爐后，部分與氧氣燃燒，提供熱分解所需的熱量，大部分生物質(zhì)在缺氧條件下發(fā)生熱分解反應(yīng)，析出揮發(fā)份和焦碳，揮發(fā)份在高溫反應(yīng)區(qū)內(nèi)停留發(fā)生二次反應(yīng)，使焦油進(jìn)一步裂解為氣體，同時(shí)氣體和焦碳之間，氣體和氣體之間進(jìn)一步發(fā)生還原反應(yīng)。最后，氣相的焦油和氣體攜帶部分細(xì)顆粒焦碳、灰塵進(jìn)入燃?xì)鈨艋b置，部分焦碳通過慣性除塵器后回流進(jìn)入氣化爐參加反應(yīng)。氣相焦油冷凝，通過水洗除去，凈化后的燃?xì)膺_(dá)到內(nèi)燃機(jī)的要求。

五、電站建設(shè)投資

1MW電站項(xiàng)目投資估算:

名稱                       費(fèi)用（萬元）          備      注  

建筑工程                           

                               5               設(shè)備簡(jiǎn)易廠房

                               2              辦公室及監(jiān)控室  

                               3    儲(chǔ)料倉庫（按儲(chǔ)料十天設(shè)計(jì)）

 設(shè)備購(gòu)置  

                                            3臺(tái)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組  

                              80  1臺(tái)氣體發(fā)生爐（初次凈化設(shè)備）  

                              10         氣體處理和凈化設(shè)備

                              10 其它和預(yù)備費(fèi)用

六、經(jīng)濟(jì)效益分析 

1、年收入預(yù)算  

1）發(fā)電收入：電站按每年運(yùn)行約300天，每天運(yùn)行24小時(shí)計(jì)算，總運(yùn)行時(shí)間約為7200小時(shí)/年；機(jī)組長(zhǎng)期輸出功率計(jì)算為1000kW。  則年發(fā)電量720萬度，除系統(tǒng)自耗電4％外，實(shí)際外輸電力691.2萬度，目前國(guó)內(nèi)燃煤脫硫機(jī)組上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)均價(jià)為0.35元/kW·h，按照相關(guān)政策，每度電享受0.25元的財(cái)政補(bǔ)貼，發(fā)電年收入=691.2×(0.35+0.25)=414.72萬元

2）成本預(yù)算  人員工資及福利費(fèi)：6萬元/年

               外購(gòu)件及動(dòng)力費(fèi)：  2萬元/年

                       修理費(fèi)：4萬元/年  

                   秸稈原料費(fèi)：150萬元（每年消耗原料12500噸，單價(jià)120元/噸計(jì)）

                     其他費(fèi)用：3萬元  

綜上，年運(yùn)行費(fèi)用約為165萬元/年  

3）電站的年凈收益：總收入-總成本=414.72-165=249.72萬元

4）投資回收期為1.3年左右  

   注：本效益分析中未包括蒸汽利用部分產(chǎn)生的效益和炭的銷售利潤(rùn)，如加上此部分效益將更加可觀。