1、第第2 2章生物质能发电章生物质能发电2.12.1生物质及其特性生物质及其特性2.22.2生物质及其型煤压缩成型燃料生物质及其型煤压缩成型燃料2.32.3生物质气化发电生物质气化发电2.42.4生物质燃烧发电生物质燃烧发电2.52.5垃圾发电垃圾发电2.62.6大型养殖场沼气发电及综合利用大型养殖场沼气发电及综合利用2.72.7生物质炭化及综合利用生物质炭化及综合利用12.12.1生物质及其特性生物质及其特性2.1.12.1.1生物质基本概念及特点生物质基本概念及特点生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量而居于世界能源消费总量第四位的能源第四
2、位的能源。在世界能源总消费量中占在世界能源总消费量中占14%14%。有关专。有关专家估计，到家估计，到2121世纪中叶，采用新技术生世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的耗的40%40%以上。以上。生物质主要包括：农业废弃物、林业生物质主要包括：农业废弃物、林业废弃物和各类有机生活废弃物和各类有机生活(或工业或工业)垃圾。垃圾。219981998年我国主要农作物秸秆产量年我国主要农作物秸秆产量作物种类作物种类 秸秆产量秸秆产量（万（万t）折 合 标 准折 合 标 准煤（万煤（万t）百 分 比百 分 比（%）玉米玉米22398.002239
3、8.0011848.5411848.5439.139.1小麦小麦13961.8913961.896980.956980.9523.023.0稻谷稻谷11539.8311539.834950.594950.5916.316.3油料油料4500.604500.602380.822380.827.97.9豆类豆类2681.252681.251455.921455.924.84.8其他杂粮其他杂粮 1669.001669.00834.50834.502.82.8薯类薯类1631.001631.00792.67792.672.62.6棉花棉花1430.501430.50776.71776.712.52.
4、5甘蔗甘蔗654.17654.17288.49288.491.01.0合计合计60466.1460466.1430309.1930309.19100.0100.032.1.22.1.2生物质基本特性生物质基本特性生物质组成和结构生物质组成和结构种类种类灰分灰分溶 剂 可溶 剂 可溶部分溶部分水溶水溶部分部分木质素木质素半 纤 维半 纤 维素素纤维纤维素素软木软木0.40.42.02.027.827.824.024.041.041.0硬木硬木0.30.33.13.119.519.535.035.039.039.0小麦秆小麦秆6.66.63.73.77.47.416.716.728.228.239
5、.939.9稻杆稻杆16.116.14.64.613.313.311.911.924.524.530.230.2甘蔗渣甘蔗渣1.61.60.30.320.220.238.538.538.138.1几种生物质的组分分析（几种生物质的组分分析（%）4生物质基本组成及石油、煤的碳、氢、氧原子统计比生物质基本组成及石油、煤的碳、氢、氧原子统计比品名品名C CH HO O纤维素纤维素1 11.61.61 1半纤维素半纤维素 1 11.61.61 1木质素木质素1 11.31.30.30.3淀粉淀粉1 12 20.80.8植物油等植物油等 1 12 20.10.1石油石油1 11.61.60.050.05
6、煤煤1 10.80.80.080.085生物质物理和化学特性生物质物理和化学特性物理特性物理特性生物质的密度生物质的密度生物质密度通常有三种表示方法，即生物质密度通常有三种表示方法，即堆密度、视堆密度、视密度和真密度密度和真密度，同一种生物质样，这三种密度的数，同一种生物质样，这三种密度的数值依次增大。值依次增大。堆密度堆密度是指单位体积（既包括颗粒间的孔隙，也是指单位体积（既包括颗粒间的孔隙，也包括颗粒内都的孔隙）生物质的质量，它反映了在包括颗粒内都的孔隙）生物质的质量，它反映了在自然堆积状态下单位体积生物质物料的质量自然堆积状态下单位体积生物质物料的质量。生物生物质物料的堆密度差别较大，木
7、材、木炭、棉秸在内质物料的堆密度差别较大，木材、木炭、棉秸在内的高密度物料，它们的堆密度在的高密度物料，它们的堆密度在200350kg/m3之间之间，而大多数农作物秸秆的堆密度却比较低。，而大多数农作物秸秆的堆密度却比较低。6部分生物质物料的堆密度部分生物质物料的堆密度7种类种类平均直径平均直径（mm）堆密度堆密度（kg/m3）视密度视密度（kg/m3）孔隙率（孔隙率（%）木屑木屑0.78150200570.357.7木片木片200300花生壳花生壳0.61200250566.855.9椰子壳椰子壳0.98400450547.921.5稻壳稻壳1.50100140630.180.0碎稻草碎稻草
8、4060稻草捆稻草捆100120几种生物质的密度参数几种生物质的密度参数8视密度视密度是指单位体积（不包括颗粒间的孔是指单位体积（不包括颗粒间的孔隙，但包括颗粒内部的孔隙）生物质的质量隙，但包括颗粒内部的孔隙）生物质的质量。可用称量法（涂蜡法、涂凡士林法等）测可用称量法（涂蜡法、涂凡士林法等）测定。定。真密度真密度是指单位体积（既不包括颗粒间的是指单位体积（既不包括颗粒间的孔隙，也不包括颗粒内部的孔隙）生物质的孔隙，也不包括颗粒内部的孔隙）生物质的质量。质量。可用比重瓶法或其他置换方法测定。可用比重瓶法或其他置换方法测定。从生物质热化学转化角度而言，从生物质热化学转化角度而言，常用的是常用的是
9、生物质的生物质的堆密度和视密度堆密度和视密度，而真密度则不常，而真密度则不常用。用。9化学特性化学特性生物质在加热过程中，它的组分变得不稳定并开生物质在加热过程中，它的组分变得不稳定并开始分解，对木材热解特性的研究发现，其始分解，对木材热解特性的研究发现，其组分在组分在150左右就开始有化学活性，半纤维素的起始热左右就开始有化学活性，半纤维素的起始热解温度为解温度为150350，纤维素为，纤维素为275350，木质素为木质素为250500，所以，一般认为木材的起，所以，一般认为木材的起始热解温度为始热解温度为250左右左右。所有木质纤维原料的热解都可以简单地分为两个所有木质纤维原料的热解都可以
10、简单地分为两个过程，即一次热解和二次热解，一次热解是生物质过程，即一次热解和二次热解，一次热解是生物质原料的降解，二次热解则是一次热解产物的继续降原料的降解，二次热解则是一次热解产物的继续降解。解。10生物质的发热量生物质的发热量燃料发热量又称燃料的热值，它有燃料发热量又称燃料的热值，它有高位热值高位热值（HHV）和）和低位热值低位热值（LHV）之分，是衡量生物质燃料燃烧）之分，是衡量生物质燃料燃烧性能优劣的一个重要指标。性能优劣的一个重要指标。高位热值高位热值是指单位质量是指单位质量的燃料完全燃烧后能够产生的全部热量的燃料完全燃烧后能够产生的全部热量，包括燃，包括燃烧产物（烟气）中水分的汽化
11、潜热；一般燃烧装置如烧产物（烟气）中水分的汽化潜热；一般燃烧装置如锅炉等的排烟温度都大于锅炉等的排烟温度都大于100，烟气中的水分处于烟气中的水分处于蒸汽状态，这些水蒸汽从燃料燃烧释放出的热量中吸蒸汽状态，这些水蒸汽从燃料燃烧释放出的热量中吸取了气化潜热，故取了气化潜热，故从燃料高位热值中扣除这部分从燃料高位热值中扣除这部分汽化潜热后才是燃烧装置可能利用的热量，称此汽化潜热后才是燃烧装置可能利用的热量，称此热量为燃料的低位发热量，即热量为燃料的低位发热量，即低位热值低位热值。燃料燃燃料燃烧装置的热力计算以低位发热量为依据。烧装置的热力计算以低位发热量为依据。11几种生物质在自然风干情况下的热值
12、几种生物质在自然风干情况下的热值种类种类玉米玉米秸秸高 粱高 粱秸秸棉 花棉 花秸秸豆豆秸秸麦麦草草稻稻草草稻稻壳壳谷谷草草杂杂草草树树叶叶牛牛粪粪高位热 值高位热 值（MJ/kg）16.9016.3717.3717.5916.6715.2415.6716.3116.2616.2812.84低位热 值低位热 值（MJ/kg）15.5415.0715.9916.1515.3613.9714.3615.0114.9414.8411.6212几种树种不同部位的发热量几种树种不同部位的发热量树种部位树种部位 发热量（发热量（MJ/kg,干基）干基）松树松树云杉云杉桦木桦木树干树干19.2819.081
13、9.08树皮树皮19.4819.8822.39截头截头20.2819.8820.38针叶针叶21.1919.8813生物质燃料的化学当量比生物质燃料的化学当量比生物质燃烧时实际供给的空气量与完全燃烧理论生物质燃烧时实际供给的空气量与完全燃烧理论所需的空气量之比，称为空气过量系数，以所需的空气量之比，称为空气过量系数，以 表表示，根据示，根据 值的大小，燃烧工况可以分为贫氧燃值的大小，燃烧工况可以分为贫氧燃烧、富氧燃烧和理论燃烧三种。即贫氧燃烧的空烧、富氧燃烧和理论燃烧三种。即贫氧燃烧的空气过量系数气过量系数 小于小于1，富氧燃烧的空气过量系数，富氧燃烧的空气过量系数 大于大于1，理论燃烧的空气
14、过量系数，理论燃烧的空气过量系数 等于等于1。SRAR式中，式中，AR为燃烧时实际供给的空气量与燃料量之比为燃烧时实际供给的空气量与燃料量之比（kg/kg），简称空燃比，其值取决与运行工况；），简称空燃比，其值取决与运行工况；SR为完全燃烧理论所需要的空气量与燃料量之比为完全燃烧理论所需要的空气量与燃料量之比（kg/kg），简称化学当量比，其值取决与燃料特性。），简称化学当量比，其值取决与燃料特性。142.22.2生物质及其型煤压缩成型燃料生物质及其型煤压缩成型燃料2.2.12.2.1生物质压缩成型生物质压缩成型压缩又称压实、是通过外力加压于松散的固体物上压缩又称压实、是通过外力加压于松散的固
15、体物上，以缩小其体积，增大密度的，以缩小其体积，增大密度的-种操作方法。自然堆种操作方法。自然堆放的固体废物，其表观体积是颗粒体积与空隙体积放的固体废物，其表观体积是颗粒体积与空隙体积之和。当对固体废物实施压实操作时，随着压力增之和。当对固体废物实施压实操作时，随着压力增大，空隙率减小，表观体积随之减小，容积密度增大，空隙率减小，表观体积随之减小，容积密度增大。当固体废物受到外界压力时，各颗粒间相互挤大。当固体废物受到外界压力时，各颗粒间相互挤压变形或破碎，从而达到重新组合的效果。对农林压变形或破碎，从而达到重新组合的效果。对农林废物的处理通常都要压缩成一定的形状，废物的处理通常都要压缩成一定
16、的形状，例如例如:棒棒状、粒状、块状等状、粒状、块状等。15生物质压缩成型燃料生物质压缩成型燃料16生物质压缩成型燃料生物质压缩成型燃料17182.2.22.2.2生物质混煤型煤压缩成型生物质混煤型煤压缩成型煤炭在中国能源消费结构中仍占有较大的比例，其中煤炭在中国能源消费结构中仍占有较大的比例，其中煤炭大部分用于直接燃烧，煤炭大部分用于直接燃烧，燃煤产生大量烟尘、二氧燃煤产生大量烟尘、二氧化硫、二氧化碳等污染物，使大气环境呈典型的煤烟化硫、二氧化碳等污染物，使大气环境呈典型的煤烟型污染型污染。此外，。此外，煤炭属于不可再生的一次化石能源煤炭属于不可再生的一次化石能源，化石能源枯竭已成为未来能源
17、的化石能源枯竭已成为未来能源的重大问题重大问题。环境污染。环境污染和替代能源已成为全球关注的重大问题。因此我们有和替代能源已成为全球关注的重大问题。因此我们有必要寻求一种新型的过渡能源，如生物质和煤混合、必要寻求一种新型的过渡能源，如生物质和煤混合、垃圾和煤混合等燃料技术。这样垃圾和煤混合等燃料技术。这样既可以减少煤炭用量既可以减少煤炭用量、又可解决农业秸秆的就地焚烧、又可解决农业秸秆的就地焚烧等问题，而且等问题，而且可大大可大大减少污染物的排放减少污染物的排放。生物质型煤生物质型煤(Biomass Compound Coal,简称简称BCC)，即，即生物质生物质掺混掺混一定比例煤压缩成型的燃
18、料。一定比例煤压缩成型的燃料。192.2.32.2.3生物质及其型煤压缩成型工艺设备生物质及其型煤压缩成型工艺设备202.32.3生物质气化发电生物质气化发电2.3.12.3.1生物质气化发电工艺过程生物质气化发电工艺过程生物质气化发电是把生物质转化为可燃气，再利用生物质气化发电是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气在燃气轮机或内燃机中燃烧发电可燃气在燃气轮机或内燃机中燃烧发电；它既能解它既能解抉生物质难于燃用而且分布分散的缺点，又可以充分抉生物质难于燃用而且分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，所以是发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点，所以是生物质能最有效、最洁
19、净的利用方法之一。生物质能最有效、最洁净的利用方法之一。生物质气生物质气化发电工艺主要包括三部分化发电工艺主要包括三部分：（1）生物质气化生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；把固体生物质转化为气体燃料；（2）气化燃气净化气化燃气净化，将燃气中的杂质脱除，以保证燃气发电设备的正常运将燃气中的杂质脱除，以保证燃气发电设备的正常运行；行；（3）燃气发电燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电。有的工艺为了提高能源利用率，在燃气轮机发发电。有的工艺为了提高能源利用率，在燃气轮机发电之后增加余热锅炉和蒸汽轮机提高能源利用率。电之后增加余热锅炉和蒸汽轮机提高能源利用率。
20、21生物质气化反应器分类生物质气化反应器分类22生物质气化分类生物质气化分类生物质气化发电工艺流程生物质气化发电工艺流程242.3.22.3.2生物质气化发电特点生物质气化发电特点（1）技术灵活技术灵活。由于生物质气化发电可以采用内燃机，也可。由于生物质气化发电可以采用内燃机，也可以采用燃气轮机，甚至可结合余热锅炉和蒸汽发电系统，所以以采用燃气轮机，甚至可结合余热锅炉和蒸汽发电系统，所以生物质气化发电可以根据规模的大小选用合适的发电设备，保生物质气化发电可以根据规模的大小选用合适的发电设备，保证在任何规模下都有合理的发电效率。这一技术的灵活性，能证在任何规模下都有合理的发电效率。这一技术的灵活
21、性，能很好地满足生物质分散利用的特点。很好地满足生物质分散利用的特点。（2）较好的洁净性较好的洁净性。生物质本身属于可再生能源，可以有效。生物质本身属于可再生能源，可以有效地减少地减少CO2、SO2等有害气体的排放，而气化过程一般温度较等有害气体的排放，而气化过程一般温度较低低(大约在大约在700900)，NOx的生成量很少，所以能有效地控制的生成量很少，所以能有效地控制NOx的排放。的排放。（3）经济性经济性。生物质气化发电技术的灵活性，可以保证该技。生物质气化发电技术的灵活性，可以保证该技术在小规模下有较好的经济性，同时燃气发电过程简单，设备术在小规模下有较好的经济性，同时燃气发电过程简单
22、，设备紧凑，也使生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技术投紧凑，也使生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技术投资更小，合理的生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技资更小，合理的生物质气化发电技术比其他可再生能源发电技术投资小，综合发电成本己接近小型常规能源的发电水平。术投资小，综合发电成本己接近小型常规能源的发电水平。252.3.32.3.3生物质气化发电分类生物质气化发电分类（1）按气化形式不同分类按气化形式不同分类。从气化形式上看，生物质。从气化形式上看，生物质气化过程可以分为气化过程可以分为固定床和流化床固定床和流化床两大类。另外，国两大类。另外，国际上为了实现更大规模的气化发电方
23、式，提高气化发际上为了实现更大规模的气化发电方式，提高气化发电效率，正在积极开发高压流化床气化发电工艺。电效率，正在积极开发高压流化床气化发电工艺。（2）按燃气发电技术不同分类按燃气发电技术不同分类。从燃气发电过程上看，。从燃气发电过程上看，生物质气化发电主要有三种方式：一是将可燃气作为生物质气化发电主要有三种方式：一是将可燃气作为内燃机的燃料，用内燃机的燃料，用内燃机内燃机带动发电机组发电；二是将带动发电机组发电；二是将可燃气作为可燃气作为燃气轮机燃气轮机的燃料，用燃气轮机带动发电机的燃料，用燃气轮机带动发电机组发电；三是用组发电；三是用燃气轮机和汽轮机实现两级发电燃气轮机和汽轮机实现两级发
24、电，即，即利用燃气轮机排出的高温废气把水加热成蒸汽，再用利用燃气轮机排出的高温废气把水加热成蒸汽，再用蒸汽推动汽轮机带动发电机组发电。蒸汽推动汽轮机带动发电机组发电。26（3）按生物质气化发电规模分类按生物质气化发电规模分类。从发电规模上。从发电规模上分，生物质气化发电系统可分为分，生物质气化发电系统可分为小型、中型、大小型、中型、大型型三种。小型生物质气化发电系统一般指采用固三种。小型生物质气化发电系统一般指采用固定气化设备，发电规模在定气化设备，发电规模在200kw以下的气化发电以下的气化发电系统，主要集中在发展中国家，特别是非洲、印系统，主要集中在发展中国家，特别是非洲、印度和中国及东南
25、亚国家。度和中国及东南亚国家。（4）大型生物质气化发电系统大型生物质气化发电系统。生物质。生物质BIGCC技技术由于焦油处理技术与燃气轮机改造技术难度很术由于焦油处理技术与燃气轮机改造技术难度很高，仍存在很多问题，如系统未成熟，造价很高，高，仍存在很多问题，如系统未成熟，造价很高，实用性仍很差等，限制了其应用推广。实用性仍很差等，限制了其应用推广。272.3.42.3.4生物质气化发电关键技术生物质气化发电关键技术1 1）气化工艺的选择）气化工艺的选择2 2）气化过程焦油脱除技术）气化过程焦油脱除技术3 3）气化燃气净化技术）气化燃气净化技术4 4）燃气发电技术）燃气发电技术5 5）我国生物质
26、气化发电商业化障碍）我国生物质气化发电商业化障碍282.3.52.3.5整体气化联合循环整体气化联合循环（B/IGCCB/IGCC）对于燃气轮机发电系统，对于燃气轮机发电系统，发电后排放尾气温度为发电后排放尾气温度为500650。从能量利用的观点来看，尾气仍然携。从能量利用的观点来看，尾气仍然携带大量的可用能量，应当加以回收利用。另外，在带大量的可用能量，应当加以回收利用。另外，在生物质生物质气化炉出口燃气温度也比较高约气化炉出口燃气温度也比较高约700800，也可将这部分能量充分地利用起来。所以，在燃气也可将这部分能量充分地利用起来。所以，在燃气轮机发电基础上，增加余热锅炉和过热器产生蒸汽，
27、轮机发电基础上，增加余热锅炉和过热器产生蒸汽，再利用蒸汽循环进行发电，可有效地再利用蒸汽循环进行发电，可有效地提高发电效率提高发电效率（系统效率大于（系统效率大于40%），），称为生物质整体燃气称为生物质整体燃气-蒸蒸汽联合循环汽联合循环(B/IGCC)，是国际上大规模生物质气化，是国际上大规模生物质气化发电系统重点研究和发展的方向。发电系统重点研究和发展的方向。29生物质生物质BIGCCBIGCC发电工艺流程发电工艺流程302.42.4生物质燃烧发电生物质燃烧发电2.4.12.4.1生物质燃烧技术生物质燃烧技术生物质燃料的燃烧过程生物质燃料的燃烧过程31生物质燃料与煤的主要差别生物质燃料与煤
28、的主要差别燃料燃料种类种类C(%)O(%)H(%)S(%)A(%)V(%)密度密度（1/m3）生物质生物质燃料燃料3850 3044 560.100.20 41465700.470.64(木材木材)煤炭煤炭5590 320350.400.60 5257380.801.00322.4.22.4.2生物质燃烧发电工艺生物质燃烧发电工艺生物质燃烧发电现状生物质燃烧发电现状生物质燃烧发电的技术已基本成熟，它已进入推广应用生物质燃烧发电的技术已基本成熟，它已进入推广应用阶段阶段。如美国大部分生物质采用这种方法利用，近年来。如美国大部分生物质采用这种方法利用，近年来已建成已建成350多座生物质发电站，生物
29、质能发电的总装机容多座生物质发电站，生物质能发电的总装机容量已超过量已超过10000MW，单机容量达，单机容量达1025MW，处理的生，处理的生物质大部分是农业废弃物或木材厂、纸厂的森林废弃物。物质大部分是农业废弃物或木材厂、纸厂的森林废弃物。这种技术单位投资较高，大规模下效率也较高，但它要这种技术单位投资较高，大规模下效率也较高，但它要求生物质集中，数量巨大，只适于现代化大农场或大型求生物质集中，数量巨大，只适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理，对生物质较分散的发展中国家不是加工厂的废物处理，对生物质较分散的发展中国家不是很适合很适合;如果考虑生物质大规模收集与运输，成本也较高。如果考虑生
30、物质大规模收集与运输，成本也较高。从环境效益的角度考虑，从环境效益的角度考虑，生物质直接燃烧与煤燃烧相似，生物质直接燃烧与煤燃烧相似，会放出一定的会放出一定的NOx，但其他有害气体比燃煤要少得多，但其他有害气体比燃煤要少得多。33生物质能直燃发电方面，丹麦技术处于世界领先地位。生物质能直燃发电方面，丹麦技术处于世界领先地位。利用利用丹麦技术，丹麦技术，英国建设了世界上最大的秸秆直燃电厂英国建设了世界上最大的秸秆直燃电厂，装装机容量机容量38MW，年耗秸秆约，年耗秸秆约20万万t。为方便运输和储存，秸。为方便运输和储存，秸秆电厂统一接受秆电厂统一接受Hesston包，规格为包，规格为120cml
31、30cm240cm，质量约为，质量约为520kg，平均密度大约在，平均密度大约在130kg/m3。为降低炉排的温度和便于排渣，采用水冷振动炉排。为降低炉排的温度和便于排渣，采用水冷振动炉排;过热器采用独特的布置和新型防腐材料，降低了结渣和腐蚀的过热器采用独特的布置和新型防腐材料，降低了结渣和腐蚀的风险，蒸汽温度从风险，蒸汽温度从450提高到提高到540，蒸汽压力也从，蒸汽压力也从6MPa提提高到高压高到高压9MPa甚至甚至11MPa，从而提高发电效率。，从而提高发电效率。巴西和印度是巴西和印度是发展中国家利用农林生物质发电比较好的国家发展中国家利用农林生物质发电比较好的国家。截至。截至2002
32、年，年，巴西生物质装机容量为巴西生物质装机容量为1675MW，其中蔗渣是主要的燃料，约，其中蔗渣是主要的燃料，约占生物质总装机容量的占生物质总装机容量的94%，印度的蔗渣直燃电厂总装机容量，印度的蔗渣直燃电厂总装机容量达达710MW。东南亚国家在稻壳、蔗渣和棕榈壳等其他农业生物。东南亚国家在稻壳、蔗渣和棕榈壳等其他农业生物质的直燃发电方面也取得了一定的发展。质的直燃发电方面也取得了一定的发展。34生物质燃烧发电的关键技术和设备是用于燃烧生物质燃烧发电的关键技术和设备是用于燃烧秸秆等生物质的专用锅炉，秸秆等生物质的专用锅炉，这种产品我国还没有这种产品我国还没有开发研制出来开发研制出来。所以我国目
33、前建设的大型生物质。所以我国目前建设的大型生物质燃烧发电厂，大多数采用燃烧发电厂，大多数采用丹麦丹麦BWE公司的技术和公司的技术和设备。设备。35生物质燃烧发电工艺流程生物质燃烧发电工艺流程36大型生物质直燃发电典型工程简介大型生物质直燃发电典型工程简介我国第一个生物质直燃发电示范项目，国能单县生物我国第一个生物质直燃发电示范项目，国能单县生物发电工程发电工程于于2004年年9月通过国家发改委批复立项，月通过国家发改委批复立项，2004年年11月月8日奠基，日奠基，2005年年10月份主体工程开工建月份主体工程开工建设，设，2006年年11月建成并入网运行。月建成并入网运行。2006年年11月
34、完成月完成72h试运行，各项指标均达到工程设计标准。国能单县试运行，各项指标均达到工程设计标准。国能单县生物发电有限公司由国能生物发电有限公司和菏泽光源生物发电有限公司由国能生物发电有限公司和菏泽光源电力有限公司合资兴建，该工程总占地电力有限公司合资兴建，该工程总占地9.6hm2，其中，其中厂区占地厂区占地7.3 hm2，辅助用地，辅助用地2.3 hm2，注册资金，注册资金5000万元，总投资约万元，总投资约3亿元。工程采用丹麦亿元。工程采用丹麦BWE公司技术，公司技术，建设规模为建设规模为125MW单级抽凝式汽轮发电机组，配一单级抽凝式汽轮发电机组，配一台台130t/h生物质专用振动炉排高温
35、高压锅炉，燃料以生物质专用振动炉排高温高压锅炉，燃料以破碎后的棉花秸秆为主，可掺烧部分树枝、荆条等，年破碎后的棉花秸秆为主，可掺烧部分树枝、荆条等，年消耗生物质能燃料消耗生物质能燃料15万万t左右，发电量约左右，发电量约1.56亿亿kWh。37(1)生物质直燃发电售电形成的直接经济效益。以国能单县生物质直燃发电售电形成的直接经济效益。以国能单县2.5万万kw秸秆发电厂为例，发电成本由燃料费、人工费、维护秸秆发电厂为例，发电成本由燃料费、人工费、维护开支、耗材开支构成。根据有关电价政策、法规，经协商确定开支、耗材开支构成。根据有关电价政策、法规，经协商确定上网电价为上网电价为0.80元元/kWh
36、，电厂的直接经济效益分析如表，电厂的直接经济效益分析如表5.2所示。所示。(2)电厂灰渣综合利用所形成的经济效益。秸秆直燃发电厂电厂灰渣综合利用所形成的经济效益。秸秆直燃发电厂灰渣可以作为优质有机肥料出售给肥料场或者农民，可直接获灰渣可以作为优质有机肥料出售给肥料场或者农民，可直接获利。利。1 1）经济效益）经济效益项目名称项目名称数额数额年总发电量（万年总发电量（万kWh）17812年售电量（万年售电量（万kWh）14250年产值（万元）年产值（万元）11400年发电总成本（万元）年发电总成本（万元）5306.5年毛利（万元）年毛利（万元）6094投资回收期（年）投资回收期（年）538(1)
37、减少秸秆直接露天焚烧的烟尘污染和地面、水面的腐殖质减少秸秆直接露天焚烧的烟尘污染和地面、水面的腐殖质污染。污染。(2)大量减少大量减少CO2排放。用秸秆替代矿物燃料发电，是减少排放。用秸秆替代矿物燃料发电，是减少CO2排放的重要手段，有利于降低温室效应的影响。排放的重要手段，有利于降低温室效应的影响。(3)减少减少SO2排放。秸秆含硫是极低的排放。秸秆含硫是极低的(约约0.01%0.17%)，远低于煤炭中的含硫量。，远低于煤炭中的含硫量。(4)秸秆发电厂的灰渣含丰富的钾、氮、磷、钙等元素，是优秸秆发电厂的灰渣含丰富的钾、氮、磷、钙等元素，是优质肥料，有利于增加土壤有机质含量，提高农作物产量和质
38、量质肥料，有利于增加土壤有机质含量，提高农作物产量和质量。(5)带动能源农业和林业的大规模发展，将有效地绿化荒山荒带动能源农业和林业的大规模发展，将有效地绿化荒山荒地，碱轻土壤侵蚀和水土流失，治理沙漠，保护生物多样性，地，碱轻土壤侵蚀和水土流失，治理沙漠，保护生物多样性，促进生态的良性循环。促进生态的良性循环。2 2）生态环境效益）生态环境效益393 3）社会效益）社会效益国能单县国能单县2.5万万kW秸秆发电厂产生的社会效益。秸秆发电厂产生的社会效益。(1)年消耗秸秆年消耗秸秆20万万t，可替代，可替代7万万t标准煤。标准煤。(2)年可向电力系统输出年可向电力系统输出1.4亿亿kWh电，缓解
39、社会电，缓解社会电力短缺问题。电力短缺问题。(3)农民出售秸秆，年增收农民出售秸秆，年增收3800万万4000万元。万元。(4)增加本地农民的就业机会。发电厂用工及其秸增加本地农民的就业机会。发电厂用工及其秸秆收购、处理、运输等环节用工，可提供数百个工秆收购、处理、运输等环节用工，可提供数百个工作岗位。作岗位。402.4.32.4.3生物质与煤混合燃烧发电生物质与煤混合燃烧发电由于大部分生物质燃料的由于大部分生物质燃料的含水量较高，组分复杂，含水量较高，组分复杂，能量密度低，分布较分散能量密度低，分布较分散，生物质发电，生物质发电成本一般高成本一般高于常规煤粉发电站于常规煤粉发电站。采用生物质
40、与煤混合燃烧技术，。采用生物质与煤混合燃烧技术，既可以既可以达到经济上的合理性，又可以降低锅炉排放达到经济上的合理性，又可以降低锅炉排放物的浓度物的浓度。生物质与煤生物质与煤混烧技术混烧技术在我国开发在我国开发前景非常广阔前景非常广阔，对，对于我国许多现役链条炉和循环流化床锅炉来说，运于我国许多现役链条炉和循环流化床锅炉来说，运用混烧技术不需对设备做过大改动，投资费用低，用混烧技术不需对设备做过大改动，投资费用低，利用率高。利用率高。41生物质与煤混合燃烧工艺流程生物质与煤混合燃烧工艺流程42生物质与煤混燃发电工程简介生物质与煤混燃发电工程简介我国首台秸秆与煤混合燃烧发电机组于我国首台秸秆与煤
41、混合燃烧发电机组于20052005年年1212月月6 6日，在山东枣庄华电国际十里泉电厂日，在山东枣庄华电国际十里泉电厂(5(5号机组号机组)顺利投产。顺利投产。2006年年3月月21日，中国电力企业联合会日，中国电力企业联合会在华电国际十里泉发电厂主持召开了在华电国际十里泉发电厂主持召开了“400t/h煤粉煤粉炉直燃掺烧秸秆发电技术研究与应用炉直燃掺烧秸秆发电技术研究与应用”技术成果鉴技术成果鉴定会，鉴定委员会经过认真讨论考评，一致认为该定会，鉴定委员会经过认真讨论考评，一致认为该项燃烧技术为国内首创，目前在国内处于领先水平。项燃烧技术为国内首创，目前在国内处于领先水平。43十里泉发电厂十里
42、泉发电厂5号机组号机组(140MW)秸秆发电采用生物质与煤混合秸秆发电采用生物质与煤混合燃烧技术，该技术在欧洲的一些国家已有成功先例。本工程总燃烧技术，该技术在欧洲的一些国家已有成功先例。本工程总建筑面积建筑面积3383m2，投资约，投资约8000万元。改造的主要内容是增加一万元。改造的主要内容是增加一套秸秆粉碎及输送设备，增加两台额定输入热量为套秸秆粉碎及输送设备，增加两台额定输入热量为30MW的秸的秸秆燃烧器，同时对供风系统及相关控制系统进行改造。改造后秆燃烧器，同时对供风系统及相关控制系统进行改造。改造后的锅炉既可秸秆与煤粉混烧，也可继续单独燃用煤粉，每年可的锅炉既可秸秆与煤粉混烧，也可
43、继续单独燃用煤粉，每年可燃用秸秆燃用秸秆10万万t左右。两台新增加的秸秆燃烧器所输入的热负荷左右。两台新增加的秸秆燃烧器所输入的热负荷能达到锅炉额定负荷时的能达到锅炉额定负荷时的20%。十里泉发电厂十里泉发电厂5号机组秸秆发电工程，主要引进了丹麦号机组秸秆发电工程，主要引进了丹麦BWE公公司的生物质发电理念，并结合十里泉发电厂的自身特点，对国司的生物质发电理念，并结合十里泉发电厂的自身特点，对国外技术进行了全面的消化和改进，使改进后的生物质秸秆直燃外技术进行了全面的消化和改进，使改进后的生物质秸秆直燃发电技术适用于我国中小型燃煤发电机组，四角切圆煤粉炉的发电技术适用于我国中小型燃煤发电机组，四
44、角切圆煤粉炉的改造。该工程的实施还解决了一系列技术难题和难点。改造。该工程的实施还解决了一系列技术难题和难点。44掺烧情况掺烧情况掺烧比例、计量方式和改造的设备掺烧比例、计量方式和改造的设备秸秆的额定掺烧比例，按热值计为单位输入热量的秸秆的额定掺烧比例，按热值计为单位输入热量的20%20%，质，质量比约为量比约为30%30%。计量采用到货计量方式，即计算秸秆燃料的实际到货量，通计量采用到货计量方式，即计算秸秆燃料的实际到货量，通过电子汽车衡实现。过电子汽车衡实现。改造的设备包括改造的设备包括:引风机出力增容改造、燃烧器改造引风机出力增容改造、燃烧器改造(增加新增加新秸秆燃烧器秸秆燃烧器2只只)
45、、DCS控制系统进行改造、供变电系统改造，控制系统进行改造、供变电系统改造，另外增加一套秸秆制备和输送系统另外增加一套秸秆制备和输送系统(含厂房含厂房)。最长连续运行时间为最长连续运行时间为18h。由于该机组夜间参与调峰，因此。由于该机组夜间参与调峰，因此零时至早晨六时负荷低时秸秆系统不投入运行。零时至早晨六时负荷低时秸秆系统不投入运行。45掺烧对运行效率、负荷调节、排放、灰渣利用等的影响掺烧对运行效率、负荷调节、排放、灰渣利用等的影响采用秸秆部分替代煤炭燃烧发电对锅炉有一定影响，对锅炉采用秸秆部分替代煤炭燃烧发电对锅炉有一定影响，对锅炉外的其他设备不会造成影响。因秸秆燃烧很难达到较高的烟气外
46、的其他设备不会造成影响。因秸秆燃烧很难达到较高的烟气温度，温度，国外多数纯秸秆燃烧国外多数纯秸秆燃烧发电厂的发电厂的发电效率只能达到发电效率只能达到30%30%左右左右。所以为保证该机组热效率维持不变，锅炉满负荷。所以为保证该机组热效率维持不变，锅炉满负荷时需控制秸秆额定热输入为燃煤时的时需控制秸秆额定热输入为燃煤时的20%。同时，为确保锅炉。同时，为确保锅炉运行稳定和便于燃烧调整，控制投入秸秆时机组最低负荷为运行稳定和便于燃烧调整，控制投入秸秆时机组最低负荷为90MW。掺烧秸秆后，烟气流速增加，对流换热增强，但由于。掺烧秸秆后，烟气流速增加，对流换热增强，但由于容积热负荷下降，换热量基本维持
47、稳定，不会出现蒸汽严重超容积热负荷下降，换热量基本维持稳定，不会出现蒸汽严重超温现象，而且蒸汽温度整体上会略有降低。经过运行验证，锅温现象，而且蒸汽温度整体上会略有降低。经过运行验证，锅炉效率没有明显变化。炉效率没有明显变化。46 按照机组年利用小时按照机组年利用小时6000h、秸秆发电量占机组发电量的、秸秆发电量占机组发电量的20%。若不进行秸秆发电改造，该部分发电量将耗用标准煤约若不进行秸秆发电改造，该部分发电量将耗用标准煤约57184t，按目前执行的电价，按目前执行的电价354元元/(MWh)计算，年利润总额计算，年利润总额约为约为139.16万元。万元。秸秆发电改造后，运行成本将增加，
48、主要包括秸秆发电改造后，运行成本将增加，主要包括:增加投资约增加投资约8357万元，按机组剩余使用时间万元，按机组剩余使用时间10年计算，每年增加折旧费年计算，每年增加折旧费用用810.66万元万元;投资的投资的80%为银行贷款，按年利率为银行贷款，按年利率5.76%计计算，每年增加财务费用算，每年增加财务费用385.11万元万元;年均增加大修费用年均增加大修费用125.36万元万元;平均增加运行维护材料费用平均增加运行维护材料费用42.5万元万元;平均增加秸秆管理平均增加秸秆管理人员人工费用人员人工费用80万元万元;燃用秸秆后每年将增加燃料成本燃用秸秆后每年将增加燃料成本1353.62万元。
49、万元。掺烧经济性分析掺烧经济性分析47经测算，经测算，燃烧秸秆发电上网电价达到燃烧秸秆发电上网电价达到581.96元元/(MWh)才能保持改造前后赢利水平基本一致，该电价比目前燃才能保持改造前后赢利水平基本一致，该电价比目前燃煤执行的电价煤执行的电价354元元/(MWh)高高227.96元元/(MWh)。省。省物价局和电网对秸秆发电给予了物价局和电网对秸秆发电给予了594元元/(MWh)的政策的政策支持支持，以补偿秸秆发电改造投资及增加的运行成本费用，以补偿秸秆发电改造投资及增加的运行成本费用，并保持一定的利润。并保持一定的利润。由上述可知，在目前的政策下，由上述可知，在目前的政策下，秸秆与煤
50、混烧发电的商业化运营是完全可行的秸秆与煤混烧发电的商业化运营是完全可行的。48煤炭与煤炭与20%的秸秆混烧，按年运行的秸秆混烧，按年运行7500h计计算，算，每年将燃烧每年将燃烧10.7万万t秸秆，相当于减少秸秆，相当于减少5.8万万t标准煤的消耗量标准煤的消耗量。2006年，该厂共年，该厂共掺烧秸掺烧秸秆秆5.6万万t，折合标准煤，折合标准煤2.9万万t，减少二氧化碳，减少二氧化碳排放量约排放量约621t，增加，增加农民收入两千多万元农民收入两千多万元，大，大大促进了当地经济的发展。用秸秆燃烧发电使大促进了当地经济的发展。用秸秆燃烧发电使过去烂在田埂、河边，或燃烧污染环境的秸秆过去烂在田埂、
