浅谈生物质电厂优化设计
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈生物质电厂优化设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：介绍了世界能源现状和中国能源的组成，分析了生物质燃料的发展情况，以及生物质电厂设计的优化措施。
关键词：能源现状，生物质电厂，优化设计
Abstract: This paper introduces current situation of energy in the world and China's energy structure, analyze the development of biomass fuel, biomass power plant design and optimization measures.
Keywords: energy situation, biomass power plant, optimization design
中图分类号：P754.1文献标识码：A
一、世界能源现状
煤、石油、天然气等化石燃料从20 世纪70 年代就开始大规模的开采, 经过长期不规范的开采后，其存储量急剧减少。据预测, 地球上蕴藏的可开发利用的煤和石油等化石能源将分别在200 年和30～40年以内耗竭, 而天然气也只能用60 年。目前, 寻找替代能源已经是一个社会关注的热电问题。生物质能是一种可再生能源, 来源十分丰富。它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消耗总量第四位的能源。当前, 生物质燃料的消耗已占世界总能源消耗的14% ；在发展中国家这一比例达到38%。据世界粮农组织(FAO) 预测，到2050 年,以生物质能源为主的可再生能源将提供全世界60% 的电力和40% 的燃料, 并且其价格远低于化石燃料。
二、我国能源现状
目前，我国发电利用的能源以煤炭、石油及天然气等不可再生的化石能源为主。化石能源资源的有限性及开发利用引起的环境污染和温室气体排放，对其广泛应用产生了严重的制约。我国每年农作物秸秆资源量在7亿吨左右，约占生物质能源资源量的一半。除了用作工业原料、畜牧饲料以外，可以作为能源使用的在3.5亿吨左右。
三、生物质燃料分类
根据燃料种类不同，主要分为灰色秸秆和黄色秸秆两大类。棉花秸秆、树枝、木材下脚料等密度较大的木本类植物属于灰色秸秆，需破碎加工后输送至炉膛内燃烧；玉米、小麦等草本类植物属于黄色秸秆，因其体积大、重量轻、密度小，为满足锅炉燃烧发热量，保证单位时间内的上料量，需要打捆至规定的体积和重量后输送至炉膛内燃烧。第三类是为提高燃烧值压缩为一定体积的颗粒的秸秆。在加工处理上，黄色秸秆的操作难度最大。
四、秸秆燃料特点
秸秆是一种很好的清洁可再生能源，每两吨秸秆的热值就相当于一顿标准煤，而且其平均含硫量仅为3.8‰，而煤的平均含硫量约达1%。在生物质的再生利用过程中，排放的CO2与生物质再生时吸收的CO2达到碳平衡，具有CO2零排放的效果。对缓解和最终解决温室效应问题提出一种新的思路。而秸秆发电是秸秆优化利用的最主要形式之一。
五、秸秆燃料的燃烧产物
同常规火电厂一样，燃用秸秆发电的锅炉产生的污染物仍为烟尘、二氧化硫和氮氧化物。但相比于煤炭，秸秆的灰分(3.58%)、硫分(3.8‰)均较低，烟尘和二氧化硫的实际产生量亦较少。其中，二氧化硫产生浓度仅为241mg/m3，因此，无需使用烟气脱硫装置，其排放浓度即可满足《火电厂大气污染物排放标准》标准要求；秸秆的灰分低，燃烧后的灰渣富含钾等元素，可全部归田作为肥料，充分体现了秸秆电厂循环经济的优势。
六、我国秸秆电厂的现状
我国建设的第1个秸秆示范电厂2006年底刚投产，国内秸秆电厂的建设和运行经验还不多。目前有关单位建设秸秆电厂的积极性很高。有不少电厂正在建设或调试中，但也不同程度地存在一些问题，有的技术和设备还不十分成熟。有的电厂经济效益也不乐观。
根据电厂经济运输范围内的秸秆可供应量，结合电厂的规模效益，来确定秸秆电厂的规模和机组选型。从目前国内的工程实践来看，利用非固体成型原生态秸秆作燃料的电厂，初期建设规模一般控制在30 MW以内较为稳妥。电厂可留有扩建余地，何时扩建或是否扩建，可在电厂运行后根据燃料供应、价格和电厂经济效益等情况再定。燃用固体成型秸秆时，电厂规模可根据燃料供应和运输条件适当加大。
按我国可再生能源相关政策规定，秸秆电厂所发电力全部由电网公司收购，上网电价在投运15年内执行当地燃煤电厂标杆电价加0．25元／kW·h补贴。并于2010年起逐年递减补贴电价2％。秸秆电厂建设期短，新建电厂第1台机组8-10个月即可投产，能够很快发挥资金效益。
虽然秸秆电厂建设有很多优势，但目前我国秸秆电厂建设起步较晚；技术、设备和管理还不十分成熟，电厂规模较小。与燃煤电厂相比，单位造价约为燃煤电厂的2倍。即使有补贴电价，有些秸秆电厂的经济效益也很不乐观。为此，必须要在优化设计上多做文章，保证电厂在满足国家规范要求的前提下尽量做到设计合理、运行方便，并尽量控制工程造价，以保证项目的投资效益。
（一）项目概况
本工程位于山东省德州市平原县经济开发区内，位于开发区中部，大八里村东、二环路以西、大八里路南、318 省道以北。建设规模为2×75t/h次高温次高压秸秆燃烧锅炉+ 2x15MW汽轮发电机组，本期预留扩建余地，全厂公用工程一次建成。本项目燃料为：棉杆与速生林、果、桑枝条等，均属于灰色秸秆。
（二）总图布置
厂区总可用地约172440平方米（约258亩），东西长约620m,南北宽约280m，近似矩形。本工程按照功能划分为两大分区：生产生活区和露天储料区。生产生活区东西长约335m,南北宽约280m，占地约140亩；露天储料区东西长约285m,南北宽约280m，占地约118亩。生产生活区又分为：主厂房区、水工区、电力升压区、化学水处理设施区、干料区以及办公生活区等六部分。
（三）主厂房布置
汽机房纵向柱距按6m等间距设置，汽机房总长54米。3台给水泵布置在主厂房B列附近零米。给水泵与B列柱留有2m的通道。汽机房采用岛式布置,两台汽轮发电机组为纵向对头布置，汽轮发电机中心线距A列为7.5m，汽机房的跨度为14m。
优化点一：将汽机房跨度缩短为14米。
常规15MW汽轮机发电机组的汽机房跨度为18米，我院在遵守国家法规和设计规范并能保证机组的正常运行的安全、方便的前提下，减小汽机间的尺寸，将厂房跨度缩短至14米，为业主最大限度的节省投资。
当然，把厂房缩小以后也会出现新的问题：（1）管道布置需要花更多的时间进行设计；（2）汽机房零米B列的通道就比较狭窄；汽机中线到汽机房A列的距离为7.5米，到B列的距离只有6.5米，B列还布置有加热器平台，这样汽机房零米B列的通道就不宽裕了；为了解决通道的问题，我们把加热器平台靠近B列的一排柱子取消，直接从B列柱上挑牛腿与加热器平台搭接。这样既解决了加热器平台的布置问题，也留下了2米的检修、运行通道。现场实际情况也比较宽敞。
优化点二：除氧器露天布置。
国家法规规定，在气候和布置合适时、非寒冷地区可采用露天布置，寒冷及多风沙地区应采用室内布置。而德州市不属于寒冷地区，所以除氧器可以露天布置。这样除氧层B列的柱子只需要到18米，满足汽机房的结构即可；而C列柱只需要到14米层即可，除氧层上面不用封顶。为业主节省了投资。
当然露天布置也存在一定的问题，我们常规布置的很多管道都是在除氧层柱侧做支撑；现在我们很多管道必须要放到除氧层下面的管道夹层，夹层的管道也需要仔细设计，才能保证通行的畅通。
优化点三：给料没有转运。
秸秆锅炉最大的问题就是堵料问题，而给料皮带的多级转运是堵料的重要原因之一。本项目的给料我们是垂直给料，给料机和锅炉是垂直布置，只采用一条皮带直接送到锅炉炉前料仓，减少了堵料的风险。堵料的另一个问题就是料仓堵料；本项目我们料仓设计时，料仓设计比较小，存料时间比较短，这也一定程度减少了堵料的可能性。由于只有一条皮带，没有转运，业主投资也节省了不少。
优化点四：汽机房、除氧间和给料间及锅炉房为垂直布置。
常规的电厂布置为3列式或者4列式布置；而如果要为了解决锅炉的给料问题，减少转运，给料皮带必须从厂房的垂直方向接过来才行；这样场地的利用就比较零散，为了更好的利用场地，我们改变思路，把汽机房、除氧间作为一个整体；给料间、锅炉房作为一个整体，让他们垂直布置，这样就很好的解决了此问题。
本项目完成后与常规布置的同类项目相比，节省投资600多万。当然，秸秆电厂虽然远景比较好，但是它毕竟是一个比较新的东西，还需要我们总结和改进的东西还比较多；希望我这些浅显的算不上多么优化的设计能起抛砖引玉的作用，让大家能有更新的思路和更优化的改进，希望大家能更加关注秸秆电厂的未来和发展！
参考文献
[1]张殿军, 陈之航. 生物质燃烧技术的应用[ J ]. 能源研究与信息,1999, 15 (3) : 15- 21
[2]黄军军．秸秆发电技术的现状和展望[J]．能源与环境，2006，5(2)：95—96．
[3]环境评价（第二版），陆雍森，同济大学出版社。
[4]冯柏燕．利用生物能源发展秸秆发电[J]．河南科技，2006，3(1)：30—31．
[5]环境影响评价工程师职业资格登记培训教材，国家环境保护总局环境影响评价工程师职业资格登记管理办公室；
[6]宋玉银．城市固体废弃物的治理技术[J]．环境科学技术，199l，4(2)：41—45．
作者简介：
唐相初（1983－）男，汉族湖北孝感山东省热电设计院 助理工程师学士 研究方向为热能与动力工程。
杨成（1986—）男汉族山东临沂 山东省热电设计院 助理工程师 学士