綜合利用農作物秸稈發(fā)電國內外情況淺談

1、綜合利用農作物秸稈發(fā)國內外電情況淺談一、 概述隨著全球工業(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。但由于受到技術發(fā)展和自然環(huán)境的影響以及受到經濟發(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大的比重。為改變這一現(xiàn)狀,世界各國都在積 極進行再生能源的開發(fā)和利用工作。作為再生能源中的一部分,目前,生物質能源的研究與開發(fā)已經成為世界各國 政府和科學家研究的諸多熱門課題之一。將生物質能轉化為高品位能源在國外已具 有相當可觀的規(guī)模,我國是一個人口大國,也是一個最大的發(fā)展中國家,農林作物 十分豐富,特

2、別是農作物秸稈年產量巨大。但由于受種種條件限制,大量的農作物 秸稈被農民一把火燒掉,既浪費了資源也嚴重污染了空氣。因此,研究并大力推廣 秸稈發(fā)電技術,可以有效把秸稈轉化為電能,減少一次性能源消耗,保障我國能源 安全,并且對保護環(huán)境非常有利,還可為農民增收增加一條途徑。二、 秸稈發(fā)電技術及其重要意義秸稈發(fā)電,就是以農作物秸稈為主要燃料的一種發(fā)電方式,又分為秸稈氣化發(fā) 電和秸稈燃燒發(fā)電。秸稈氣化發(fā)電是將秸稈在缺氧狀態(tài)下燃燒,發(fā)生化學反應,生 成高品位、易輸送、利用效率高的氣體,利用這些產生的氣體再進行發(fā)電。但秸稈 氣化發(fā)電工藝過程復雜,難以適應大規(guī)模應用,主要用于較小規(guī)模的發(fā)電項目。秸 稈直接燃燒

3、發(fā)電是目前實現(xiàn)規(guī)模化應用唯一現(xiàn)實的途徑。1. 秸稈發(fā)電現(xiàn)狀介紹秸稈發(fā)電在歐洲,尤其是北歐的一些國家已經有 10余年的歷史。 20世紀 70年 代爆發(fā)世界第一次石油危機后,能源一直依賴進口的丹麥,在大力推廣節(jié)能措施的 同時,積極開發(fā)生物質能和風能等清潔可再生能源。其中丹麥 BWE 公司率先研發(fā)秸 稈生物燃燒發(fā)電技術,并在 1988年投運了世界上第一座秸稈生物燃燒發(fā)電廠 (Haslev , 5MW ,此后 BWE 公司在西歐設計并建造了大量的生物發(fā)電廠,其中最大 的發(fā)電廠是英國的 Elyan 發(fā)電廠,裝機容量為 38MW ,現(xiàn)在以秸稈發(fā)電等可再生能源 已經占丹麥能源消耗的 24%以上。我國秸稈發(fā)電

4、起步晚,目前仍屬起步階段。 2005年,我國首個秸稈生物燃燒發(fā) 電廠在河北省晉州市開工建設,該項目引進了丹麥的秸稈發(fā)電設備,建成后每年處 理秸稈 20萬噸,發(fā)電量為 1.2億度,年可節(jié)約煤炭 16萬噸,減少二氧化硫排放量 60多噸,減少煙塵排放量 400噸。按照每噸秸稈 100元的收購價測算,通過收購秸 稈, 每年可使當?shù)剞r民增收 2000萬元。 河南省目前已經有多個秸稈發(fā)電項目, 主要 分為兩種模式,一種是新建項目,目前主要有鶴壁、?？h、南陽、周口、鹿邑等, 大多采用進口技術,散裝運儲上料,適用于麥秸稈;另一種是小火電改造,已實施的有長葛和新密,大多采用常溫固化技術,即壓塊和造粒,適用于玉米

5、秸稈。 2. 秸稈發(fā)電具有的重要意義秸稈已經被認為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,推廣秸 稈發(fā)電,將具有重要意義:(1農作物秸稈量大,覆蓋面廣,燃料來源充足。表 1中列出了中國農業(yè)部/美國能源部項目專家組編制的 中國生物質資源可獲得性評價 中 2000年秸稈資源 分布及 2010年的預計可獲得量數(shù)據。從表中我們可以看出, 2000年我國秸稈總產 量可達 6.4億噸,其中有 54.3%即 3.5億噸可用作能源,到 2010年,預計總產量可 達 7.26億噸,可用作能源的有 3.76億噸。(2秸稈含硫量很低。國際能源機構的有關研究表明,秸稈的平均含硫量只有 千分之 3.8,而煤的平

6、均含硫量約達百分之一。且低溫燃燒產生的氮氧化物較少, 所以除塵后的煙氣不進行脫硫,煙氣可直接通過煙囪排入大氣。丹麥等國家的運行 試驗表明秸稈鍋爐經除塵后的煙氣不加其他凈化措施完全能夠滿足環(huán)保要求。所以 秸稈發(fā)電不僅具有較好的經濟效益,還有良好的生態(tài)效益和社會效益。(3各類作物秸稈發(fā)熱量略有區(qū)別(各種秸稈的熱值見表 1所示,但經測定, 秸稈熱值約為 15000KJ/Kg,相當于標準煤的 50%。其中麥秸稈、玉米秸稈的發(fā)熱量 在農作物秸稈中為最小,低位發(fā)熱量也有 14.4MJ/kg,相當 0.492kg 標準煤。使用 秸稈發(fā)電,可降低煤炭消耗。表 1 不同秸稈熱值表(單位:千焦 (4秸稈通常含有

7、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,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。(5作為燃料,煤炭開采具有一定的危險性,特別是礦井開采,管理難度大。 農作物秸稈與其相比,則危險性小,易管理,且屬于廢棄物利用,符合國家能源發(fā) 展產業(yè)政策。三、 秸稈發(fā)電關鍵問題對于目前采用的秸稈燃燒發(fā)電,其燃料的生產工藝技術又稱生物質常溫固化成 型技術, 簡稱 CZSN 技術。 它是把秸稈、 雜草灌木條乃至果殼果皮等農林廢棄物在常 溫下壓縮成熱值達 2850至 4500大卡的高密度燃料棒或顆粒,這種顆粒比傳統(tǒng)的燃 燒效率高 4倍,其燃燒方式、熱值均接近煤炭卻基本無污染物排放

8、。這種發(fā)電方式 與常規(guī)的火力發(fā)電相似,但又有所不同,其中的關鍵問題是秸稈發(fā)電中涉及到的燃 料制備、儲存以及鍋爐技術。1. 秸稈燃料的制備和儲存在世界范圍內,生物質能應用的瓶頸主要是收集、儲運、壓縮成本過高。農作物秸稈體積大、組織蓬松,必須曬干打捆后才便于儲存。國外現(xiàn)行的技術一種是簡 單地將秸稈等生物質材料打包后燃料,我國正在大量引進的丹麥 BWE 秸稈發(fā)電技術 就是這種,因為壓縮比例小,仍未解決原材料的收集半徑問題;另一種是瑞典、美 國等國的熱成型技術,是把粉碎后的生物質在攝氏 170度至 220度的高溫高壓下壓 縮成每立方米 625公斤的高密度成型燃料,極大降低了燃料的儲運成本。目前我國國內

9、采用的秸稈造粒技術主要有兩種方案:一是南京農科院技術,平 模活塞式,其加工成本 100元 /噸以內,擠壓顆粒密度不超過 1。另外一種是河南省 電力行協(xié)根據河北加工飼料機研制的旋模螺旋式,其加工成本 60元 /噸以內,擠壓 密度在 1.1-1.3,接近煤炭密度。2. 秸稈鍋爐的研究和設計目前國內對秸稈鍋爐研究和設計采用的方式按燃燒方式分:一是層燃,即爐排 式,又分為鏈條爐排河水冷式振動爐排(丹麥技術,也有層燃加懸浮等,也稱為 層燃。另一種是循環(huán)流化床燃燒。按燃料采集形式又可分為:一是分散裝打包利用新上料系統(tǒng),另外一種是秸稈 造粒技術。 對于秸稈造粒技術, 無錫鍋爐廠已利用丹麥技術設計出了散裝打包

10、上料, 水冷式振動爐排秸稈鍋爐。該鍋爐特點,水冷式振動爐排是考慮秸稈揮發(fā)會很高, 進爐膛燃燒輻射發(fā)熱比較快,避免燒壞爐排,又能讓燃料燃盡。為避免高溫過熱器 氯腐蝕,高溫過熱器采用特殊材料,低溫過熱器與高溫過熱器不在一個煙道,采用 三煙道布置,同時也采取措施預防結焦。而上海四方鍋爐廠則采取秸稈造粒上料方 式,鏈條爐排燃燒方式秸稈鍋爐,其特點比較適應電廠改造,上料系統(tǒng)簡單,可以 采用原來設施,便于秸稈燃料儲存和運輸。四、 秸稈發(fā)電的可行性分析秸稈從粉碎到成型再到燃燒所需設備必須配套,才能在農村、城鎮(zhèn)中形成產業(yè) 推廣應用。從秸稈資源產量來看,近年來,隨著農村經濟發(fā)展,我國農作物秸桿產量逐年 遞增,預

11、計我國秸稈總產量到 2010年可達 7.26億噸。就拿河南省來說,作為一個 農業(yè)大省,秸稈產量豐富,據估算,年產量在 4000-5000萬噸之間,除用于氨化青 貯作飼料,生物食用菌、氣化作燃料、部分還田作肥料外,估計每年 2000多萬噸可 用來發(fā)電, 按 1個 2*1.2萬千瓦時機組年需秸稈 16萬噸計算, 可支持 100個左右這 樣的電廠。秸稈發(fā)電符合國家環(huán)保政策要求。為大力發(fā)展我國可再生能源,我國已在 2006年正式施行可再生能源法,國家發(fā)改委也先后下發(fā)了發(fā)改價格 20067號文和 國家發(fā)改委關于印發(fā)可再生能源價格和費用分攤管理試行辦法的通知,文中規(guī) 定對生物質能發(fā)電每度電補 0.25元,

12、 并在全國范圍征收可再生能源基金, 用于補貼 秸稈發(fā)電行業(yè)。 根據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 300萬千瓦。因此從中央到地方政府都制定了一系 列優(yōu)惠政策,如秸稈發(fā)電廠所發(fā)電量由電網全額收購;上網電價經當?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 0.500.60元左右;進口設備的關稅和進口環(huán)節(jié)增值稅全免等,這些政策的出臺為 秸稈發(fā)電在我國的推廣提供了有力的保障。成本費用分析。生物質能應用的主要瓶頸是儲運成本的制約,如果秸稈燃料采 用散裝方式,不需太多加工過程,但是需要占用較大存儲場地,收集和存儲費用較 大, 噸成本在 260元 -400元之間, 并且壓縮比例小, 原材料收集半徑受到一定限制; 而采用造粒技術,可以較好解決秸稈的運輸和儲存難題,估計噸成本在 300-400元 之間。 按照目前中溫中壓機組 350元 /噸秸稈計算, 其燃料成本大約在 0.45元左右, 電價如果按 0.59元計算,每度電有 0.14元空間。這種技術