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(关键词)生物质锅炉 稳定燃烧 床温床压 剩余氧量 负压
中图分类号: TK223 文献标识码: A 文章编号:
(正文)
1.前言
生物质锅炉的稳定燃烧是影响生物质发电的重要环节,做好这一环节过程中的调节,监控,事故处理及分析是对稳定燃烧的保障。广东粤电湛江生物质发电有限公司的生物质燃烧锅炉是华西能源工业股份有限公司制造的型号为HX220-9.8-Ⅳ1型的高温高压,单汽包,汽水自然循环,平衡通风,露天布置的循环硫化床锅炉,它额定负荷50MW,额定气温540℃,额定压力9.8MP。额定流量220T/H,其特点是有较好的适应燃料变化性的能力,锅炉燃烧温度低,负压运行,采用了分级送风,三级给料的方式,可以有效降低燃烧过程中氮氧化合物和硫化物的排放。针对上述特点,采取相应措施即是做好生物质锅炉稳定燃烧的方法。
2.循环流化床锅炉燃烧机理
循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式,是介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式,即通常所讲的半悬浮燃烧方式。在循环流化床锅炉中,存有大量床料,首次启动时人为添加床料,在锅炉运行时床料既有启动床料,又有新添加的燃料。床料在从布风板下送入的一次风的作用下处于流化状态,料粒被烟气夹带在炉膛内向上运动,在炉膛的不同高度部分大颗粒将沿着炉膛边壁下落,形成物料的内循环;较小固体颗粒被烟气夹带进入分离器,进行分离,绝大多数颗粒被分离下来,一部分通过回料阀直接返回炉膛,另一部分通过外置式换热器后返回炉膛,形成物料的外循环;飞灰随烟气进入尾部烟道。通过炉膛的内循环和炉外的外循环,从而实现燃料不断的往复循环燃烧; 循环流化床根据物料浓度的不同将炉膛分为密相区、过渡区和稀相区三部分,密相区中固体颗粒浓度较大,具有很大的热容量,因此在给料进入密相区后,可以顺利实现着火;与密相区相比,稀相区的物料浓度很小,稀相区是燃料的燃烧、燃尽段,同时完成炉内气固两相介质与蒸发受热面的换热,以保证锅炉的出力及炉内温度的控制
3.生物质燃料与燃煤燃料的区别
火力发电的燃煤一般热值较高,密度大,水分少,燃烧较稳定,而生物质燃料的特点是热值相对于燃煤较低,发电单耗多,密度小,颗粒大,水分多,含挥发分多,其中夹杂的石头,泥土等杂物多,燃料一旦被淋湿,易结团,因其需量和供应的特点,它在燃烧中品种变化大,对锅炉稳定燃烧影响大。
4生物质循环流化床锅炉燃烧与燃煤循环流化床锅炉燃烧区别
上述生物质燃料的特点决定了生物质循环流化床的燃烧与燃煤循环流化床锅炉燃烧的不同在于其所需上料量多,参数变化大,反应更迅速,燃烧更不稳定等。
5.生物质循环流化床锅炉稳定燃烧的因素
5.1床温床压
床温床压是反映锅炉燃烧情况的直接表现。正常运行时,湛江生物质锅炉燃烧把床温规定在650-850℃,床压规定在7.5-9.5KP。对于床温床压的调节多是对锅炉风料的配比,其中的风量调节多是一二次风的调节,而燃料的调节多是给料速度的控制。一次风热风分两路,一路从锅炉底部送入炉膛,起流化作用,第二路作为回料器的密封风;二次风热风也分分两路,一路从炉膛前后墙不同高度送入炉膛,起供氧助燃作用,另一路作为给料口的密封风和输送风。
循环流化床锅炉燃烧基本要求是循环和流化,在建立良好循环的情况下,很好的流化是加强锅炉燃烧的途径。正常情况下,加大一次风能提高床温,提高燃烧效率,特别在燃料适度明显加大的时候,更应加大一次风来保持流化,在锅炉启动初期及有需要压火减负荷是应适当减少;二次风的调节主要看炉膛剩余氧量的多少来调节,在燃料品质变化不是很大的情况下,其风量不应时常变动;床压的变化大致可分为三个因素,一是燃料中泥沙石子的含量,二是锅炉排渣系统的运行,三是一次风量的流化,对应的情况是当燃料泥沙多,床压高的时候可加大排渣量,反之相反。上诉的调节方法不是单一的操作,所涉及的参数都有关联,监控调节时要全盘考虑。
5.2剩余氧量
氧气是燃烧所必需的,而充足的氧量更是稳定燃烧的基础。湛江生物质锅炉的燃烧,一般规定炉膛剩余氧量控制在1%-3%,在对其控制时,应该与其他参数放在一起考虑,针对燃料的干湿程度以及风量和料量的配比进行调节,可适当调节。在锅炉刚启停过程中以及其他原因对负荷调节时,因考虑到燃料的燃烧程度,可使剩余氧量控制在6%左右。在正常燃烧时,对于剩余氧量的突升,在其他参数不变的情况下,一般可判断是燃料不足,可适当增加料量:对于剩余氧量的突降,在其他参数不变的情况下,一般可判断是炉膛内发生爆燃,这时应该适当减少料量。在燃烧中剩余氧量的变化属于正常现象,在锅炉产生蒸汽量,压力,温度不变的情况下,对于其的控制不可急于求成,应视情况调节,以防误判。
5.3负压
负压运行是指在锅炉尾部加装引风机,借助引风机的作用使炉膛保持负压运行的方式。保持炉膛负压运行是循环流化床锅炉运行良好的标志之一,它标示了锅炉燃烧系统,风烟系统顺畅与否,进而影响了锅炉受热面的热效率,它能有效地减少炉膛燃烧对于锅炉内部结构的侵磨和腐蚀,对于有画面监控的料仓有很大的帮组作用,还可以减少炉膛燃烧产生灰尘对外界的环境影响。
5.4事故处理
事故处理也是锅炉稳定燃烧所必不可少。生物质循环流化床锅炉的燃烧因其特点,要求了集控监盘人员的反应要快,操作要正确,但也不能慌张出错,其事故发生的种类除去燃烧锅炉多见的锅炉满水,缺水;四管爆裂;辅机故障;厂用电中断,尾部炉膛再燃烧等原因外,常见的多是因为烧料湿度大所引起的锅炉床温快速下降和燃料大范围爆燃所引起的锅炉超温超压两大类型。
5.4.1燃料被淋湿,湿度高的燃料进入炉膛时,床温可能会快速下降,负压增大剩余氧量上升,炉膛出口烟温下降,床压上升,机组负荷,气温气压下降,说明进入炉膛的燃料没有燃烧,此刻应采取以下措施:1.减少或暂停给料,2.减少或暂停返料风机,减少返料量以提高床压,3.加大一次风保持流化,4.改换干燥的燃料,5.视情况及时投油枪,6.适当降低二次风,7视情况关闭减温水,8密切监控炉膛燃烧情况,发现有床温有所上升应及时回调,并防止燃料爆燃。
5.4.2燃料挥发分高,灰尘多,热值突增易引起炉膛大范围爆燃而可能导致超温超压,此刻应采取以下措施:1.减少或暂停给料,2.减少一次风,3.加大或全开减温水,4.视情况开启对空排泄压,5密切监控炉膛燃烧情况,发现有回落趋势应及时回调,防止气温气压降低过快的事故发生。
以上两大类型亦可能连续发生,监控调节时要综合考虑及时造作并防止在处理事故时将事故扩大造成锅炉非计划停运的发生。
6总结
对于单机发电容量较大的生物质燃烧是新技术,做好锅炉燃烧更是技术的核心,在此过程中努力学习是对每一个电厂员工的要求,在相互学习探讨中搞清各参数的联系,各设配的性能,各状态的分析是工作的内容也是企业员工的责任。生物质燃烧利国利民,生物质员工更会奉献一生。
参考文献 蔡永祥 蔡宏伟 陈俊 《流化床生物质燃烧技术的应用和发展》
关键词:生物质锅炉;生物质燃料特性;稳定运行
1 概述
传统能源日益稀缺极大地制约了社会经济的发展。太阳能、风能、生物质能等新能源已成为重点发展方向,其中生物质能可开发总量极其丰富。近年国内生物质能得到了快速的发展,各能源企业不断发展生物质能并积极抢占市场。因此,生物质能作为新能源的重要组成部分,开始逐步发展。
《湛江生物质发电项目》的两台50MW的机组已于2011年8月正式投产。从调试及投产至今,发生了许多设备及运行事故,而这些事故都与生物质燃料的特性有莫大关联。本文将以调试、投运过程中遇到的问题为载体,分析生物质燃料对机组锅炉运行的影响,分析问题并采取相应措施,以保证机组的长周期安全经济运行。
2 生物质概述
2.1 定义
生物质是指有机物中除化石燃料以外的所有来源于动植物的可再生物质。生物质能主要指绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在植物内部的能量。
2.2 主要分类
林木生物质、农业生物质、水生植物、城镇有机物、粪便。
2.3 特点
(1)分布广泛、产量巨大;(2)可再生性好;(3)生物质能是绿色能源;(4)开发转化技术相对容易。
2.4 生物质燃料的主要特性
(1)粒度和形状;(2)杂质及灰份;(3)水分含量;(4)碱金属含量。
3 生物质燃料特性对CFB锅炉运行的影响
与传统燃料相比,不同种类的生物质燃料密度、热值、水分等均有较大差异。根据生物质燃料的特性,结合我厂生物质CFB锅炉运行中发生的问题,寻找它们之间的因果关系,为解决锅炉运行问题提供参考依据,有利于燃用生物质燃料的CFB锅炉稳定运行。
3.1 粒度和形状对CFB锅炉运行的影响
粒度是指颗粒的大小,即在空间范围内所占据的线性尺寸。生物质燃料是由大量单颗粒组成的颗粒群,而颗粒形状是指颗粒的轮廓或表面上各点所构成的图像。生物质燃料的颗粒形状有球状、针状、粒状、片状以及各种不规则形状[1]。在实际生产中,收集来的燃料种类及形状千差万别,其干湿度、硬度也不尽相同。由此引发的一些运行问题主要表现如下:(1)输料皮带时有破损,特别是皮带头部转换处磨损尤为严重;(2)炉前料仓入料口堵料;(3)料仓内一级给料机被料缠绕导致过负荷卡死,无法转动;(4)炉膛给料口频繁堵料;(5)给料仓内一、二级下料口搭桥。
以上问题在我厂投运初期频繁发生。为避免以上问题,本厂采取针对性措施主要如下:(1)改造破碎机,使之适用于多种生物质燃料;(2)暂不收取本厂不能破碎又不能直接燃用的物料;(3)对料仓落料口一、二级给料机下料口扩容改造,提高其适应少部分未破碎及格的料进入炉膛的能力;(4)在炉前料仓中下部安装6台与一级给料机方向垂直且间隔相等的承载螺旋给料机。
3.2 杂质及灰分对CFB锅炉运行的影响
生物质燃料一般是通过分散收购后集中运输进行采集的,其特点为收集工序复杂、种类繁多。在收集汇总与存放运输的过程中,入厂燃料混杂较多的泥沙、石头、砖块等杂质。这些生物质中不能燃烧的矿物杂质对锅炉影响特别大,主要存在以下几个问题:(1)破碎机磨损严重,影响正常破碎效率和质量,甚至发生损坏;(2)螺旋给料机卡死、叶片变形损坏,甚至造成给料机断轴和叶片脱落;(3)炉内流化不良、燃烧不稳定,床压波动大;(4)风帽磨损严重;(5)锅炉排渣不顺畅,排渣管和排渣器堵死。
对以上问题,本厂采取主要措施如下:(1)提高燃料收集的科学性,加强对收料第一环节的要求与控制;(2)对厂外供应商资格进行考评认定;(3)加强厂用料场的硬体化改造,减少储存时混入的杂质;(4)通过质检取样控制,对入炉燃料质量严格把关;(5)厂内上料前进行人工预查,清理明显杂质。
3.3 水分对CFB锅炉运行的影响
在生产过程中,生物质燃料水分主要指生物质燃料在运输和储存过程中受到雨水淋湿或随着季节变化、空气温度湿度变化而存在于生物质燃料中的外在水分[2],这对锅炉的运行有很大影响。本厂因燃料水分过大造成的问题主要如下:(1)锅炉给料系统中料仓、螺旋给料器搭桥堵塞;(2)锅炉燃烧后烟气体积较大,引风机出力不足,炉内不断冒正压,造成给料系统堵料返火;(3)水分含量提高使热值降低。同时增加了运输成本,且水分含量高的燃料不易破碎,容易粘附在设备上;(4)燃料水分高导致着火困难,使炉内温度降低,其机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失增加,导致锅炉尾部排烟温度升高,排烟热损失增大,同时飞灰含碳量增加。针对以上问题,本厂采取以下措施:(1)对入厂燃料进行水分化验,水分含量超过60%的燃料一律不予进厂;(2)厂内新建干料棚。收购的燃料分类有序存放,防止雨水淋湿。露天只存放树头之类不易吸收水分的燃料;(3)新建晒料场对水分较高的燃料进行机械化晾晒;(4)根据燃料的水分含量不同制定详细的配烧方案,稳定入炉燃料的水分含量。
通过采取以上措施,本厂锅炉运行的经济效益得到明显提高,可通过表1进行反映:
由表1可知,随着燃料中水分含量提高,燃料热值逐渐降低,其飞灰可燃物含量明显增大,锅炉效率及经济性则相应降低。
3.4 碱金属含量对CFB锅炉运行的影响
与煤相比,生物质碱金属(钾、钠)含量较高,同时生物质燃料中氯元素含量较高,导致锅炉高温过热器严重腐蚀,进而引起泄漏和爆管事故,影响锅炉的安全性和稳定性。
只要入炉燃料中含有碱金属和氯元素,将必然发生腐蚀。碱金属和氯元素含量多少只会影响腐蚀速度。当过热器蒸汽温度在490~520°C时,管壁腐蚀速度明显加快;当蒸汽温度大于520°C时,腐蚀速度将急剧增大。只要腐蚀一旦发生,将持续进行且不会停止[3]。
我厂自投运以来,因腐蚀爆管泄漏问题较为严重,我门提出了针对性措施如下:(1)在对高温过热器管排进行清焦清灰时,不宜采用机械的清灰方式,避免破坏管壁的保护性覆层;(2)严把入炉燃料质量关,严禁腐蚀性元素含量高的燃料入炉。同时,加强入炉燃料的配烧工作,从燃料的易燃性、粒度、水分、灰分、热值等方面综合考虑,确保入炉燃料品质的稳定性。
4 结束语
生物质燃料的颗粒度、杂质、水分及所含碱金属等物性对CFB锅炉的正常运行影响较大,主要包括给料系统不稳定、燃烧工况不稳定、设备损坏及主设备腐蚀严重等方面。为了提高生物质机组锅炉运行的安全性与稳定性,提高经济效益,需要对生物质燃料的收购、运输、储存严格把关,从给料系统改造、运行调整和合理配烧等方面综合控制,以保证生物质CFB锅炉能够长期安全稳定运行。
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).
[关键词]生物质 发电 安全 管理
引言
生物质发电作为新兴产业被大力扶植,未来发展前景广阔。根据发改委07年的国家《可再生能源中长期发展规划》,2020年全国生物质发电装机容量将达到3000万千瓦。据相关媒体报道,我国各级政府目前核准的生物质发电项目累计超过170个,总装机超过460万千瓦,其中已经并网发电的项目超过50个,发电总装机已超过200万千瓦。
但生物质电厂安全形势非常不容乐观,迄今为止,全国生物质电厂发生近百例事故。如:2008年12月17日淮安某生物质电厂发生料仓爆燃事件;2009年5月7日下午,盐城市某生物桔杆发电厂原料堆场发生火灾,过火面积约2500平方米。
1 生物质电厂安全管理存在的问题
1.1 电厂燃料存储场地大,为满足燃料收购淡季时机组生产需求,料场一般存储上万吨秸秆。燃料燃点低,易发生自燃。
1.2 燃料的收集、装卸、劳动力需求量大,无法实现机械化生产。目前大多数生物质电厂均是采用人力、机械混杂卸货、短驳,存在挤压、撞击等机械伤害的危险。
1.3 燃料破碎生产能力低,目前大多数生物质电厂使用农业小型破碎机械,需要大量的人力上料、出料。农用机械易发生机械绞卷、触电、撞击、割伤等人员伤害,还易发生破碎机械电器部分打火引发火情。
1.4 因生物质燃料的品种多,燃料质量不统一,入炉燃料热值、灰分、挥发份不一,锅炉燃烧无法实现自动控制,易发生炉膛正压,料仓爆燃的事件。
1.5 外来人员众多,来厂送货车辆多,厂区因生产需要,特种车辆达十数辆,现场临时作业人员数十人,易发生人员撞伤,车辆碰撞等异常现象。
2 生物质电厂安全管理的对策
鉴于生物质电厂的特点及难点,生物质电厂在安全管理上有很大个性,同时又与火力发电厂存在一定程度的共性,所以既要有火力发电厂严格的安全管理制度和精细的操作规程,同时还要有生物质特点的部分。
2.1 安全管理制度建设和落实是基础
首先狠抓安全生产责任制的落实工作,推行生产岗位一岗双责制,强化基层管理人员的安全责任,提高一线员工的安全意识。其次要加强两票三制、运行规程、安全操作规程等规章制度的修订、执行,确保正常生产安全稳定。
2.2 安全意识培养和技能培训是重点
一是安全教育是安全管理的一个重要手段。提高每一个员工的安全意识,做到变“要我安全”为“我要安全”,变被动接受安全管理为主动注意安全。二是在提高安全理论学习和安全意识培养的同时提高一线员工操作技能和异常处理能力。降低一线人员操作失误率,及时发现各种参数和设备运行异常,并迅速有效处理,是降低事故发生率和缩小事故影响范围的有力保障。
2.3 生物质电厂防火管理是关键
生物质电厂是各地方消防管理的重点防火单位,随着生物质电厂火情次数的增加,火情的影响和损失程度逐步扩大,电厂管理人员对火情的防治和重视度逐步增加。
防火管理首先是重在预防,在管理手段上有:对燃料分类分区存放,及时的燃料苫盖,严格按照先进先出的原则,定期先后次序消耗燃料,防止燃料长期堆放发生自燃;针对生物质燃料普遍水分高的现象,加强燃料的翻晒,以稳定锅炉燃烧、降低燃料自燃的机率;加强现场巡查和火灾隐患排查,对燃料堆场加强温度和湿度的监测,发现温度异常及时翻晒或组织入炉燃烧。
同时要加大消防设施投入和人员配备,提高火情处理能力。在各防火重点部位增加灭火器和消防设施的配置数量,并提高现场作业人员的灭火操作技能,将火情扑灭在初期。料场防火还应注意防止雷击、控制卸货人员和车辆携带火种,具体措施有:现场禁烟,车辆排气管加设防火罩,架设避雷针,现场设施喷涂防火材料等;高粉尘浓度的现场加强吸尘和扬尘控制,以确保高粉尘浓度现场不发生爆燃现象。
2.4 加强同类电厂学习交流和总结
在同类电厂、电力行业范围内加强交流、学习。采取“走出去、请进来”的方法,学习他人的较为科学合理的安全管理手段,吸收其他电厂的事故教训,结合本厂实际采取有效措施,有预见性、针对性的采取措施,防止同类事故重复发生。
再者要加强本厂异常分析和总结,并对各项事故防范措施在实际执行效果,进行必要的评价、分析、改进。如研究试验在固定入炉燃料品种结构条件下,如何稳定燃烧,如何合理控制锅炉负压、氧量、排烟温度等参数,减少甚至杜绝锅炉正压、爆燃现象,有效保障生产安全。
2.5 重视长期安全投资效益
安全不仅可以减少负效益――事故损失,而且可以带来间接的正效益――良好的安全生产秩序可大大提高工效、降低消耗,还可增强企业的凝聚力和声誉,不仅有经济效益而且还有社会效益,具有高收益的特点。安全管理追求的是企业和社会的长期利益。所以,我们要摒弃只顾眼前经济利益,忽视安全投入的思想和行为,处理好安全与经济效益的关系,即处理好当前利益与长远利益的关系。
2.6 加强安全管理机制、职能的转变
首先是基层部门安全管理的责任感和自主性,以落实安全生产责任制为前提形成分级管理;其次,强调企业安全管理专业门类的分工协作,改变安全部门统抓统管的做法;第三,进一步强化安全部门的监督职能,进一步突出其对基层单位的监督职能;第四,强调职工安全素质的提高,把遵章守纪变成职工的自觉行为。
1 生物质固体成型燃料
农作物秸秆通常松散地分散在大面积范围内,且堆积密度较低,这给收集、运输、储藏和应用带来了一定的困难。在一定温度和压力作用下,将秸秆压缩成棒状、块状或颗粒状等成型燃料,提高其运输和贮存能力,改善秸秆燃烧性能,提高利用效率,不仅可以用于家庭炊事、取暖,也可以作为工业锅炉和电厂的燃料替代煤、天然气、燃料油等化石能源。
2 不同类型的生物质固体成型燃料
3 生物固体成型燃料的特点
生物质固体成型燃料是生物质能开发利用技术的发展方向之一,可为农村居民和城镇用户提供优质能源,近年来越来越受到人们的广泛关注。其体积缩小6~8倍,密度约为1.1~1.4吨/m3;能源密度相当于中质烟煤:使用时火力持久,炉膛温度高,燃烧特性明显得到了改善。
二 国外生物质固体成型燃料发展现状
1 国内外发展现状
目前,国外生物质能固体成型燃料技术及设备的研发已经趋于成熟,相关标准体系也比较完善,形成了从原料收集、预处理到生物质固体成型燃料生产、配送、应用整个产业链的成熟体系和模式。
2 生物质固体成型设备
3 热利用设备
4 发展现状
2005年,世界生物质固体成型燃料产量已经超过了420万吨,其中美洲地区110万吨,欧洲地区300万吨。预计2007年将总产量超过500万t。欧洲现有生物质固体燃料成型厂70余个。仅瑞典就有生物质颗粒加工厂10余
家,单个企业的年生产能力达到了20多万吨。国外生物质固体成型燃料技术及设备的研发已经趋于成熟,相关标准体系也比较完善,形成了从原料收集、预处理到生物质固体成型燃料生产、配送、应用的产业链成熟体系和模式。
5 欧盟标准-CEN/TC335固体生物质燃料
欧盟固体生物质燃料标准化工作始于2000年。按照欧盟的要求,由欧盟标准化委员会(cEN)组织生物质固体燃料研讨会,识别并挑选了一系列需要建立的固体生物质燃料技术规范。欧盟标准化委员会准备了30个技术规范,分为术语;规格、分类和质量保证;取样和样品准备,物理(或机械)试验;化学试验等5个方面。技术规范的初始有效期限制为3年,在2年以后CEN成员国需要提交对标准的意见,特别是可否转成欧盟标准。(表2)
三 我国发展生物质固体成型燃料的有力条件
1 国内发展现状
我国生物质固体成型技术的研究开发已有二十多年的历史,20世纪90年代主要集中在螺旋挤压成型机上,但存在着成型筒及螺旋轴磨损严重、寿命较短、电耗大、成型工艺过于简单等缺点,导致综合生产成本较高,发展停滞不前。进入2000年以来,生物质固体成型技术得到明显的进展,成型设备的生产和应用已初步形成了一定的规模。
2 形成了良好的政策法规环境
国务院办公厅《关于加快推进农作物秸秆综合利用意见的通知》中指出“结合乡村环境整治,积极利用
秸秆生物气化(沼气)、热解气化、固化成型及炭化等发展生物质能,逐步改善农村能源结构。”财政部出台了《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》,采取综合性补助方式,支持从事秸秆成型燃料、秸秆气化、秸秆干馏等秸秆能源化生产的企业收集秸秆、生产秸秆能源产品并向市场推广。
3 核心技术趋于成熟
目前,我国秸秆固体成型的关键技术已取得突破,特别是模辊挤压式颗粒成型技术,已经达到国际同类产品先进水平,有效地解决了功率大、生产效率低、成型部件磨损严重、寿命短等问题,并已实行商业化。全国秸秆固体成型设备的生产和应用已初步形成了一定的规模,固体成型燃料的年产量约20万吨,主要以锯末和秸秆为原料,用于农村居民生活用能、锅炉燃料和发电等。生物质炉具的开发也取得一定的进展,开放了秸秆固体成型燃料炊事炉、炊事取暖两用炉、工业锅炉等专用炉具。
(1)不同的成型技术(图5、6、7)
(3)生物质固体成型燃料示范工程案例
示范地点:北京大兴区:建设规模:年产20000吨固体成型燃料,包括:颗粒燃料生产线1条,年产10000吨:压块燃料生产线1条,年产10000吨;原料类型:各种农作物秸秆、木屑、花生壳等。
工艺技术路线:(如8所示)
执行情况:已完成秸秆固体成型设备的研究设计,形成了具有自主知识产权的成型机,产品如图9、10、11、12所示。
2008年5月通过农业部科教司组织的鉴定,鉴定结论:技术为国内领先,主要技术经济指标居国际先进水平。
(4)生物质固体成型燃料炉
根据用途的不同,生物质固体成型燃料炉具可分为炊事炉、采暖炉和炊事采暖两用炉;根据使用燃料的规格不同,可分为颗粒炉(图13)和棒状炉;根据进料方式的不同,可分为自动进料炉和手动炉;根据燃烧方式的不同,可分为燃烧炉、半气化炉(图14)和气化炉。
(5)拟引进国外先进技术
引进了瑞典Gordic Environment AB公司的pellx生物质固体成型燃料高效燃烧器。(图15)
热输出:10~25kW;
燃烧效率:大约90%;
功率消耗:大约40W
(6)我国生物质固体成型燃料标准体系(图16)
(7)近期拟(已)制订计划(表4)
4 秸秆收储运模式初步建立
农作物秸秆通常松散地分散在大面积范围内。收购组织面广量大,涉及到千家万户,这给秸秆能源化利用带来了困难。经过探索和尝试,各地因地制宜,形成了“农户+秸秆经纪人+企业”、“农户+企业+政府”等各具特色的秸秆收储运模式。(图17)
需求分析:
生物质固体成型燃料适用于农村居民炊事和采暖用能,大中城市工业锅炉、发电和热电联产等。生物质固体成型燃料可为农村家庭提供室内取暖燃料,未来发展潜力巨大;随着国家节能减排政策的实施,大中城市取缔燃煤的工业锅炉将成为必然,将燃煤锅炉改造为燃生物质固体成型燃料锅炉则是一个可行的选择;木质颗粒燃料具有燃烧效率高、自动化程度高、清洁卫生等优点,适合于别墅壁炉等高端人群的冬季采暖,也是未来一个应用方向。
四 发展前景与展望
《可再生能源中长期发展规划》中明确提出“重点发展生物质固体成型燃料”到2010年,生物质固体成型燃料年利用量达到100万吨;到2020年,生物质固体成型燃料年利用量达到5000万吨。(图18)
效益分析:
拉动内需。建设1处年产3000吨秸秆固体成型燃料的示范点,需投资180万元,需要水泥100吨、砖30万块、沙子170吨、钢材70吨。
增加就业。建设秸秆固体成型燃料示范点可引导农村劳动力就地就近就业,每条生产线需要操作工30人,均来自当地农民,按照1000元/月计算,年人均收入可达1.2万元。同时,从秸秆的收集、储存和运输整个收购环节,可以间接带动当地的一部分劳动力参与到这个行业中来。按照每年收购12000吨原料计,可以吸收至少200人参与该行业。
农村生物质能资源种类多、分布范围广,开发利用农村生物质能源替代常规能源,具有十分广阔的发展前景。
1、发展农村生物质能源,有利于缓解能源供应压力,减少对化石能源的依赖。
我国既是化石能源非常短缺的国家,还是能源消费大国,我国年能源消费总量已达到20亿吨标准煤,居世界第二位,今后,随着经济持续快速发展,能源需求还将不断增加,据初步预测,到2020年,全国能源需求总量将达到30~36亿吨标煤,能源安全形势将更加严峻。
2、发展农村生物质能,有利于减轻环境污染。
由于我国能源消费结构以煤为主,煤炭使用过程中产生的污染成为我国主要的环境问题之一,目前,我国废气排放中约90%的二氧化硫、85%的二氧化碳和80%的烟尘都是由燃煤造成的。生物质能源替代化石能源可以减少污染物排放,保护环境。同时农村生物质能主要原料是农村秸秆、畜禽粪便等农业废弃物质,对农业废弃物的充分利用可以变废为宝、变害为利,减轻农业生产自身造成的农业面源污染,有利于保障农业生产安全和人民身体健康。
目前,农村能源消费总量从4.15亿吨标准煤发展到4.91亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。
一种能够“废物利用、变废为宝”的炉具就是农村生物质能的一种。它很廉价,但能够带来可观的社会效益;它构造简单,但却能够有效解决农村资源浪费和环境污染这样复杂的问题;它不受气候影响,符合农村生活的实际,深受农民群众欢迎,它就是高效低排生物质炉。
二、我市农作物秸秆现状
晋中市地处山西中部,西北部紧邻太原,东部与寿阳接壤,南部与太谷交界,属典型的温带大陆性气候,2009年全市耕地面积545.8413万亩,以粮食、蔬菜、果树等农作物为主,全市种植玉米305.78万亩,梨29万亩,苹果49万亩,全市农作物秸秆总产量为305.78万吨,秸秆资源丰富。果树枝盛果期果树每年每亩约修剪300~500公斤果树枝计算,苹果、梨种植78万亩果树产果树枝23.400~39万吨,目前我市秸秆利用率低,技术手段落后,造成了资源的严重浪费。因此,推广高效低排放生物质炉非常必要。
三、推广高效低排放生物质炉的示范效果显著
我市榆次区西祁村是使用高效低排放生物质炉的示范村。西祁村共有耕地面积1832亩,户均4亩果树。在新农村建设中,省农村可再生能源办公室从沼气建设入手,采取整村推进的形式,为全村建成户用沼气池108户,占到全村总户数的90%。但是沼气未能彻底解决农户冬季取暖的问题,因此,2008年我们试点安装了100多个高效低排放户用生物质炊暖两用炉,并结合本村果园多的实际配套3台树枝切割机,很好地解决了村民们的冬季做饭、取暖、洗澡等生活用能。
当我们走进村民王成平家,院子里的3个黑黝黝的大铁炉吸引了记者的目光,户主王成平笑着说:“以前我们在冬天就是靠这三个炉子取暖的,现在装上生物质炉就用不着了。”据王成平介绍,以前每到冬天,3住人的屋子必须装上这样的3个大铁炉才能保证取暖,按每个炉子一冬烧1000块蜂窝煤计算,一年全家仅取暖就要花掉1500多元钱。“现在好了,用上生物质炉,又省钱、又干净,也不怕煤气中毒,安全实用两全其美。以前当地村民大多都把果树枝仍在田间就地焚烧,不仅浪费资源,还污染环境,影响村民们的生活质量和身体健康。现在用上生物质炉具,不仅使大量的农田废弃物、果树枝变废为宝,而且还有效地杜绝了村里村外、田间地头果树枝的乱丢乱弃,整洁了村容村貌,净化了生活环境,深受我们农民们的欢迎。”
村民王二保家正在准备午饭,“院内洁净堂内明,不见炊烟闻饭香”的情景,一下子颠覆了记忆中农村烧火做饭烟熏火燎的印象。王二保说:“自打用上生物质炉,家里就再也没冒过黑烟,做饭还快,赶上农忙,回来加一把柴禾,20分钟饭就全好了。”
截至目前为止,晋中市示范高效低排放生物质能炉试点推广3600户,按每个农户减少或节约1500元买煤买炭的钱,那么3600农户,增收节支540万元,高效低排放生物质炉不但经济效益显著,生态效益与社会效益也非常可观。
四、高效低排放生物质炉具有三个优点
1、变废为宝 清洁环保。
高效低排放生物质炉是指以秸秆、薪柴等生物质为燃料,在炉内既有明火燃烧又有气化成分,没有焦油,不冒黑烟,燃烧充分,热效率高,烟气排放低的炉具。这种炉具可用于炊事、取暖、淋浴等,构造简单,便于安置,非常适合农村家庭使用。
2、生物质炉燃烧原理。
生物质炉之所以能够实现清洁、节能、高效的特点,是因为它具有独特的燃烧原理:燃料经过干馏氧化还原等过程,可以转化成高温可燃烧气体,气体经过剧烈旋转和混合,燃烧更加彻底。
3、生物质炉使用燃料。
生物质炉以固化成型燃料为主要发热燃料,固化成型燃料是将农作物秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物粉碎后,加入成型机器中,在外力作用下压缩成所需的形状。它具有密度大、安全性好;体积小,储存方便;燃烧充分,残留灰渣少等特点,它的热值相当于普通原煤的0.7倍左右,燃烧排放有害气体成分低,可实现二氧化碳零排放,二氧化硫含量较低。此外,果树修剪枝、玉米芯、薪柴等都可以直接作为燃料使用。农户使用情况证明,使用这种售价1000多元的炉具,一个五口之家一天炊事需要4.5~6公斤燃料,每年大约需要2000公斤燃料。也就是说,农户只要有5亩耕地或者6亩果树,即可满足燃料需求。