秸秆发电厂设计探讨

(内蒙古电力勘测设计院，内蒙古 呼和浩特 010020)
摘 要： 文章介绍了生物质能的利用现状，探讨了丹麦135t/h高温高压秸秆锅炉和25MW空冷抽凝汽轮 发电机组的系统和布置。
关键词：生物质能；秸秆；发电厂设计
中图分类号：TK6  文献标识码：A  文章编 号：1007—6921(2008)21—0130—03
1 生物质能概述

生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，每年经光合作用产生的生物质约1 700 亿吨，其能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1％ 。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素 释放，回到自然界中。　

通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产电力，替代煤炭，石油和天然气等 燃料，从而减少对矿物能源的依赖。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高 效、无污染的生物质能利用技术。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到 2015年，全球总能耗将有40％来自生物质能源，主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的 产业化发展实现。

我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视，上世纪70年代以来，先后开发和推广 沼气池 技术、生物质气化集中供气、气化发电、沼气发电、甜高粱茎秆制取乙醇燃料、纤维素废弃 物制取乙醇燃料、生物质裂解油、生物柴油和能源植物等现代生物质能技术。

我国是农业大国，农村人口占总人口的70％以上，地域广阔，大部分秸秆用于炊烧、取暖、 甚至在农田里焚烧掉，处于低效利用状态，其转换效率仅为10%～20%左右，不仅造成能源的 大量浪费，而且燃烧秸秆时所产生的二氧化碳等有害物质严重污染大气，引发火灾。由于浓 烟造成的航班延误或取消、高速公路关闭或突发交通事故等等，带来无法估量的社会危害。 
2 秸秆发电厂

秸秆发电是一种高科技、新型、环保、可再生能源方式，是缓解目前能源短缺的重要途径。 建立秸秆发电厂，一方面，将秸秆热能转化为电能，可以开发出新的能源利用方式，变废为 宝，变害为利；另一方面，秸秆充分燃烧利用，可降低有害物质的排放。秸秆发电设有烟气 净处理系统和布袋除尘器，使经布袋除尘器处理的烟气烟尘排放浓度低于25mg/Nm³，大大 低于我国燃煤发电厂的烟灰排放水平，可有效降低污染，保护生态环境。

秸秆发电厂的燃料就是生物秸秆，可以是棉花、玉米、小麦、甘蔗、大豆等农作物秸秆，也 可以是木屑、树枝和速生林。将秸秆粉碎、打包，通过秸秆输送装置将秸秆送入锅炉炉膛燃 烧，生物能转变为热能，把水加热成蒸汽，推动汽轮发电机做功发电。烟气经除尘后排入大 气。

秸秆发电厂点火油可用轻柴油，也可用石油液化气或天然气。

本文以丹麦BWE公司高温高压135t/h燃烧秸秆振动炉排锅炉和国产高温高压25MW空冷抽气凝 汽式汽轮发电机组为例，介绍了生物秸秆发电厂的系统和布置。
3 秸秆及消耗量
3.1 燃料成分分析

假设燃料为棉花秸秆，成分分析如表1。其他的成分与棉花相差可能不大。

3.2 燃料消耗量

4 装机方案
4.1 汽轮机选型
  汽轮机形式：高温高压、单缸、妆接空冷、抽凝式汽轮机。
  型号：C25-8.83/0.981
  额定功率：      [WB]25MW
  最大功率：                  30MW
  主汽门前气压：              8.83MPa
  主汽门前温度：              535℃
  抽气压力：                  0.981MPa
TRL背压：                           34kPa
THA背压：                           15kPa
阻塞背压：                  6.70kPa
  夏季纯凝工况气耗：          4.57kg/kWh
  冬季纯凝工况气耗：          4.2kg/kWh
  冷却水温度：                额定 33℃
  给水温度：                  额定 210℃                                    
  转速：                    3 000r/min   
4.2 锅炉选型
    锅炉形式：高温高压、自然循环、全钢炉架、燃烧秸秆、振动炉排、汽包炉、露天布置 、布袋除尘器
    锅炉最大连续蒸发量： 135t/h
    过热蒸汽压力：                9.2MPa（g）
    过热蒸汽温度：                540℃
    给水温度：                    210℃
锅炉效率：                    ≥92%
4.3 汽轮发电机选型

发电机和汽轮机的容量设计条件应相互协调。按照发电机的额定容量应与汽轮机的纯凝连续 出力相匹配，发电机的最大连续输出容量应与汽轮机的最大进汽量工况下的出力相匹配的原 则，结合以上机炉选型情况，初步选用空冷式30MW的汽轮发电机。
  额定功率：                      30MW
  额定电压：                   6.3kV
  额定电流：                   3 437A
  功率因数：                   0.8
额定转速：                   3 000r/min    
冷却方式：                   空冷
5 热力系统

本工程只有一台机组，采用单元制。
5.1 主蒸汽系统

锅炉过热器联箱出口蒸汽经一根φ273×20(12Cr1MoV)的管道送至汽轮机主气门。
5.2 主给水系统

给水系统设置两台100%容量的电动给水泵，1台运行，1台备用。主给水管道为φ194 ×15，材料20钢。
5.3 回热抽气系统

汽轮机设置五级抽气，分别供两台高压加热器、一台高压除氧器、两台低压加热器及 工业和采暖用汽。

采用滑压除氧系统，配置一台给水箱和一台高压除氧器。加热蒸汽由三段抽气供给。
高压加热器疏水为逐级回流，最后一级疏入高压除氧器，当运行中工况变化不能疏入除氧器 时，亦可疏入4号低压加热器。

低压加热器疏水为逐级回流，5号低压加热器的疏水通过低加疏水泵打回排汽装置。
5.4 汽轮机排汽系统

本工程采用直接空冷系统，直接空冷排汽系统将汽机排汽送到空冷散热器中进行凝结， 并将空冷器的凝结水收集到排汽装置热井中。

汽轮机排汽由低压缸排出后进入一根直径为2.5m的排气管道，排气管在空冷器平台侧分成 若干支管接至空冷散热器组顶部进入配气管，蒸汽由配气管分别进入顺流和逆流散热翅片管 冷却凝结。
5.5 空冷器抽真空系统

抽真空系统在机组启动时排除空冷器内以及辅助设备和管道里的空气，使其真空达到要 求的启动值（抽吸状态）；机组正常运行期间该系统排除集结在空冷器内的不凝结气体，以 维持系统真空。

本工程推荐选用两台水环真空泵，每台按100％容量选取，正常运行时一台运行，一台备用 。机组启动时，为加快抽真空速度，两台真空泵同时运行，在规定时间内，可使空冷凝汽器 的压力达到机组的冲转要求。
5.6 凝结水系统

每台机组配置两台100%容量的凝结水泵，1台运行，1台备用。
5.7 工业水系统

工业冷却水系统主要为冷油器、给水泵、风机等提供冷却水，由水工专业的工业水管道接入 主厂房。
6 燃烧系统
6.1 给料系统

收集到电厂的秸秆由打包机打成一个个2.5×1.3×1.2的秸秆包，存放于位于炉前的秸秆仓 库中。秸秆包从仓库通过链式输送带传递到破碎机（标高约11.80m），经破碎机称重、破 碎、松散，垂直落入螺旋给料机（标高约5.5m），螺旋给料机将破碎后的秸秆送入炉膛燃 烧。
6.2 烟风系统

采用平衡通风系统。

空气系统由一台100%容量的送风机和空预器组成。因秸秆成分中含有氯元素，烟气腐蚀性较 强，烟气将不通过空预器。空气的预热由蒸汽加热实现，烧需要空气量的另一部分通过振动炉排 进入锅炉。

经炉膛燃烧后产生的高温烟气和飞灰，流过过热器和省煤器，由引风机将烟气吸入布袋除尘 器净化，最后经120m高的烟囱排向大气，烟囱出口内径4m。
6.3 主要辅机选择

送风机为一台，容量100%，离心式，风量余量不小于10%，压头余量不小于20%。

引风机为一台，容量100%，离心式，风量余量不小于10%，压头余量不小于20%。

链式输送带4条，各25%容量。

破碎机4台，各25%破碎能力。

螺旋给料机4台，各25%容量，由两台双轴电机驱动。

烟囱一座，高度120m，出口内径4m，能够满足环保要求。
6.4 点火油及助燃油系统

秸秆点火及助燃暂按油系统考虑。采用#0轻柴油，初步考虑设置2个50m³的油罐，一台卸 油泵和两台供油泵。油区设置油泵房。
6.5 空压机系统

设置仪用和检修用压缩空气系统，空压机暂按5m³/min两台考虑，仪用和检修用空压机互 用。设置两台5m³/min的压缩空气净化装置。 
7 主厂房布置

本工程不同于常规电厂，主厂房按汽机房、除氧煤仓间、锅炉房顺序排列。而是汽机房和除 氧间布置在锅炉房的右侧（从炉前看），炉后布置有布袋除尘器、送风机和引风机、烟囱。 炉前布置秸秆上料库，凝汽器循环冷却水管道经汽机房A列柱接进/出。主厂房主要尺寸见表 3。

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8 结束语

目前，国家已颁布实施《再生资源法》，生物质能发电必将迎来一个大的发展。生物质能发 电厂的设计和建设在国内刚刚起步，有很多问题需要逐步解决，比如秸秆锅炉的设计、制造 国产化，燃料的收集、储存和运输，燃烧系统的优化等。本文以我国正在建设的第一个生物 发电厂为参考模型，对设计作了初步探讨，将推动生物发电技术的进一步应用。