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趙連軍，謝洪權
(吉林省電力勘測設計院，吉林 長春 130022)
生物質能是可再生能源的一種，生物質能發(fā)電是指主要以農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物以及城市垃圾為原料，采取直接燃燒或氣化的發(fā)電方式。農(nóng)林生物質的種類包括農(nóng)作物的秸稈、殼、根，木屑、樹枝、樹皮、邊角木料，甘蔗渣等，其中秸稈在農(nóng)林生物質中占的比例最大。生物質能發(fā)電是全球公認的具有良好發(fā)展前景的環(huán)保產(chǎn)業(yè)。
1生物質能發(fā)電概況及有關政策
1.1生物質能發(fā)電概況
在丹麥BWE公司的技術支撐下，1988年丹麥誕生了世界上第一座生物質能燃料發(fā)電站，如今丹麥已有130家生物質能發(fā)電站。丹麥生物質能發(fā)電等可再生能源占到其全國能源消費量的24%以上，靠新興替代能源由石油進口國一躍成為石油出口國。隨著世界一次性能源的逐漸減少及人們對環(huán)境質量的進一步要求，開發(fā)新能源和可再生能源在發(fā)達國家方興未艾。目前在丹麥、荷蘭、瑞典、芬蘭等歐洲國家，利用植物秸稈作為燃料發(fā)電的機組已有300多臺。
截止到2007年末，我國生物質能發(fā)電裝機容量已經(jīng)超過2000MW，其中全部采用直接燃燒或氣化發(fā)電方式的生物質能發(fā)電裝機不足1000MW，采用摻燒方式的生物質能發(fā)電裝機容量超過1000MW。
從已經(jīng)運行的直接燃燒生物質能發(fā)電站看，汽輪發(fā)電機組單機容量一般以12MW(或15MW)、25MW居多。各種容量汽輪發(fā)電機組均為國內(nèi)技術并由國內(nèi)汽輪機、發(fā)電機廠家制造，其配套生物質電站鍋爐有引進技術國內(nèi)制造型、國內(nèi)自主技術型及現(xiàn)有鍋爐技術改造型3種。
1.1.1引進技術、國內(nèi)制造型
12MW、18MW、25MW汽輪發(fā)電機組配引進國外技術由國內(nèi)廠家制造的高溫高壓參數(shù)生物質能鍋爐，其蒸發(fā)量分別為48t/h、75t/h、130t/h，其中48t/h及130t/h配套12MW、25MW汽輪發(fā)電機組已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電。引進技術、國內(nèi)制造型鍋爐及上料系統(tǒng)技術基本成熟，汽輪發(fā)電機組能夠達到額定出力，發(fā)電設備利用時間可以達到或超過6000h。從2006年到2007年末，這類機組投運容量總計為324MW，其中2臺12MW、10臺30MW。
1.1.2國內(nèi)自主技術型
12MW(或15MW)汽輪發(fā)電機組一般配國內(nèi)廠家自主制造的中溫次高壓參數(shù)生物質鍋爐，其蒸發(fā)量為65t/h(或75t/h)。12MW(或15MW)汽輪發(fā)電機組也有機組投產(chǎn)運行，但是由于鍋爐本體及上料系統(tǒng)還有缺欠，鍋爐運行不穩(wěn)定，汽輪發(fā)電機組難以達到額定出力，發(fā)電設備利用時間遠沒有達到6000h。這部分裝機容量約300MW。
1.1.3現(xiàn)有鍋爐摻燒生物質燃料技術改造型
對現(xiàn)有410t/h及以下鍋爐爐膛稍加技術改造，增加生物質燃料輸送物料系統(tǒng)，增加布袋式除塵裝置，在燃煤系統(tǒng)摻燒秸稈、樹枝、甘蔗渣、棉稈等生物質燃料發(fā)電。用生物質燃料替代部分煤炭作為燃料后，鍋爐、汽輪發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性不受影響，也不增加污染。鍋爐摻燒生物質燃料發(fā)電，技術上可行，經(jīng)濟上劃算。通過調查研究獲知，摻燒生物質燃料量一般不超過總燃料量的20%。按照《可再生能源發(fā)電價格和費用分攤管理試行辦法》中有關“發(fā)電消耗熱量中常規(guī)能源超過20%的混燃發(fā)電項目，視同常規(guī)能源發(fā)電項目，執(zhí)行當?shù)厝济弘姀S的標桿電價，不享受補貼電價”的規(guī)定，這部分機組嚴格意義上講不是生物質發(fā)電項目。
1.2生物質發(fā)電政策
《可再生能源發(fā)電價格和費用分攤管理試行辦法》第七條規(guī)定“生物質發(fā)電項目上網(wǎng)電價實行政府定價的，由國務院價格主管部門分地區(qū)制定標桿電價，電價標準由各省(自治區(qū)、直轄市)2005年脫硫燃煤機組標桿上網(wǎng)電價加補貼電價組成。補貼電價標準為每千瓦時0.25元”。各投資商正是看好生物質發(fā)電上網(wǎng)補貼電價政策，投巨資建設生物質發(fā)電項目，2年之內(nèi)生物質電站投產(chǎn)近1000MW容量，發(fā)展十分迅猛。
1.3生物質電站發(fā)展存在的問題
從新建已經(jīng)運行的生物質電站調查得知，生物質電站尚處于試驗階段，不具備大范圍推廣條件，主要原因如下。
a.在生物質電站周邊25km內(nèi)，生物質燃料量難以保障；同時燃料發(fā)熱量受季節(jié)影響，炭化嚴重，熱值降低較大。
b.生物質燃料較輕、分散，需要集中、破碎、打包、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，到廠價格約270元/t，嚴重增加生物質電站發(fā)電成本。
c.無論是引進技術、國內(nèi)制造鍋爐，還是國產(chǎn)鍋爐，其生物質燃料上料系統(tǒng)都不是十分完善，但是引進技術的上料系統(tǒng)相對要好一些；由于燃料上料系統(tǒng)的不完善，制約生物質電站安全、經(jīng)濟運行。
d.國產(chǎn)生物質鍋爐一般為中溫次高壓參數(shù)，效率較低，并且技術上沒有完全過關；引進技術生物質鍋爐為高溫高壓鍋爐參數(shù)，工程總投資較高，一次性投資較大。
e.生物質電站工程總投資、單位工程投資較高，電價補貼難以兌現(xiàn)，虧損嚴重，無力償還貸款本金及利息。
2生物質電站鍋爐技術經(jīng)濟指標比較
生物質電站鍋爐一般采用直接燃燒或氣化燃燒。氣化燃燒較直接燃燒工藝系統(tǒng)復雜、單機容量小、工程投資較大、發(fā)電成本偏高，逐漸被直接燃燒所替代。目前生物質發(fā)電普遍使用的是振動爐排直接燃燒方式。高溫高壓直接燃燒生物質鍋爐是引進丹麥BWE技術、由國內(nèi)鍋爐廠家生產(chǎn)，中溫次高壓燃用生物質鍋爐主要由杭州鍋爐廠、無錫鍋爐廠和濟南鍋爐廠生產(chǎn)。下面以75t/h生物質電站鍋爐為例，從技術、經(jīng)濟角度分析、比較、論證其參數(shù)選擇問題，探討哪種參數(shù)爐型更適合生物質電站。
2.1技術比較
2.1.1 2種爐型電站布置、設計的主要共同之處
a.廠區(qū)總平面布置及占地面積。廠區(qū)采用四列式布置，即配電裝置，主廠房，除塵器和煙囪，棧橋及儲料場。廠區(qū)建構筑物還有冷卻水塔區(qū)、化學水處理區(qū)、綜合水泵房及蓄水池區(qū)、綜合辦公樓區(qū)、電子汽車衡及其控制室區(qū)、廠區(qū)環(huán)形道路、廠區(qū)圍墻等。2臺機組廠區(qū)圍墻內(nèi)占地面積一般為4.40hm2。
b.主廠房布置。75t/h高溫高壓鍋爐和75t/h中溫次高壓鍋爐容量相同，僅是溫度和壓力參數(shù)有區(qū)別。75t/h高溫高壓鍋爐配置18MW汽輪發(fā)電機組，75t/h中溫次高壓鍋爐配置15MW汽輪發(fā)電機組。2種參數(shù)汽輪發(fā)電機組本體外形尺寸基本一致，主廠房布置基本相同，局部設備布置有微量調整。主廠房布置取消除氧間，僅有汽機間和鍋爐間。汽機間跨度15m，12個柱距，長72m，運轉層標高7m；鍋爐間跨度18m，14個柱距，長87m。2爐共用1座高80m、出口直徑2.5m的煙囪。
c.燃料上料系統(tǒng)均采用電站內(nèi)破碎、灰渣分除、氣力除灰、干渣排放方式，除鹽水采用反滲透，控制系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)(DCS)，全廠控制點全部納入其中。
2.1.2 2種爐型電站布置、設計的主要不同點
2種爐型電站主要不同點在于工藝布置及設計選擇，突出表現(xiàn)在鍋爐、汽輪機參數(shù)和容量、鍋爐和汽輪機主要輔機、主蒸汽管道材質、主變壓器系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)等方面，具體差別如下。
a.三大主機設備。三大主機設備參數(shù)比較見表1。高溫高壓鍋爐由龍基公司引進技術生產(chǎn)，已成功投產(chǎn)運行，中溫次高壓鍋爐分別由杭州、無錫、濟南鍋爐廠生產(chǎn)，處于試運行當中。
b.鍋爐、汽輪機主要輔機參數(shù)比較。高溫高壓鍋爐配套引風機400kW、一次風機400kW、二次風機280kW、給水泵630kW、除氧器130t/h、高壓加熱器120m2；中溫次高壓鍋爐配套引風機355kW、一次風機355kW、二次風機280kW、給水泵550kW、除氧器90t/h、高壓加熱器100m2。
c.主蒸汽管道材質。高溫高壓鍋爐主蒸氣管道基本采用12Cr1MoV或低一點的12CrMoV同等級鋼材，中溫次高壓鍋爐主蒸氣管道采用20G材料。
d.主變壓器系統(tǒng)。高溫高壓鍋爐配置主變壓器型號為SF10224000/63，而中溫次高壓鍋爐配置主變壓器型號為SF10218000/63。2種爐型電站均是2臺機組共用1臺高壓廠備用變壓器，只是高壓廠備用變壓器的型號不同，高溫高壓鍋爐配SFZ925000/63型，中溫次高壓鍋爐配SFZ924000/63型。
e.循環(huán)水系統(tǒng)。高溫高壓鍋爐和中溫次高壓鍋爐2種爐型電站的循環(huán)水系統(tǒng)的主要區(qū)別為：前者為2臺500m2或1臺800m2冷卻水塔、循環(huán)水泵出力為1650m3/h；后者為2臺400m2或1臺750m2冷卻水塔、循環(huán)水泵出力為1500m3/h。
2.2經(jīng)濟比較
a.技術指標。技術指標比較見表2。目前，玉米秸稈到廠價格已經(jīng)達到270元/t左右。由于高溫高壓鍋爐和中溫次高壓鍋爐折合的發(fā)電標準煤耗率兩者相差86.25g/(kW?h)，僅燃料發(fā)電單位成本就相差010466元/(kW?h)。按上網(wǎng)電量1.89×108kW?h計算，相當于節(jié)約880×104元，占多投入工程總投資3980×104元的22.10%，因節(jié)約成本費用僅用4.96年就可以收回多投入的工程投資。
b.工程投資經(jīng)濟指標。工程投資經(jīng)濟指標比較見表3。
從表3可以看出，中溫次高壓鍋爐方案比高溫高壓鍋爐方案工程總投資低3980×104元，但是單位工程投資比后者高470元/kW。
c.經(jīng)濟評價指標。在上網(wǎng)電價(含稅)0.606元/(kW?h)〔包括政策性補貼電價0.250元/(kW?h)〕、燃料價格270元/t情況下，高溫高壓鍋爐、中溫次高壓鍋爐2種參數(shù)電站經(jīng)濟評價指標如下：發(fā)電單位成本分別為0.3767元/(kW?h)和0.4411元/(kW?h)；總投資收益率分別為7158%和3176%；資本金凈利潤率分別為16.40%和01.2%；稅前投資回收期分別為9114年和12170年。
3 75t/h生物質電站鍋爐型號選擇
a.經(jīng)過75t/h生物質電站鍋爐的高溫高壓參數(shù)與中溫次高壓參數(shù)對比，除鍋爐參數(shù)、汽輪發(fā)電機參數(shù)和容量、主要輔機參數(shù)和容量、主變壓器容量、啟動備用變壓器容量、循環(huán)水泵流量、冷卻水塔面積變化較大外，其他系統(tǒng)容量及建筑工程量基本不變或微量變化。從機組容量上看，高溫高壓鍋爐方案比中溫次高壓鍋爐方案單臺汽輪發(fā)電機容量增加3MW，容量提高20%。
b.高溫高壓鍋爐參數(shù)較中溫次高壓鍋爐參數(shù)生物質電站全廠熱效率高出2.05%，達到29.98%；發(fā)電標準煤耗率低86.25g/(kW?h)。
c.高溫高壓鍋爐參數(shù)生物質電站工程總投資高于中溫次高壓鍋爐參數(shù)，但是單位工程投資卻低。
d.高溫高壓鍋爐參數(shù)比中溫次高壓鍋爐參數(shù)上網(wǎng)電量高出3510×104kW?h，發(fā)電單位成本低0.064元/(kW?h)。
e.高溫高壓鍋爐參數(shù)生物質電站投資回收期比中溫次高壓鍋爐參數(shù)短3.56年，說明即使高溫高壓鍋爐參數(shù)多投資3980×104元，由于其發(fā)電量較多、經(jīng)濟性較好，不僅可以提前回收多投入的資金，而且還可以使整個工程總投資提前回收。
f.中溫次高壓鍋爐參數(shù)生物質電站資本金凈利潤率僅為0.12%，也就是說業(yè)主資本金回報利潤率接近于零，經(jīng)濟效益太差，不利于生物質發(fā)電項目發(fā)展；高溫高壓鍋爐參數(shù)電站資本金凈利潤率可以達到16.40%，對生物質發(fā)電項目發(fā)展比較有利。
g.單位容量占地面積方面，高溫高壓鍋爐參數(shù)比中溫次高壓鍋爐參數(shù)低0.245m2/kW，土地利用率相對較高。
4結束語
通過同容量鍋爐高溫高壓參數(shù)生物質電站與中溫次高壓參數(shù)生物質電站的技術和經(jīng)濟比較，可以看出，雖然高溫高壓參數(shù)一次性工程總投資比中溫次高壓參數(shù)要高，但是單位工程投資、發(fā)電單位成本、總投資收益率、資本金凈利潤率、上網(wǎng)電量、發(fā)電標準煤耗率、全廠熱效率等技術經(jīng)濟指標均遠好于中溫次高壓參數(shù)生物質電站。因此無論是從技術上還是經(jīng)濟上都表明，以生物質為燃料的鍋爐容量應該盡可能選擇高溫高壓參數(shù)。這與2008年9月4日環(huán)境保護部、國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局以環(huán)發(fā)〔2008〕82號《關于進一步加強生物質發(fā)電項目環(huán)境影響評價管理工作的通知》中有關“秸稈直燃發(fā)電項目應避免重復建設，盡量選擇高參數(shù)機組，原則上項目建設規(guī)模應不小于12MW”的要求相符合。 |
