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趙連軍，謝洪權(quán)
(吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)
生物質(zhì)能是可再生能源的一種，生物質(zhì)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(zhì)的種類(lèi)包括農(nóng)作物的秸稈、殼、根，木屑、樹(shù)枝、樹(shù)皮、邊角木料，甘蔗渣等，其中秸稈在農(nóng)林生物質(zhì)中占的比例最大。生物質(zhì)能發(fā)電是全球公認(rèn)的具有良好發(fā)展前景的環(huán)保產(chǎn)業(yè)。
1生物質(zhì)能發(fā)電概況及有關(guān)政策
1.1生物質(zhì)能發(fā)電概況
在丹麥BWE公司的技術(shù)支撐下，1988年丹麥誕生了世界上第一座生物質(zhì)能燃料發(fā)電站，如今丹麥已有130家生物質(zhì)能發(fā)電站。丹麥生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源占到其全國(guó)能源消費(fèi)量的24%以上，靠新興替代能源由石油進(jìn)口國(guó)一躍成為石油出口國(guó)。隨著世界一次性能源的逐漸減少及人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步要求，開(kāi)發(fā)新能源和可再生能源在發(fā)達(dá)國(guó)家方興未艾。目前在丹麥、荷蘭、瑞典、芬蘭等歐洲國(guó)家，利用植物秸稈作為燃料發(fā)電的機(jī)組已有300多臺(tái)。
截止到2007年末，我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)2000MW，其中全部采用直接燃燒或氣化發(fā)電方式的生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)不足1000MW，采用摻燒方式的生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量超過(guò)1000MW。
從已經(jīng)運(yùn)行的直接燃燒生物質(zhì)能發(fā)電站看，汽輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量一般以12MW(或15MW)、25MW居多。各種容量汽輪發(fā)電機(jī)組均為國(guó)內(nèi)技術(shù)并由國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)廠(chǎng)家制造，其配套生物質(zhì)電站鍋爐有引進(jìn)技術(shù)國(guó)內(nèi)制造型、國(guó)內(nèi)自主技術(shù)型及現(xiàn)有鍋爐技術(shù)改造型3種。
1.1.1引進(jìn)技術(shù)、國(guó)內(nèi)制造型
12MW、18MW、25MW汽輪發(fā)電機(jī)組配引進(jìn)國(guó)外技術(shù)由國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家制造的高溫高壓參數(shù)生物質(zhì)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(jī)組已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電。引進(jìn)技術(shù)、國(guó)內(nèi)制造型鍋爐及上料系統(tǒng)技術(shù)基本成熟，汽輪發(fā)電機(jī)組能夠達(dá)到額定出力，發(fā)電設(shè)備利用時(shí)間可以達(dá)到或超過(guò)6000h。從2006年到2007年末，這類(lèi)機(jī)組投運(yùn)容量總計(jì)為324MW，其中2臺(tái)12MW、10臺(tái)30MW。
1.1.2國(guó)內(nèi)自主技術(shù)型
12MW(或15MW)汽輪發(fā)電機(jī)組一般配國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家自主制造的中溫次高壓參數(shù)生物質(zhì)鍋爐，其蒸發(fā)量為65t/h(或75t/h)。12MW(或15MW)汽輪發(fā)電機(jī)組也有機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，但是由于鍋爐本體及上料系統(tǒng)還有缺欠，鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定，汽輪發(fā)電機(jī)組難以達(dá)到額定出力，發(fā)電設(shè)備利用時(shí)間遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到6000h。這部分裝機(jī)容量約300MW。
1.1.3現(xiàn)有鍋爐摻燒生物質(zhì)燃料技術(shù)改造型
對(duì)現(xiàn)有410t/h及以下鍋爐爐膛稍加技術(shù)改造，增加生物質(zhì)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(shù)枝、甘蔗渣、棉稈等生物質(zhì)燃料發(fā)電。用生物質(zhì)燃料替代部分煤炭作為燃料后，鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性不受影響，也不增加污染。鍋爐摻燒生物質(zhì)燃料發(fā)電，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上劃算。通過(guò)調(diào)查研究獲知，摻燒生物質(zhì)燃料量一般不超過(guò)總?cè)剂狭康?0%。按照《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》中有關(guān)“發(fā)電消耗熱量中常規(guī)能源超過(guò)20%的混燃發(fā)電項(xiàng)目，視同常規(guī)能源發(fā)電項(xiàng)目，執(zhí)行當(dāng)?shù)厝济弘姀S(chǎng)的標(biāo)桿電價(jià)，不享受補(bǔ)貼電價(jià)”的規(guī)定，這部分機(jī)組嚴(yán)格意義上講不是生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目。
1.2生物質(zhì)發(fā)電政策
《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》第七條規(guī)定“生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)實(shí)行政府定價(jià)的，由國(guó)務(wù)院價(jià)格主管部門(mén)分地區(qū)制定標(biāo)桿電價(jià)，電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由各省(自治區(qū)、直轄市)2005年脫硫燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)加補(bǔ)貼電價(jià)組成。補(bǔ)貼電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為每千瓦時(shí)0.25元”。各投資商正是看好生物質(zhì)發(fā)電上網(wǎng)補(bǔ)貼電價(jià)政策，投巨資建設(shè)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目，2年之內(nèi)生物質(zhì)電站投產(chǎn)近1000MW容量，發(fā)展十分迅猛。
1.3生物質(zhì)電站發(fā)展存在的問(wèn)題
從新建已經(jīng)運(yùn)行的生物質(zhì)電站調(diào)查得知，生物質(zhì)電站尚處于試驗(yàn)階段，不具備大范圍推廣條件，主要原因如下。
a.在生物質(zhì)電站周邊25km內(nèi)，生物質(zhì)燃料量難以保障；同時(shí)燃料發(fā)熱量受季節(jié)影響，炭化嚴(yán)重，熱值降低較大。
b.生物質(zhì)燃料較輕、分散，需要集中、破碎、打包、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，到廠(chǎng)價(jià)格約270元/t，嚴(yán)重增加生物質(zhì)電站發(fā)電成本。
c.無(wú)論是引進(jìn)技術(shù)、國(guó)內(nèi)制造鍋爐，還是國(guó)產(chǎn)鍋爐，其生物質(zhì)燃料上料系統(tǒng)都不是十分完善，但是引進(jìn)技術(shù)的上料系統(tǒng)相對(duì)要好一些；由于燃料上料系統(tǒng)的不完善，制約生物質(zhì)電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
d.國(guó)產(chǎn)生物質(zhì)鍋爐一般為中溫次高壓參數(shù)，效率較低，并且技術(shù)上沒(méi)有完全過(guò)關(guān)；引進(jìn)技術(shù)生物質(zhì)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(zhì)電站工程總投資、單位工程投資較高，電價(jià)補(bǔ)貼難以?xún)冬F(xiàn)，虧損嚴(yán)重，無(wú)力償還貸款本金及利息。
2生物質(zhì)電站鍋爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較
生物質(zhì)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(fù)雜、單機(jī)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(zhì)發(fā)電普遍使用的是振動(dòng)爐排直接燃燒方式。高溫高壓直接燃燒生物質(zhì)鍋爐是引進(jìn)丹麥BWE技術(shù)、由國(guó)內(nèi)鍋爐廠(chǎng)家生產(chǎn)，中溫次高壓燃用生物質(zhì)鍋爐主要由杭州鍋爐廠(chǎng)、無(wú)錫鍋爐廠(chǎng)和濟(jì)南鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)。下面以75t/h生物質(zhì)電站鍋爐為例，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度分析、比較、論證其參數(shù)選擇問(wèn)題，探討哪種參數(shù)爐型更適合生物質(zhì)電站。
2.1技術(shù)比較
2.1.1 2種爐型電站布置、設(shè)計(jì)的主要共同之處
a.廠(chǎng)區(qū)總平面布置及占地面積。廠(chǎng)區(qū)采用四列式布置，即配電裝置，主廠(chǎng)房，除塵器和煙囪，棧橋及儲(chǔ)料場(chǎng)。廠(chǎng)區(qū)建構(gòu)筑物還有冷卻水塔區(qū)、化學(xué)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(chē)衡及其控制室區(qū)、廠(chǎng)區(qū)環(huán)形道路、廠(chǎng)區(qū)圍墻等。2臺(tái)機(jī)組廠(chǎng)區(qū)圍墻內(nèi)占地面積一般為4.40hm2。
b.主廠(chǎng)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(jī)組，75t/h中溫次高壓鍋爐配置15MW汽輪發(fā)電機(jī)組。2種參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組本體外形尺寸基本一致，主廠(chǎng)房布置基本相同，局部設(shè)備布置有微量調(diào)整。主廠(chǎng)房布置取消除氧間，僅有汽機(jī)間和鍋爐間。汽機(jī)間跨度15m，12個(gè)柱距，長(zhǎng)72m，運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高7m；鍋爐間跨度18m，14個(gè)柱距，長(zhǎng)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(chǎng)控制點(diǎn)全部納入其中。
2.1.2 2種爐型電站布置、設(shè)計(jì)的主要不同點(diǎn)
2種爐型電站主要不同點(diǎn)在于工藝布置及設(shè)計(jì)選擇，突出表現(xiàn)在鍋爐、汽輪機(jī)參數(shù)和容量、鍋爐和汽輪機(jī)主要輔機(jī)、主蒸汽管道材質(zhì)、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(jī)設(shè)備。三大主機(jī)設(shè)備參數(shù)比較見(jiàn)表1。高溫高壓鍋爐由龍基公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)，已成功投產(chǎn)運(yùn)行，中溫次高壓鍋爐分別由杭州、無(wú)錫、濟(jì)南鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)，處于試運(yùn)行當(dāng)中。
b.鍋爐、汽輪機(jī)主要輔機(jī)參數(shù)比較。高溫高壓鍋爐配套引風(fēng)機(jī)400kW、一次風(fēng)機(jī)400kW、二次風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)355kW、一次風(fēng)機(jī)355kW、二次風(fēng)機(jī)280kW、給水泵550kW、除氧器90t/h、高壓加熱器100m2。
c.主蒸汽管道材質(zhì)。高溫高壓鍋爐主蒸氣管道基本采用12Cr1MoV或低一點(diǎn)的12CrMoV同等級(jí)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(hào)為SF10224000/63，而中溫次高壓鍋爐配置主變壓器型號(hào)為SF10218000/63。2種爐型電站均是2臺(tái)機(jī)組共用1臺(tái)高壓廠(chǎng)備用變壓器，只是高壓廠(chǎng)備用變壓器的型號(hào)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(tái)500m2或1臺(tái)800m2冷卻水塔、循環(huán)水泵出力為1650m3/h；后者為2臺(tái)400m2或1臺(tái)750m2冷卻水塔、循環(huán)水泵出力為1500m3/h。
2.2經(jīng)濟(jì)比較
a.技術(shù)指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)比較見(jiàn)表2。目前，玉米秸稈到廠(chǎng)價(jià)格已經(jīng)達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算，相當(dāng)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(fèi)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(jì)指標(biāo)。工程投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)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(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在上網(wǎng)電價(jià)(含稅)0.606元/(kW?h)〔包括政策性補(bǔ)貼電價(jià)0.250元/(kW?h)〕、燃料價(jià)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(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)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(rùn)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(zhì)電站鍋爐型號(hào)選擇
a.經(jīng)過(guò)75t/h生物質(zhì)電站鍋爐的高溫高壓參數(shù)與中溫次高壓參數(shù)對(duì)比，除鍋爐參數(shù)、汽輪發(fā)電機(jī)參數(shù)和容量、主要輔機(jī)參數(shù)和容量、主變壓器容量、啟動(dòng)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(jī)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(tái)汽輪發(fā)電機(jī)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(zhì)電站全廠(chǎng)熱效率高出2.05%，達(dá)到29.98%；發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率低86.25g/(kW?h)。
c.高溫高壓鍋爐參數(shù)生物質(zhì)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(zhì)電站投資回收期比中溫次高壓鍋爐參數(shù)短3.56年，說(shuō)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(jì)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(gè)工程總投資提前回收。
f.中溫次高壓鍋爐參數(shù)生物質(zhì)電站資本金凈利潤(rùn)率僅為0.12%，也就是說(shuō)業(yè)主資本金回報(bào)利潤(rùn)率接近于零，經(jīng)濟(jì)效益太差，不利于生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目發(fā)展；高溫高壓鍋爐參數(shù)電站資本金凈利潤(rùn)率可以達(dá)到16.40%，對(duì)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)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(duì)較高。
4結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)同容量鍋爐高溫高壓參數(shù)生物質(zhì)電站與中溫次高壓參數(shù)生物質(zhì)電站的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(rùn)率、上網(wǎng)電量、發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率、全廠(chǎng)熱效率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均遠(yuǎn)好于中溫次高壓參數(shù)生物質(zhì)電站。因此無(wú)論是從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都表明，以生物質(zhì)為燃料的鍋爐容量應(yīng)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(hù)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局以環(huán)發(fā)〔2008〕82號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理工作的通知》中有關(guān)“秸稈直燃發(fā)電項(xiàng)目應(yīng)避免重復(fù)建設(shè)，盡量選擇高參數(shù)機(jī)組，原則上項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模應(yīng)不小于12MW”的要求相符合。 |
