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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，生物質能發電是指主要以農業、林業和工業廢棄物以及城市垃圾為原料，采取直接燃燒或氣化的發電方式。農林生物質的種類包括農作物的秸稈、殼、根，木屑、樹枝、樹皮、邊角木料，甘蔗渣等，其中秸稈在農林生物質中占的比例最大。生物質能發電是全球公認的具有良好發展前景的環保產業。
1生物質能發電概況及有關政策
1.1生物質能發電概況
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電站，如今丹麥已有130家生物質能發電站。丹麥生物質能發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境質量的進一步要求，開發新能源和可再生能源在發達國家方興未艾。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電的機組已有300多臺。
截止到2007年末，我國生物質能發電裝機容量已經超過2000MW，其中全部采用直接燃燒或氣化發電方式的生物質能發電裝機不足1000MW，采用摻燒方式的生物質能發電裝機容量超過1000MW。
從已經運行的直接燃燒生物質能發電站看，汽輪發電機組單機容量一般以12MW(或15MW)、25MW居多。各種容量汽輪發電機組均為國內技術并由國內汽輪機、發電機廠家制造，其配套生物質電站鍋爐有引進技術國內制造型、國內自主技術型及現有鍋爐技術改造型3種。
1.1.1引進技術、國內制造型
12MW、18MW、25MW汽輪發電機組配引進國外技術由國內廠家制造的高溫高壓參數生物質能鍋爐，其蒸發量分別為48t/h、75t/h、130t/h，其中48t/h及130t/h配套12MW、25MW汽輪發電機組已經投產發電。引進技術、國內制造型鍋爐及上料系統技術基本成熟，汽輪發電機組能夠達到額定出力，發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國內自主技術型
12MW(或15MW)汽輪發電機組一般配國內廠家自主制造的中溫次高壓參數生物質鍋爐，其蒸發量為65t/h(或75t/h)。12MW(或15MW)汽輪發電機組也有機組投產運行，但是由于鍋爐本體及上料系統還有缺欠，鍋爐運行不穩定，汽輪發電機組難以達到額定出力，發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現有鍋爐摻燒生物質燃料技術改造型
對現有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，增加布袋式除塵裝置，在燃煤系統摻燒秸稈、樹枝、甘蔗渣、棉稈等生物質燃料發電。用生物質燃料替代部分煤炭作為燃料后，鍋爐、汽輪發電機組的運行穩定性不受影響，也不增加污染。鍋爐摻燒生物質燃料發電，技術上可行，經濟上劃算。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《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》中有關“發電消耗熱量中常規能源超過20%的混燃發電項目，視同常規能源發電項目，執行當地燃煤電廠的標桿電價，不享受補貼電價”的規定，這部分機組嚴格意義上講不是生物質發電項目。
1.2生物質發電政策
《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》第七條規定“生物質發電項目上網電價實行政府定價的，由國務院價格主管部門分地區制定標桿電價，電價標準由各省(自治區、直轄市)2005年脫硫燃煤機組標桿上網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電上網補貼電價政策，投巨資建設生物質發電項目，2年之內生物質電站投產近1000MW容量，發展十分迅猛。
1.3生物質電站發展存在的問題
從新建已經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，生物質燃料量難以保障；同時燃料發熱量受季節影響，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、運輸等環節，到廠價格約270元/t，嚴重增加生物質電站發電成本。
c.無論是引進技術、國內制造鍋爐，還是國產鍋爐，其生物質燃料上料系統都不是十分完善，但是引進技術的上料系統相對要好一些；由于燃料上料系統的不完善，制約生物質電站安全、經濟運行。
d.國產生物質鍋爐一般為中溫次高壓參數，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，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，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復雜、單機容量小、工程投資較大、發電成本偏高，逐漸被直接燃燒所替代。目前生物質發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、由國內鍋爐廠家生產，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。下面以75t/h生物質電站鍋爐為例，從技術、經濟角度分析、比較、論證其參數選擇問題，探討哪種參數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.廠區總平面布置及占地面積。廠區采用四列式布置，即配電裝置，主廠房，除塵器和煙囪，棧橋及儲料場。廠區建構筑物還有冷卻水塔區、化學水處理區、綜合水泵房及蓄水池區、綜合辦公樓區、電子汽車衡及其控制室區、廠區環形道路、廠區圍墻等。2臺機組廠區圍墻內占地面積一般為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有區別。75t/h高溫高壓鍋爐配置18MW汽輪發電機組，75t/h中溫次高壓鍋爐配置15MW汽輪發電機組。2種參數汽輪發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.燃料上料系統均采用電站內破碎、灰渣分除、氣力除灰、干渣排放方式，除鹽水采用反滲透，控制系統采用分散控制系統(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，突出表現在鍋爐、汽輪機參數和容量、鍋爐和汽輪機主要輔機、主蒸汽管道材質、主變壓器系統和循環水系統等方面，具體差別如下。
a.三大主機設備。三大主機設備參數比較見表1。高溫高壓鍋爐由龍基公司引進技術生產，已成功投產運行，中溫次高壓鍋爐分別由杭州、無錫、濟南鍋爐廠生產，處于試運行當中。
b.鍋爐、汽輪機主要輔機參數比較。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。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.循環水系統。高溫高壓鍋爐和中溫次高壓鍋爐2種爐型電站的循環水系統的主要區別為：前者為2臺500m2或1臺800m2冷卻水塔、循環水泵出力為1650m3/h；后者為2臺400m2或1臺750m2冷卻水塔、循環水泵出力為1500m3/h。
2.2經濟比較
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電標準煤耗率兩者相差86.25g/(kW?h)，僅燃料發電單位成本就相差010466元/(kW?h)。按上網電量1.89×108kW?h計算，相當于節約880×104元，占多投入工程總投資3980×104元的22.10%，因節約成本費用僅用4.96年就可以收回多投入的工程投資。
b.工程投資經濟指標。工程投資經濟指標比較見表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.經濟評價指標。在上網電價(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種參數電站經濟評價指標如下：發電單位成本分別為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.經過75t/h生物質電站鍋爐的高溫高壓參數與中溫次高壓參數對比，除鍋爐參數、汽輪發電機參數和容量、主要輔機參數和容量、主變壓器容量、啟動備用變壓器容量、循環水泵流量、冷卻水塔面積變化較大外，其他系統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電機容量增加3MW，容量提高20%。
b.高溫高壓鍋爐參數較中溫次高壓鍋爐參數生物質電站全廠熱效率高出2.05%，達到29.98%；發電標準煤耗率低86.25g/(kW?h)。
c.高溫高壓鍋爐參數生物質電站工程總投資高于中溫次高壓鍋爐參數，但是單位工程投資卻低。
d.高溫高壓鍋爐參數比中溫次高壓鍋爐參數上網電量高出3510×104kW?h，發電單位成本低0.064元/(kW?h)。
e.高溫高壓鍋爐參數生物質電站投資回收期比中溫次高壓鍋爐參數短3.56年，說明即使高溫高壓鍋爐參數多投資3980×104元，由于其發電量較多、經濟性較好，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生物質電站資本金凈利潤率僅為0.12%，也就是說業主資本金回報利潤率接近于零，經濟效益太差，不利于生物質發電項目發展；高溫高壓鍋爐參數電站資本金凈利潤率可以達到16.40%，對生物質發電項目發展比較有利。
g.單位容量占地面積方面，高溫高壓鍋爐參數比中溫次高壓鍋爐參數低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生物質電站與中溫次高壓參數生物質電站的技術和經濟比較，可以看出，雖然高溫高壓參數一次性工程總投資比中溫次高壓參數要高，但是單位工程投資、發電單位成本、總投資收益率、資本金凈利潤率、上網電量、發電標準煤耗率、全廠熱效率等技術經濟指標均遠好于中溫次高壓參數生物質電站。因此無論是從技術上還是經濟上都表明，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。這與2008年9月4日環境保護部、國家發展和改革委員會、國家能源局以環發〔2008〕82號《關于進一步加強生物質發電項目環境影響評價管理工作的通知》中有關“秸稈直燃發電項目應避免重復建設，盡量選擇高參數機組，原則上項目建設規模應不小于12MW”的要求相符合。 |
