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生物质电厂燃料运输、贮存及输送系统
发布时间：2013-07-25 08:29 来源：未知
0、引言
利用生物质能发电是我国迫切需要的，是解决能源出路的最好途径之一。为此，我国于2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》，目的是为了可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展。
国内各大电力集团及能源投资商都想走在生物质发电行业的前列，在短时间内，现已有多台生物质电厂投入运行，由于在建设初期国内没有成熟的生物质燃料输送运行经验及相应的规程规范，生物质电厂燃料输送系统及设备选型多种多样，运行中存在各种问题，且不同系统选择也影响电厂投资和运行成本，总结出适用的生物质电厂燃料输送系统及可行的运行设备，有利于再建生物质电厂少走弯路，且可指导现有运行系统的改进。
1、生物质燃料厂外运输
农林生物质具有重量轻、体积大、分布面积广、收获具有季节性等特点。针对生物质的这些特点，厂外一般采用公路运输方式，目前，农村基本上是村村通公路，农用运输车辆也很普及，在农民农闲时间，将农户堆放在屋前屋后空地上秸杆用农用车运至收购站也是一种增收的途径。
目前，较常见的运输方式是：个体收购者或农民将收割后留在田间的秸杆集中到田头或屋前屋后空地上，通过农用车送到就近收购站，在收购站打捆或粉碎后贮存，清除燃料中夹杂砖头土块，对含水量大的燃料进行风干，利于进厂燃料质量保证，当电厂需要时，用载重车辆运往电厂燃料堆场。
由于生物质比重轻、体积大，运输车辆载重量受到限制，当电厂装机容量在25MW时，每天进入电厂的燃料量在700--800t，每辆车载重按5～10 t计算时，一天按日间运行12小时计算，每小时进厂5～11辆车，几乎是每隔5～10分钟就有一辆载重车进厂，在厂内测试水份、计量还需停留1～2分钟，厂前的燃料进厂道路上车辆将是连续不断。目前国能集团、大唐、凯迪等所建的生物质电厂，为了减少运输成本，都配有大车箱专用自卸汽车从收购站运往电厂。
以上是我认为比较适宜的厂外运输方案。
由于燃料收集途径很多，每个电厂燃料来源、运输条件、锅炉形式不同，采用什么样的运输方式，需根据实际情况调研后确定，下面介绍几种可行的其它电厂运输方案：
(1)船运
在河流较发达地区，采用船运是一种较经济的运输方式。
江苏兴化生物质气化发电厂，厂址紧邻运河，电厂所需燃料采用船运，到厂后用负压气力管道送至燃料堆放仓库。
气力管道运输方案是稻壳运输的最经济、环保的一种方式，且有利于将稻壳中土块、石头分离出来，避免锅炉底渣系统因大块卡住。但该系统不适应粉碎后秸杆运输，由于秸杆之间相互牵连搭桥，很容易产生堵管，输送能力大大降低。一般采用胶带输送机从船头送进厂内燃料堆场。
(2)有些长距离运输，特别是木材加工废弃料及农产品加工废弃物，为了减少对环境污染及减少运输成本，将燃料装袋后用载重车运往电厂，在已投运的河北成安电厂中，厂外燃料经装袋后用农用车或载重车运输进厂，然后通过人工解袋，每班解袋人数都在十几人以上，在安徽宁国生物质电厂燃料运输中也有类似情况。且在解袋过程中扬尘较大，工作环境恶劣。
(3)黄秸杆因轻、泡而带来的运输、粉碎难度大等原因，为了解决上述问题，将秸杆压实成型，加工成固体颗粒，增加比重、减少体积，便于运输的生物质固体成型设备便运营而生，其设备使用特点是：
一，生物质固体成型设备以小型（产量为0.5-1吨／小时）、价款在4万元左右，一家一户即可买得起，放得下，干得了。在村庄里由农户就地将秸秆加工成型，使秸杆密度大、体积小，便于远距离运输。
二，便于储存。由于秸杆压实后比重大，相对秸杆来说贮存所占用面积大太减少。
三，秸秆可能用一根火柴就使其燃烧起熊熊大火，而压缩成型后其燃点是比较高的，通常难以引燃，使其防火不再难。
四，秸秆压缩成型后，体积大幅度缩小，密度大幅度增加，不再象秸秆那样输送入炉时容易篷住、卡住，使生物质燃料入炉不再难。
显然，由于生物质固体成型燃料密度大，便于储存和运输，从而使生物质电厂燃料输送中存在的难题得到比较好的解决。但在生物质固体成型过程中要耗费人力、动力、物力，必将使生物质燃料成本增大。根据黑龙江双赢再生能源有限公司设备运行估算，在秸秆压缩成型过程中，其费用每吨增加了85元。而在市场上，生物质固体成型燃料价格高达每吨600元左右，电厂很难接受，应该说，将生物质固体成型燃料技术用于生物质发电生产，将使规模较大的生物质发电生产更容易实现，关键在于如何降低成本。是一个非常值得研究的重要课题。
2、生物质燃料贮存
生物质电厂的燃料储藏也是一件大事。燃煤电厂的贮煤，一般考虑15至25日的消耗量。可是生物质的存量需考虑青黄不接及收购价格问题，总要按数月设计。不论集中一处或多处，必然占用大量土地。其消防也成为大事。下图为某电厂厂外燃料堆场。
目前，电厂燃料储存有二种模式，一是厂内设一个供锅炉燃用几天的小型堆料场，只是满足下雨天不便运输时使用，减少厂内占地，便于运行管理，同时避免火灾对电厂的威胁，在电厂周边设置多个中间小料场兼燃料收购及粉碎，其优点减少电厂运行环节，避免因秸杆粉碎产生的灰尘飞扬对电厂环境污染。燃料收集、粉碎及运输由独立的燃料公司负责，减少电厂运行人员，有利于利用社会空地和富裕劳动力，降低电厂运行成本。但采用中间多个小料�。ɑ蚴展赫荆┑脑诵蟹绞�，比只设一个终端大料场除重复了场内卸车、堆垛、拆垛、装车的作业成本外（约10元／吨），更大的成本则是重复了从中间料场到终端料场的运输费用（约20-30元吨）。经验证明，项目建设单位如采取中间多个小料场（或收购站）进行原料收、储、用的作业模式，其单位作业成本将达到35-45元／吨（其中5元为电厂的终端作业成本）。如在此基础上，再实行打包，打捆的供应方式，则每吨原料的作业成本还将上升30-50元，其单位作业的总成本将达到65-85元／吨，一个年耗原料20万吨的项目，如采用此类作业流程，其每年总的作业费用将达到1300-1700万元。
二是厂内设置一个大型堆料场，减少中间转运环节，降低燃料收购成本同时保证燃料贮量能满足机组连续运行，也避免在秸杆淡季时价格上涨，但电厂占地面积大，为了保证电厂消防安全，场地利用率低。
从我国第一台直燃式生物质电厂投运至今也才一二年的时间，电厂燃料的贮存还没有一个统一的规定，大多数电厂生物质的贮存参照造纸行业或燃煤电厂相关管理规定执行，如我院设计的生物质电厂，在厂内设置有十几公顷的堆场，生物质燃料按照便于排水、堆垛、拆垛及消防要求规划，但当地消防部门要求严格按照《造纸行业原料场消防安全管理规定》执行。原料场应设置在企业、居民居住地全年风向最小频率的上风侧，并设有充足的消防水源和畅通的消防车道。原料场应远离生产区、生活区。一般要求：储量在两万吨以上的大型原料场，与生产区、生活区的距离应在一百米以上；两万吨以下的中小型原料场，与生产区、生活区的距离应在五十米以上。距场外道路边不应小于十五米，距场内主要道路路边不应小于十米。稻草麦秸堆垛长×宽×高为30m×lOm×13m，芦苇芒杆竹子堆垛长×宽×高为60m×15mX 13m。
按照此规定，场地利用率非常低。对于燃料消耗量相当大的电厂来说是否合适，还需待生物质电厂运行几年后，根据电厂实际运行情况再归纳总结出适合电厂运行的燃料堆放管理规定。从目前投运的电厂来看，一般按燃煤电厂堆煤方式在运行，厂内常用科堆一般堆高3～5m．采用装载机或抓掘机堆料，形成一个大料场。下图为北方电厂厂内燃料堆场。
3、生物质燃料输送系统概况
目前，就秸秆发电的关键技术除了秸秆焚烧锅炉技术及其可靠性问题外，摆在各项目设计和建设单位面前的就是如何解决包括原料运输、装卸、堆垛、拆垛、抓运、喂料等物流设备的配套及实现一条龙机械化作业问题。针对各种泡、松、散、乱类的秸秆特性及国外、国内同类设备运行经验，很多设备制造厂家在原有类似设备基础上开发和研究出适合秸杆特点的新设备。
3.1 装卸及储料设施
由于我国农村劳动力比较富余，为了减少料场初期投资，采用人工卸车及堆料的方式比较普遍，在已投运的几个生物质电厂匀采用人工卸车及堆料。每班运行人数十几人到几十人，从长期运行来看，运行成本高，效率低。而且秸杆装卸及储料与国内造纸行业类似，国内已有较成熟的设备。根据造纸行业运行要求，江苏八达重工机械有限公司已进行了十年的艰苦研制，推出面对中国秸秆发电行业的场内装卸、堆垛、拆垛、转（抓）运和喂料作业设备，基本可以实现电厂燃料运行要求。虽然国产设备在质量和性能方面与国外名牌产品有一定差距，但设备造价和维修成本均比进口设备要低的多，
露天料场卸料设施采用双动力液压轮式直臂或叠臂抓料机，功能是进行汽车卸车、堆垛、拆垛以及燃料转运上料昼间作业，该产品是一种流动式、全回转，具有机械臂、机械手作业功能的装卸、堆垛和拆垛专用设备，含有多项专利技术�？朔诵械醯雀骼嗳硭髌鹬鼗饕凳弊ザ芬状虬凇⑿妥ト∈蔽尴卵沽�、而对较积实的物料抓取效果差，以及遇有方向性抓取要求时，其定位性差及不可控制换向等不足。
该产品具有内燃机和外接380V电源互换作业的“双动力”驱动系统。其特点包括电动作业可设计防爆电机驱动、全封闭电气控制，作业安全防火，并比内燃机作业节省70%的能耗；可快速更换不同的液压抓斗，实现了一机多用功能；同时还设置液压散热器，过流、过载、过热、漏电和“Y/△”降压启动等多种�；すδ�。是对木材、草苇、毛竹等秸秆类及打捆类原料进行装卸、堆垛、拆垛和喂料作业的专用设备。并确保其在重点消防单位作业的安全可靠性。常用规格型号产品主要技术性能参数如下：
3.2上料设备
干料棚及露天料场上料系统给料设备，目前电厂使用比较多的是装载机或桥抓，桥抓上料机械化程度高，可以兼作堆料、转运作业，不占用地面空间。采用装载机上料，可以降低干料棚的造价，运行比较灵活，地面一搬都进行了硬化处理，但需要留出较大的空间给装载机转向，且在上料过程中因铲斗的反转高度要求，卸料高度一般离地面2^-3米，扬尘较大。
3.3粉碎设备
根据目前锅炉运行要求，其入炉秸杆长度在20mm~40mm之间，秸杆需切碎。稻杆与麦杆一般分为黄秸杆而棉杆及树枝为灰秸杆，根据其特性其粉碎设备也有所不同，主要分刀切和锤切二种，刀切出力较小，功耗较大，刀片需经常更换，出料比较均匀，比较适宜黄秸杆，锤切正好弥补刀切缺点。但出料长度难保证，设备出力一般在3～15t/h之间，随着秸杆粉碎设备在生物质电厂中的运行，粉碎设备也在不断改进，已有刀切与
锤切二种相结合的设备投入运行。
粉碎设备布置分厂内和厂外二种方式，当厂外设有收购站时，在每个收购站根据周边可收秸杆种类，设置相应的粉碎设备，由于电厂厂外收购站一般在4～6个，就需要设置多台粉碎设备，如果设在厂内，粉碎设备就需适应不同种类秸杆。因粉碎设备在运行过程申易发热，为了避免火灾，需间断运行。
由于秸杆在收割时，含泥土和灰尘较多，在粉碎过程中扬尘很大。如果设在厂外，可将粉碎设备布置在上风向，可让灰尘落在下风向堆场处。若布置在厂内，因电厂各设备运行环境要求，粉碎设备需配吸尘设施，避免粉尘对厂区及周边环境影响。
3.4燃料输送系统及运行方式
根据生物质燃料的特点及已投运的电厂运行情况，厂内输送系统一般采用胶带输送机配螺旋或其它给料机，在大米加工厂所建的气化发电厂，因燃料为单一的稻壳，根据大米加工工艺，稻壳采用气力送至炉前仓较经济。
3.4.1胶带机输送系统
由于生物质燃料一般比重轻，易飞扬，带速通常为1.0m/s-1.25m/s，相应带宽在1000mm～1400mm左右，采用普通胶带机，双路布置，一路运行，一路备用，也可双路同时运行。现已运行的胶带机角度可达到23°。
目前已投运的电厂也有采用裙边胶带机的，价格较高，且在运行时，由于清扫困难，在头部回程段及栈桥面撤落很多秸杆粉末，需人工清理。
3.4.2给料设备
由于生物质有泡、松、软及搭桥的特点，避免下料不畅，下料斗一般为矩形，斗口较宽，在山东单县生物质电厂采用的是双列刮板给料机，在大唐安庆生物质电厂采用的是双列鳞板给料机，都是链条传动，在运行过程中，发现料斗内料不能存料，科层一高就易过载，在成安生物质电厂安装有二种给料机，一种是活底料仓，一种是多排螺旋给料机，活底料仓也存在料层一高就易过载现象，而螺旋给料机在运行过程中因燃料中含硬块及秸杆搭桥而发生卞住现象，为了避免卡住，所配电机功率一般较大。还有一种布置在地面上的组合式给料机，采用皮带与链条二种相结合的传动方式，可倾斜布置，减少了土建工程量。采用那种给料机，主要根据燃料输送系统料场布置形式选择，下面是几种给料机运行照片。
发展，到今天已发展成实用化最成功的洁净煤燃烧技术之一，正在全世界的电力行业中向大型化的方向迅速发展，并在容量和蒸汽参数上追赶煤粉炉，并正在对传统的煤涡炉技术进行挑战。以自然循环为基础的亚临界循环流化床(CFB)锅炉技术，在过去的10多年中已达到了电站锅炉的容量水平。30年来，由于市场的需求使得中国的CFB得到了长足的发展，现在中国已是世界上循环流化床锅炉台数最多、总装机容量最大和发展速度最快的国家。到2008年底，全国已投运的CFB锅炉已超过3000台，总容量达67，OOOMWe，占全国煤电装机总容量的11.61%。在67，OOOMWe CFB锅炉的总容量中，锅炉容量在l00-200MWe之间的超过100台，其中已投运的300MWeCFB锅炉15台，在建的300MWeCFB锅炉64台，加上已经立项的工程，中国的300MWe等级亚临界CFB锅炉工程项目已经超过100台。由福斯特惠勒公司供货的世界上第一台460MWe超临界循环流化床锅炉已经于2009年初在波兰Lagisza电厂成功投运（图1），中国的第一台600MWe超临界CFB锅炉也在四川白马电厂开始兴建(图2)。当前，全球正面临气候变化、全球变暖的严峻挑战，火电面临二氧化碳减排的巨大压力下，作为电站锅炉品种之一的循环流化床锅炉，也必须走高效率的超临界、超超临界蒸汽参数的发展道路。
世界上第一台460MW超临界循环流化床锅炉的成功投运是一个里程碑，它是循环流化床燃烧技术和可采用低质量流率的本生垂直管直流锅炉技术成功结合的标志，它标志着循环流化床燃烧技术不仅能够充分发挥其燃料灵活性和低排放特性的优点，而且在容量和效率上能够开始和煤粉炉进行竞争。特别是在超临界和超超临界蒸汽参数的水平上，超I临界循环流化床与超临界煤粉炉比较，具有以下的特点：
(1)采用低质量流速本生垂直管技术，使得水冷壁的流动阻力减小，从而减少了出的信号，控制输送系统的启停。也可通过调节给料出力与锅炉耗量匹配，使系统连续运行。避免因炉前料仓积料高后，产生下料不畅。
燃料输送系统纳入全厂辅助控制系统集中控制。同时也可以切换为手动控制，在就地有手动操作装置。
4、结论
生物质发电是一种很有前景的新型能源利用方式，近几年在国家政策引导下发展很快，正在新建的电厂很多，但投入运行的电厂运行时间还很短，由于设备及运行经验不足，多数投入试运行的电厂也在改进中，为了少走弯路、节省投资，需对已投运的电厂归纳总结，研究解决运行中存在的问题，找出适合生物质电厂可持续健康发展最佳途经。现就针对生物质燃料收集、运输、贮存及输送系统的研究提出如下观点：
1)燃料收集：对于农民人均耕地较少，分散式种植的地区，宜采用厂外设置收购站的收集方式，便于农民出售。对于农场式的大规模种植的地区，电厂与农场形成一体化的直接收购，减少中间环节，节省转运费用。
2)燃料运输：根据秸杆泡松、容重轻特点，秸杆宜在田间打捆后用农用车运输到农民屋前屋后空地或收购站或电厂堆料场贮存，在收购站粉碎后的秸杆到电厂的运输宜采用专用大车箱自卸汽车运输，提高载重量，可减少进厂车辆数及运输成本：对于远距离远输易飞扬的农产品废弃料，可包装后运输，避免在运输过程中对环境污染。对于水路运输方便地区，可采用船运，降低运输费用。
3)燃料贮存：在收购站由于燃料贮存时间较长，秸杆堆垛方式要便于排水、通风，避免因含水量高发生霉变和自燃现象，堆垛间距要满足消防规定要求。电厂内堆料场设置为了避免火灾对厂内设备及构筑屋威胁，造成较大经济损失，建议厂内设置一个月以下堆场，由于燃料在电厂内流转较快，堆垛尺寸不必严格按照造纸行业原料管理规定执行，可根据来料方式及堆料设备确定，尽量提高场地利用率和降低堆料成本。为了降低收购站燃料堆场占地过大，通过调节燃料收购价格，鼓励农民利用空地贮存秸杆。
4)燃料输送系统：从厂内燃料堆场到炉前仓，通过实际运行宜采用普通胶带机、角度小于20度、带速小于1.25米／秒，可适应多种燃料输送，经济使用、安全可靠。料场给料设备宜采用宽度2—3米的皮带与链式组和传动的给料机，避免其它形式给料机卡塞问题。
