生物质能发电项目立项建设可行性研究论证报告.docx
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生物质能发电项目立项建设可行性研究论证报告
生物质能发电项目
可行性研究报告
生物质能发电项目可行性分析报告
附图目录
序号
图名
图号
1
厂址地理位置图
2006-9R143K-01
2
厂区总平面布置图（方案一）
2006-9R143K-02
3
厂区总平面布置图（方案二）
2006-9R143K-03
4
原则性热力系统图
2006-9R143K-04
5
原则性燃烧系统图
2006-9R143K-05
6
主厂房底层平面布置图
2006-9R143K-06
7
主厂房运转层及以上各层平面布置图
2006-9R143K-07
8
主厂房横断面布置图
2006-9R143K-08
9
主要设备明细表
2006-9R143K-09
10
燃料输送系统工艺流程图
2006-9R143K-10
11
上料系统布置图
2006-9R143K-11
12
除灰系统图
2006-9R143K-13
13
原则性电气主接线图
2006-9R143K-14
14
原则性化学除盐水系统图
2006-9R143K-15
15
原则性供水系统及水量平衡图
2006-9R143K-16
1概述
1.1项目概况及编制依据
1.1.1项目概况
项目名称：
生物质能发电项目；
项目主办人：
建设地址：
生物质能发电项目是利用农作物秸秆作为燃料，通过秸秆锅炉产生蒸汽然后进入汽轮发电机组发电的项目。
项目拟建规模为2×75t/h中温、中压秸秆锅炉+2×C15MW抽凝式汽轮发电机组。
预留增加一台75t/h中温、中压秸秆锅炉的条件。
受发电有限公司的委托，对该公司秸秆发电项目进行可行性研究报告的编制。
1.1.2编制依据
1）设计委托书；
2）《热电联产项目可行性研究技术规定》，国家发展计划委员会，国家经贸委、建设部[计基础[2001]26号]，2001年1月11日；
3）《中华人民共和国可再生能源法》，2005年3月1日；
4）现行国家有关的规程、规范、规定；
5）《农林生物质直燃及气化发电项目可行性研究和可行性研究报告编制内容要求》（讨论稿）。
1.2研究范围
本可行性研究报告论证范围包括：
项目厂址选择、建设规模的确定、厂区总平面布置、厂内交通、机组选型、工艺系统、燃料供应系统、除灰渣系统、电气系统、供排水系统、化学水处理系统、热工自动化及环境保护、消防、安全等方面进行论证，并作出相应的投资估算和经济效益分析。
1.3城市概况
1.4农业发展及农林生物质利用概述
是个传统农业大市。
农业基础比较雄厚，先后两度进入全国农村综合实力百强市（县）行列，农林牧渔总产值居全国前列，盛产粮、棉、油、茧，农业经济水平居全国领先位置，被列为国家优质商品粮基地、全国优质棉生产基地和全国首批无公害农产品生产基地。
在发电厂收购半径20公里范围内，粮棉种植面积为36749公顷，秸秆年生产总量551235吨，秸秆可获得量413832吨，占生产量的75.1%，其中麦子种植面积占45.7%、油菜占4.3%、水稻占41.4%、棉花占6.4%、玉米、大豆占2.2%.除棉花杆、大豆杆用于作燃料外，其余秸秆均可获得。
当收购半径扩大到30公里，年可提供秸秆100万吨。
1.5项目建设必要性
1.5.1是缓解“能源危机”、实现能源可持续发展的需要
随着社会、经济的不断发展和人口数量的不断增长，世界各国对于能源的消费和需求不断攀升，就世界煤、石油、天然气储量而言，煤只能用230年，石油只能用44年，天然气只能用62年。
“能源危机”引起了能源进口国家对能源安全供应的高度关注，可再生能源技术的研发受到广泛重视，并且取了突破性进展。
自上个世纪90年代始，发达国家提出减少CO2排放以应对全球气候变化问题，进一步成为发展可再生能源的巨大驱动力，使可再生能源大规模产业化得到了迅速发展。
我国是世界上最大的发展中国家，也是目前经济发展最为迅速的国家，能源发展战略始终在我国的经济发展中占有重要地位。
在世界的总储量中，我国的煤炭占11％，天然气占0.7%，石油占1.8%。
能源的相对短缺和能源结构的不合理以及在能源开发与利用过程中的低效率所造成的能源浪费和环境污染，正成为我国经济与社会可持续发展的重要制约因素。
我国政府一直关心、重视可再生能源的开发和利用，尤其是“八.五”计划以来，政府又把它作为一项重要的战略措施列入“中国21世纪议程”和国民经济发展的“九.五计划和远景目标纲要”。
1995年，我国政府批准了国家有关部门提出的“关于新能源和可再生能源发展报告”和“1996—2010年新能源和可再生能源发展纲要”。
2005年2月28日，第十届全国人大常委会第十四次会议通过了《中华人民共和国可再生能源法》，并于2006年1月1日起施行。
该法第三章第十二条明确指出：
国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科技发展与高技术产业发展的优先领域，纳入国家科技发展规划和高技术产业发展规划，并安排资金支持可再生能源开发利用的科学技术研究、应用示范和产业化发展，促进可再生能源开发利用的技术进步，降低可再生能源产品的生产成本，提高产品质量。
1.5.2是环境保护的需要
生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，是一种典型的可再生能源。
据估计，植物每年贮存的能量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%，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。
利用生物质能源替代石油、煤炭和天然气等燃料生产电力，可减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。
我国SO2排放空间有限，全国每年燃煤7亿吨，SO2的排放量就已达到上限。
由于SO2的污染，酸雨已危害30%的国土面积。
2003年仅酸雨危害这一项使农、林作物损失高达220亿元，SO2的污染更危及人民身体健康。
由于生物质中硫的含量仅是煤的1/10左右，故利用秸秆发电可以大大减少SO2的排放。
秸秆发电产生的CO2，在农作物生长过程中通过光合作用又被农作物吸收，循环使用。
因此，利用秸秆发电CO2排放量可视为零，可以大量地减少温室气体CO2对环境的影响。
目前，世界上瑞典、葡萄牙、丹麦、芬兰等国家大量利用可再生能源发电，其发电量占电力消费总量的25%～50%，丹麦目前已建立了130家秸秆发电厂。
1.5.3是实现秸秆资源综合利用的需要
农作物秸秆是生物质能源的重要组成部分，长期以来，农作物秸秆的利用并未引起人们的高度重视，浪费现象十分严重，主要用于炊事，部分用于饲料和造纸原料，一部分用于堆沤还田。
改革开放以来，由于农业机械化及农村生活水平提高，农村能源结构迅速改变，电、油、煤、液化气等化石能源使用比重不断上升，随着农业机械化的发展，大牲畜饲养量不断减少，加上本地区肉畜饲养规模不大，秸杆作为生活燃料和饲料的比重大幅度减少，随着化肥的大量使用，秸秆堆沤还田量也在大量减少，每年农作物秸秆大量剩余。
多年以来，每到夏收季节，村村点火，处处冒烟，危及交通安全，危害居民健康，田野焚烧秸秆已成为社会一大公害。
因此，秸秆利用问题已不仅仅是一个环境保护和资源综合利用问题，而且已关系到了人民群众的健康及生命财产安全。
农村能源的发展与农民生活水平的提高密切相关，当地生态环境的保护和整个农村经济的可持续发展也是紧密联系在一起的。
为了解决能源的日益紧张和生物质能源的大量浪费并造成环境污染这一矛盾，各级政府采取了不少措施，鼓励农民开展秸秆的综合利用。
无奈秸秆量太大，每年仍有大量秸秆积存，需要通过工业化方式利用。
因此，在市建设的秸秆发电厂，清洁、高效地利用被废弃的秸秆进行发电，是实现秸秆工业化方式综合利用的有效途径。
此举既为当地经济发展提供了电力能源，又减轻了大气污染，更增加了农民收入，改善了城乡面貌，化害为利，一举多得。
1.6主要技术设计原则
根据国家能源政策，结合具体情况，为达到节约能源、改善环境，合理控制工程造价、提高经济效益的目的，确定以下设计技术原则：
1）报告内容及深度符合《中华人民共和国国家发展和改革委员会令》[2004第19号]的要求。
2）在拟定厂区总平面布置方案时，除满足工艺流程需要外，尚需考虑与周边环境的总体协调。
3）工艺系统采用可靠、先进的技术设备。
4）控制系统采用DCS控制系统，控制设备国内采购。
5）厂址区域地震基本烈度为7度。
本工程按抗震设防烈度7度设计。
6）大件运输方案考虑以公路为主。
7）发电设备年利用小时数按5300小时。
8）烟气排放按《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223003）中资源综合利用电厂的第Ⅲ时段要求执行。
9）努力降低造价，提高经济效益。
10）严格遵循国家颁布的有关规程、规范。
1.7工作简要过程
2006年9月12日，我院接受发电有限公司对“发电有限公司生物质能发电项目可行性研究报告”进行编制的委托，随即组成了该项目的工程设计组，开始进行本项目可行性研究报告的编制工作。
工程组设计人员踏勘了拟建的发电有限公司生物质能发电项目现场，在有关领导和发电有限公司有关人员的组织下，对项目所在区域的生物质资源、交通、水资源、电网接线和地形等进行了详细认真的考查和调研，在收集、整理资料和分析、比较的基础上，根据《中华人民共和国国家发展和改革委员会令》[2004第19号]和《中华人民共和国可再生能源法》的要求，编制了本项目可行性研究报告。
发展和改革委员会在主持召开了项目可行性研究报告评审会，根据专家评审意见进行了修改完善，出版了本项目可行性研究报告（报批稿），供上级部门审批。
2农作物秸秆资源状况
2.1生物质资源情况
发电有限公司拟在市投资建设一座秸秆发电厂。
为确保燃料收购供应，保障发电厂正常运行，合理确定建设规模，市农业局以为中心，对20Km半径内周边农户、乡镇秸秆资源进行了全面详细的调研统计。
在调查的20公里半径范围内。
调查结果表明：
秸秆主要以麦杆、稻杆为主，油菜杆、棉杆不超过生物总量的5%。
在收购半径20公里范围内，粮棉种植面积为36749公顷，秸秆生产总量551235吨，秸秆可获得量413832吨，占生产量的75.1%，其中麦子种植面积占45.7%、油菜占4.3%、水稻占41.4%、棉花占6.4%、玉米、大豆占2.2%.除棉花杆、大豆杆用于作燃料外，其余秸秆均可获得。
农作物秸秆的可收购比例决定了原料供应的可靠性和原料供应价格，可收购比例过低会造成生物质能源利用不足和浪费，过高则造成原料供应紧张和原料价格的上涨。
本项目农作物秸秆的可收购比例根据收购的难易程度确定。
农作物机械收脱率达到97.3%，周边8镇的机收率约在35%左右，人工收割率65%左右。
随着的示范推动，周边镇的机收率，到“十一五”期末，可望达到75%以上。
按乡、镇划分的秸秆收购量见表2.1-1。
表2.1-1供应范围内各乡、镇秸秆收购量表（吨）
序号
乡、镇
粮食种植面积
（公顷）
秸秆生产总量（吨）
秸秆生产可收购总量（吨）
1
3347
50205
37653
2
3563
53445
40083
3
3284
49260
36945
4
2736
41040
31190
5
3077
46155
34616
6
3254
48810
36607
7
3581
53715
40286
8
3442
51630
38722
9
3397
50955
38216
10
3519
52785
39588
11
3549
53235
39926
总计
2.2燃料成分分析
燃料成分分析见表2.2-1
表2.2-1燃料成分分析表
项目
符号
单位
稻草
小麦
设计燃料
全水
Mt
%
13.4
14.1
13.75
空气干燥基水分
Mad
%
7.97
9.31
8.64
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
79.13
79.73
79.43
收到基灰分
Aar
%
8.32
6.83
7.58
收到基碳
Car
%
37.98
38.82
38.4
收到基氢
Har
%
4.72
4.75
4.74
收到基氧
Oar
%
34.75
35.12
34.93
收到基氮
Nar
%
0.73
0.27
0.50
收到基全硫
St.ar
%
0.10
0.11
0.10
氯
Clar
%
0.681
0.928
收到基高位发热量
Qgr.ar
MJ/kg
14.96
15.31
收到基低位发热量
Qnet.ar
MJ/kg
13.68
14.01
13.845
灰熔点
DT
℃
1020
1090
ST
℃
1050
1110
HT
℃
1070
1120
FT
℃
1090
1130
灰成分
SiO2
%
60.23
44.51
Al2O3
%
5.34
8.93
Fe2O3
%
1.03
3.14
CaO
%
5.62
9.27
MgO
%
5.99
7.08
Na2O
%
1.79
2.00
K2O
%
12.99
18.74
TiO2
%
＜0.01
＜0.01
SO3
%
2.26
4.00
MnO2
%
0.119
0.153
P2O5
%
4.265
1.557
2.3燃料收购价格
燃料收购价格的测算以现状调查为基础，考虑一定的涨价因素为原则。
据调查，秸秆的田间收购价为85～100元/吨，打捆人员工资和企业利润60～80元／吨，运费在收购半径20公里范围内水路为20～40元／吨，考虑到运输距离和收购难易程度不同，秸秆送到电厂加权平均价定为210元/吨。
根据项目所在地区域的调查论证，结论如下：
1、以发电厂为中心的20公里范围内燃料资源丰富，总可利用燃料数量约为41.4万吨。
收购半径扩大到30公里，年可提供秸秆100万吨。
发电厂年耗秸秆～17.36万吨，秸秆数量能满足电厂需求，资源供应保障系数～0.18。
2、在市镇及周边区域，种植能源植物是调整农业结构，实现订单经济农业的措施。
3、依靠市镇及周边区域自然资源优势，有效地利用丰富的秸秆资源，能改变生态环境，同时能解决部分农民的就业。
4、实施规模化设点收购，实行订单农业形式，形成良性循环，农作物秸秆市场化，减少中间环节让农民得到经济实惠，可保障电厂燃料有计划供应。
3电力系统
3.1概述
发电有限公司生物质能发电项目位于市工业园，该地区电网属华东电力系统江苏电网。
电厂附近有一座青蒲变，此变电所在电厂建成前由35kV变电所改造为110kV变电所。
为了保证电厂安全可靠运行，电厂需与系统并列运行，因此本期在厂内新建升压站一座，两回联络线接入系统。
3.2与电网的联接
发电有限公司生物质能发电项目装机容量为2×15MW，考虑本工程装机容量和附近接入点的情况，电厂以110kV的电压等级接入系统。
本期一回（终期两回）110kV联络线互为备用的并网方式，供电可靠性较高。
本期一回联络线接入110kV青蒲变（2007年建成）110kV母线。
电厂内建设一座110kV升压站，设置两台主变，容量都为20MVA。
110kV接线为单母接线，电厂第一解列点为110kV联络开关，设微机型低周低压解列及110kV线路保护，后备解列点设置在发电机出口开关。
第一并列点设在发电机出口开关处，第二并列点设在主变110kV侧开关，两台主变均采用无载调压变压器。
远动通信介质采用光纤，一主一备两个通道接入地区电力通信系统。
发电机及110kV并网线路的有功、无功、电流、电压、电量、蒸汽量、110kV开关位置信息、发电机开关的位置信息及保护动作信息均需送至当地电网调度部门。
3.3电力平衡
根据负荷预测和发展规划进行了电力平衡计算，见下表：
序号
年份
项目
2006年
2010年
2020年
1
最高负荷（千瓦）
2.6万
6.0万
10.0万
2
生物质电厂
3.0万
3.0万
3
厂用电率
10%
10%
地区电力盈亏表
电力盈亏
-1.2万
-2.7万
-6.7
由负荷预测及电力平衡表可知，随着该地区经济的飞速发展，负荷将迅速增加，在相当长的一段时间内不会出现电力负荷大量富裕的现象，该地区电力主要由系统供电。
热电厂拟两回联络线接入青蒲变，所发电量全部上网，规划的热电厂所发电量虽不能彻底改变该地区供电状况，但却是对该区域电网有益的补充。
4机组选型
4.1秸秆发电方式的选择
秸秆发电方式，目前主要有以下4种：
（1）秸秆焚烧锅炉+汽轮发电机组；
（2）秸秆气化装置+燃气轮机发电机组+余热利用装置；
（3）秸秆气化装置+内燃发电机组+余热利用装置；
（4）秸秆气化装置+燃气锅炉+汽轮发电机组；
4种方式技术经济比较见表4.1-1：
表4.1-1秸秆发电方式比较表
项目
方式1
方式2
方式3
方式4
热效率
~27%
~31-34%
~26%
~20%
投资
~9000元/kw
~20000元/kw
~8000元/kw
~9000元/kw
运行可靠性
可靠
可靠
有待提高
可靠
对原料要求
粒度<6mm
含水量<18%
粒度<6mm
含水量<18%
粒度<6mm
含水量<18%
粒度<6mm
含水量<18%
操作复杂程度
简单
复杂
较复杂
较复杂
设备供应
全部国产
低热值燃气轮机需引进
全部国产
全部国产
由上表可以看出，方式2虽然热效率较高，但需从国外引进设备，总投资比其它方式大很多，且建设周期长，操作运行及维护工作复杂，投资回收期也较长。
方式3热效率较低、目前秸秆气化产生的燃气焦油处理问题尚未完全解决；国产燃秸秆气内燃机最大容量仅为400kW,且缺少长期连续运行的业绩。
方式4热效率最低，投资较高。
2006年初，我国一些锅炉制造厂相继开发出燃秸秆锅炉，且有对锅炉可靠性的承诺，造价仅为国外同容量产品的20%～25%,大大降低了工程投资。
而且与其它方式相比，运行可靠，操作维护简单，投资回收期短，考虑到农村的实际情况，本项目可行性研究报告推荐选用方式1。
4.2建设规模
国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，通过制定可再生能源开发利用总量目标和采取相应措施，推动可再生能源市场的建立和发展。
我国将提高可再生能源在能源结构中的比例，到2010年达到10％，到2020年达到16％左右，需要投资8000亿元左右。
根据国家能源领导小组编制的《可再生能源发展规划》，到2020年，生物质发电将达3000万千瓦规模。
国家鼓励各种所有制经济主体参与可再生能源的开发利用，依法保护可再生能源开发利用者的合法权益。
国家鼓励和支持可再生能源并网发电。
电网企业应当与依法取得行政许可的可再生能源发电企业签订并网协议，全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目的上网电量。
因此，可再生能源项目的建设规模主要取决于原、燃料的供应情况。
根据本区域农作物秸秆的可收购量，以发电厂为中心的20公里范围内燃料资源丰富，总可利用燃料数量约为41.4万吨，确定本项目的秸秆锅炉建设规模为：
2×75t/h秸秆锅炉，或1×150t/h秸秆锅炉，额定蒸发量时年消耗秸秆约17.36万吨。
4.3装机方案
4.3.1装机方案
考虑到本项目的性质是可再生能源发电，装机方案的选择应以充分利用秸杆资源发电为主，积极发展供热，实施热电联产，实现资源效益、节能效益、环保效益和经济效益最大化。
根据本区域的秸秆资源量，考虑发电兼顾供热，本生物质电厂可考虑以下4种装机方案：
●方案一：
275t/h锅炉+2C15MW抽汽机组
●方案二：
275t/h锅炉+1C30MW抽汽机组
●方案三：
1150t/h锅炉+2C15MW抽汽机组
●方案四：
1150t/h锅炉+1C30MW抽汽机组
4.3.2装机方案比较
方案一：
供热灵活，可靠性高，机、炉容量较低，经济性略低。
但锅炉、汽机都为2台，机组安全可靠性较高，发电供热保障性高，具有较高的年利用小时数，从而提高了电厂的效益。
方案二：
汽机容量大，热效率较方案一高，但因只有1台机，供热灵活性、可靠性差。
方案三：
锅炉容量大，热效率较高，但汽机虽有2台，锅炉仅为1台，供热不可靠。
方案四：
锅炉、汽机容量大，热效率较高，但因1台150t/h锅炉和1台C30MW机组，供热灵活性、可靠性差。
综上所述，对于兼顾供热的秸秆电厂，为了确保供热的可靠性，设计推荐按方案一考虑：
即275t/h秸秆锅炉配2C15MW抽汽式汽轮发电机组。
4.4主要设备相关参数的确定
根据本区域秸秆资源调查，秸秆以稻草、麦秆为主，为减少秸秆锅炉的高温腐蚀，延长锅炉受热面的使用寿命，故秸秆锅炉的出口蒸汽温度宜选为4500C。
目前，中温15MW抽凝式汽轮机的参数有中温中压（3.43MPa、4350C）及次高压、中温（4.9MPa、4350C）2种。
中温中压与次高压、中温参数汽轮机热耗相差很小，但前者厂用电较少，全厂材料费用也省，故蒸汽压力宜选中压，即发电厂机、炉选择中温中压参数，相应的抽凝式汽轮机，型号为C15-3.43／0.981，配15MW汽轮发电机。
4.5主要设备的选型
4.5.1秸秆锅炉的选型
目前，国产秸秆直燃锅炉分为3种类型，循环流化床锅炉、振动炉排锅炉和振动炉排+悬浮燃烧锅炉。
☆秸秆直接燃烧技术之一：
流化床燃烧技术
燃料在流化床中运动形式与层燃炉和煤粉炉有明显区别。
流化床的下部装有布风板，空气从布风板下面的风室向上送入，布风板的上方堆有一定粒度的固体燃料层，为燃烧的主要空间。
控制气流速度，保持料层的流态化，是稳定燃烧的关键的因素。
流化床燃烧技术对燃料的适应范围广，但在使用流化床燃烧农作物秸秆时，由于床料通常使用的石英砂（主要成分为SiO2，熔点在1450℃以上）可与秸秆灰中的Na2CO3或K2CO3发生反应，形成熔点在874℃和764℃低温共熔混合物，易引起其与床料相互粘结的问题，导致流化床温度和压力的波动，应引起足够重视。
循环流化床锅炉采用床下热烟气点火技术。
锅炉燃烧空气分一次风和二次风，分段送风，确保炉内床料合理流化及实现分组燃烧。
锅炉的冷风分别由一次风机、二次风机提供。
一次风从一次风机出来后经一次风空预器由热风道引入炉底水冷风室中，通过水冷布风板上的风帽进入炉内，促使床料流化。
二次风口设计在炉膛密相区上部，分三层送入炉膛，二次风经二次空气预热器在前后炉墙送入炉膛实现分级燃烧。
此外，还需要回料装置用高压风机，用于循环物料的回送。
☆秸秆直接燃烧技术之二：
层燃炉燃烧技术
秸秆平铺在炉排上形成一定厚度的燃料层，进行干燥、干馏、燃烧及还原过程。
空气（一次配风）从下部通过燃料层为燃烧提供氧气，燃料与二次配风在炉排上方的空间充分混合燃烧。
层燃炉的炉排包括水冷振动炉排、往复炉排、两段式往复炉排、联合炉排等。
水冷振动炉排是国外纯燃生物质锅炉应用最多、技术最成熟的炉排。
水冷振动炉排有水冷却，可有效地解决秸秆灰熔点低产生的结焦问题。
生物质燃料合灰量少，采用水冷振动炉排后可有效解决炉排因灰少而产生的烧坏炉排片的问题。
合理的配风结构，
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