1 生物质能秸秆发电的工艺流程
农作物秸秆在很久以前就开始作为燃料,直至1973年第一次石油危机时丹麦开始研究利用秸秆作为发电燃料.在这个领域丹麦BWE公司是世界领先者,第一家秸秆燃烧发电厂于1998年投入运行(Haslev,5Mw).此后,BWE公司在西欧设计并建造了大量的生物发电厂,其中最大的发电厂是英国的Elyan发电厂,装机容量为38Mw.
1.1 秸秆的处理、输送和燃烧
发电厂内建设两个独立的秸秆仓库.每个仓库都有大门,运输货车可从大门驶入,然后停在地磅上称重,秸秆同时要测试含水量.任何一包秸秆的含水量超过25%,则为不合格.在欧洲的发电厂中,这项测试由安装在自动起重机上的红外传感器来实现.在国内,可以手动将探测器插入每一个秸秆捆中测试水分,该探测器能存储99组测量值,测量完所有秸秆捆之后,测量结果可以存入连接至地磅的计算机.然后使用叉车卸货,并将运输货车的空车重量输入计算机.计算机可根据前后的重量以及含水量计算出秸秆的净重.
货车卸货时,叉车将秸秆包放入预先确定的位置;在仓库的另一端,叉车将秸秆包放在进料输送机上;进料输送机有一个缓冲台,可保留秸秆5分钟;秸秆从进料台通过带密封闸门(防火)的进料输送机传送至进料系统;秸秆包被推压到两个立式螺杆上,通过螺杆的旋转扯碎秸秆,然后将秸秆传送给螺旋自动给料机,通过给料机将秸秆压入密封的进料通道,然后输送到炉床.炉床为水冷式振动炉,是专门为秸秆燃烧发电厂而开发的设备.
1.2 锅炉系统
锅炉采用自然循环的汽包锅炉,过热器分两级布置在烟道中,烟道尾部布置省煤器和空气预热器.由于秸秆灰中碱金属的含量相对较高,因此,烟气在高温时(450℃以上)具有较高的腐蚀性.此外,飞灰的熔点较低,易产生结渣的问题.如果灰分变成固体和半流体,运行中就很难清除,就会阻碍管道中从烟气至蒸汽的热量传输.严重时甚至会完全堵塞烟气通道,将烟气堵在锅炉中.由于存在这些问题,因此,专门设计了过热器系统,已经用在最新的发电厂中.
1.3 汽轮机系统
1.3.1 汽轮机系统
涡轮机和锅炉必须在启动、部分负荷和停止操作等方面保持一致,汽轮机和锅炉,协调锅炉、汽轮机和空冷凝汽器的工作非常重要.
1.3.2 空冷凝汽器
丹麦的所有发电厂都是海水冷却的,西班牙的Sanguesa发电厂是河水冷却,英国的Ely发电厂装有空气冷凝器.在中国,空气冷凝器是一种很成熟的产品,可以在秸秆发电厂中采用.
1.4 环境保护系统
在湿法烟气净化系统之后,安装一个布袋除尘器,以便收集烟气中的飞灰.布袋除尘器的排放低于25 mg/Nm3,大大低于中国烧煤发电厂的烟灰排放水平.布袋除尘器为脉动喷射式,容器由压缩空气脉冲清洁.
1.5 副产物
秸秆通常含有3%~5%的灰分.这种灰以锅炉飞灰和灰渣/炉底灰的形式被收集,这种灰分含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙,可用作高效农业肥料.
目前生物质能秸秆发电技术的开发和应用,已引起世界各国政府和科学家的关注.许多国家都制定了相应的计划,如日本的“阳光计划”,美国的“能源农场”,印度的“绿色能源工厂”等,它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程.根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标,至2010年,我国生物质能发电装机容量要超过:300万kw.因此,从中央到地方政府都制定了一系列补贴政策支持生物质能技术的发展,加快了技术商业化的进程.随着我国国民经济的高速发展和城乡人民生活水平的不断提高,既有经济、社会效益,又能保护环境的秸秆发电技术的利用前景将会越来越广阔.我国农村的秸秆资源相当丰富,主要的农作物种类有稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类油料作物、棉花和甘蔗.根据我国地理分布和气候条件,南方地区水域多、气温高,适合水稻、甘蔗、油料等农作物生产,北方地区四季温差大,适合玉米、豆类和薯类作物生长,故播种面积大于其他地区.小麦在我国各地区都普遍种植,播种面积以华中、华东地区最多;棉花产地主要是华东和华中地区,其次是华北和西部地区.预计在2000年到2010年期间,我国每年秸秆资源的可获得量为3.5亿~3.7亿t,相当于1.7亿tce.如果将这些秸秆资源用于发电,相当于0.9亿kw火电机组年平均运行5000h,年发电量为4500亿kWh.农作物秸秆直接燃烧供热发电的利用方式,是一条将秸秆转化为生物质能源可行的工艺技术路线.如果秸秆直接燃烧供热发电示范成功,将成为中国最大的支农项目、最大的节能、环保项目,是我国最可能迅速大面积推广的可再生能源项目.正是由于秸秆直燃发电项目拥有以上特点,同时它又可能解决目前许多企业面临的煤炭供应趋紧,价格持续上升的问题,我国启动实施秸秆发电的示范工程引起了国内外业界的极大关注.
由中国龙基电力科技有限公司与北京德源投资有限公司共同合作经营的龙基电力有限公司,是BWE公司“超超临界锅炉”和“生物质能发电”等核心技术、锅炉设备相关技术及其更新技术进入中国的唯一平台.作为BWE公司在中国电力领域的项目发展公司和窗口公司,龙基电力有限公司将在中国境内投资生产世界先进的发电厂设备,逐步把BWE公司的生物质能发电技术引入中国,在国内生产BWE公司的生物质能发电锅炉及全部配套设备.目前,国家发展和改革委员会已正式批准将河北晋州和山东单县的生物质能秸秆发电工程列为国家级示范项目(发改能源[2004]2017号文件和发改能源[2004]2018号文件),旨在示范中完善技术,规范和培育市场,形成新的产业.这正式将秸秆发电技术在国内的推广驶上了一条农村能源全新利用的快车道.河北晋州(1×25MW)和山东单县(1×24MW)两个示范项目都将引进丹麦BWE公司的世界先进秸秆发电技术,龙基电力有限公司作为项目投资和项目实施单位,在当地做了大量的前期调研,力争在吸收丹麦BWE先进技术的基础上,开创出一条符合中国国情的新路.两个示范项目如能成功,将给我国广袤的农村带来前所未有的新能源革命和巨大的经济效益,如河北晋州项目每年燃烧秸秆20多万t,发电1.38亿kWh.按照每吨秸秆100元的收购价测算,将带动农户增收2000多万元/年;与同等规模的燃煤火电厂相比,一年可节约l0万多tce.
国能浚县生物发电有限公司位于河南省鹤壁市浚县黎阳工业集中区，注册资本金0.6亿元，是由国能生物发电集团有限公司投资兴建的、以燃烧秸秆为原料的生物发电厂。浚县地处河南省北部，地理位置：东经：114.33° 北纬：35.41°，处于安阳、濮阳、新乡、鹤壁等市辐射带的中心位置。县域面积1030平方公里，耕地93.4万亩，是以农业为主的产粮大县。
公司的经营范围为：生物质发电，热力、电力销售；生物质压缩颗粒生产与销售，生物燃料运输，生物质原料，灰渣的开发利用。
浚县生物发电项目于2005年经河南省发改委批复核准，是鹤壁市循环经济示范项目，工程建设规模25MW，于2005年10月28日开工建设，工程建设总投资2.82亿。2007年12月1日通过试运行；2008年1月正式投产，年发电量11560万千瓦时，实现产值6500万元，收购秸秆18万吨，支付燃料款5500万元。
2010年公司全年完成发电量21587万千瓦时，全年收购各类燃料33.92万吨，可替代标煤十几万吨，减排二氧化碳约12万吨，可增加农民收入8500万元，燃烧后产生的灰份，可用于生产高品质的钾肥还田使用，社会效益显著。围绕燃料收加储运环节，可直接吸纳农村劳动力1000多人，对促进农民增收、带动农村经济发展、节能减排、清洁乡村意义重大。
国能浚县生物发电有限公司位于河南省鹤壁市浚县黎阳工业集中区，是由位于北京的国能生物发电有限公司投资2.68亿元建设，燃烧秸杆的生物发电厂。该项目的投产将会成为国家电力能源的生力军，将会推动生态、循环、环境友好型社会经济的发展。
生物发电是一个新兴的朝阳产业，是一项利国利民的伟大事业，对于增加农民收入、改善环境和实现能源的持续开发都具有重要的意义，并享受2006年1月1日颁发的《可再生能源法》支持和相关国家政策优惠。为吸引人才，公司将提供相关职位的优厚待遇；而且，鉴于国能生物发电有限公司的开工项目逐年增加，个人发展空间非常广阔。
国能浚县生物发电有限公司位于河南省鹤壁市浚县黎阳工业集中区，注册资本金0.6亿元，是由国能生物发电有限公司和龙基电力有限公司共同投资组建的，总投资预算2.68亿元建设燃烧秸秆的生物发电厂。公司的经营范围为：生物质发电，热力、电力销售，生物质压缩颗粒生产与销售，生物燃料运输等。该项目的投产将会成为国家电力能源的生力军，将会推动生态、循环、环境友好型社会经济的发展。
国能浚县生物发电项目于2005年经国家发改委和河南省发改委核准批复，一期工程建设一台引进丹麦BWE公司的技术生产制造、采用振动炉排方式燃烧秸秆、额定容量为130t/h高温高压参数的电站锅炉和一台额定容量25MW、由青岛汽轮发电机厂生产制造的单级抽汽凝汽式高温高压参数的汽轮发电机组。该项目经过充分的经济技术分析，在可行性研究的基础上，已于2005年10月28日开工建设，工程造价：（根据可行性研究报告）一期工程发电工程静态投资 2.68万元；单位工程投资1.07万元/KW；目前工程建设正在顺利进行，截止目前工程已累计投资16000余万元，计划于2007年7月建成投运。项目建成投产后，每年将燃烧秸秆20万余吨，在节约能源、保护环境的同时，还可以每年增加农民收入5000多万元，有力促进当地经济的发展
2007年10月13日17：37分，我国第一台以小麦秆、玉米秆等黄色秸秆为燃料的生物质直燃发电项目——国能河南浚县项目1×2.5万千瓦机组一次并网成功，实现了我国以小麦秆、玉米秆为燃料的黄色秸秆生物质直燃发电机组建设工作的新突破，填补了国内黄色秸秆直燃发电的空白，标志着国能生物发电有限公司自去年12月1日通过国能单县生物质发电项目的成功投产，在掌握了以棉花秸秆、林木废弃物等灰色秸秆生物质直燃发电技术后，又成功地掌握了以小麦秆、玉米秆等黄色秸秆生物质直燃发电技术，将会对我国农作物秸秆资源的有效利用产生深远影响。 国能浚县成功并网发电，是国能生物发电有限公司积极实践国家电网公司“努力超越、追求卓越”的具体体现，是公司自9月份开展“保投产、抢发电、大干100天，确保完成全年目标和任务”活动以来取得的最丰硕的成果，是公司向党的十七大胜利召开的献礼。
生物质直燃发电，根据燃料种类不同，燃料上料系统也不同，主要分为灰色秸秆和黄色秸秆两大类别。棉花秸秆、树枝、木材下脚料等密度较大的木本类植物属灰色秸秆，需破碎加工后输送至炉膛内燃烧；玉米、小麦等草本类植物属黄色秸秆，因其体积大、重量轻、密度小，为满足锅炉燃烧发热量，保证单位时间内的上料量，需要打捆至规定的体积和重量后输送至炉膛内燃烧。在收、储、运等燃料供应系统诸环节，以黄色秸秆为燃料的生物质直燃发电机组要比以灰色秸秆为燃料的生物质发电机组技术复杂程度和难度大的多。以国能浚县为例，在我国中原地区的农作物一年两熟，黄色秸秆收获季节较短，必须在较短时间内收购、存储全年所需的20多万吨燃料，科学存储和存储场地是一个较大的问题。特别是玉米秸秆的加工打捆问题，是目前一个世界性的难题。
今年以来，国能生物发电有限公司以打通黄色秸秆生物质直燃发电技术路线为全年工作的重中之重，围绕燃料收、储、运以及炉前上料系统等重点技术环节，成立专门工作组，组织精干力量开展了一系列攻关工作，各方面工作取得了重要突破。
众所周知，近些年来，随着我国广大农民生活水平的提高和能源利用方式的转变，秸秆等农林废弃物给农村带来的环保问题越来越突出。每到夏收和秋收时节，大量的小麦、玉米等农作物秸秆因没有有效的利用渠道，村民只好在田间地头直接焚烧，造成严重的环境污染，甚至影响交通安全和人民群众健康，秸秆焚烧已成为我国北方地区的一大公害。将小麦、玉米等农作物秸秆用于发电不但能够有效地解决秸秆焚烧造成的大气污染，减少温室气体排放，而且是目前国内农作物秸秆利用的最佳出路之一。
生物质天然气项目是2004年以河南农大张百良教授为首的一批专家学者，以农业部可再生能源重点实验室为平台，联合鹤壁正道生物能源公司为破解工业化生物质天然气及纤维乙醇发展的瓶颈，在世界上首次研制出了使生物质转化为天然气、纤维乙醇、纤维丁醇的最佳工艺。
该项目采用热转化效率最高的厌氧发酵技术，将各种农作物秸秆、农产品加工废弃物（包括木薯渣、蔗渣、玉米芯、变质农产品、农产品加工剩余物）内的碳水化合物转化为天然气、纤维乙醇、纤维丁醇等，耗能低且无污染排放，是一种低碳经济发展模式。目前该项目技术工艺世界一流，已取得发明专利一项。
考察团一行观看了项目工艺演示，详细了解该项目的的运行原理和进展情况，并对鹤壁市积极探索新能源的开发利该项目属清洁能源产业项目，为国家政策鼓励性环保项目。相对于生物质发电、生物质乙醇等国家严格审批项目，本项目无须行政审批，也无从业资格限制，行业进入无门槛。该项目投资规模伸缩性强，市场规模近乎无限，适合大规模投资，并可实现滚动发展及连锁站点建设。该项目规划建设一座年消耗8万吨生物质（玉米芯、玉米秸秆）、年产天然气2880万立方米的CNG标准站，包括WB-100数码连续起爆流水线两套，XG-2数控脉冲回流消化罐单元120套，CNG加气设备一套，总占地面积150亩，主要面向周边5km半径内的5万亩玉米种植面积，全年生产。用和低碳经济的发展方式表示赞许。
五、工艺流程
本项目工程总工艺流程如下图所示。玉米芯、玉米秸秆等生物质先进入连续汽爆设备进行汽爆预处理。由于数控连续汽爆设备的制造成功，将以前用传统生物质堆沤预处理方维式其效率低、得率低、进出料劳动强度大、发酵过程不能实现工业化自动运行的生物质天然气，推进到生物质转化效益最好的前位。数控连续汽爆不同于人工热喷工艺。它可在0.00875秒的爆速下，方便的以最低的能耗准确定量的将秸秆爆至浆状，为其取得较高的甲烷得率奠定了传质条件。
汽爆处理后的浆状生物质直接进入数控脉冲回流消化罐。由于其活性泥回流接种、混质脉冲传质、无效物清理、pH平衡、发酵温度等均在计算机控制下运行至最佳点，使其单位容积产气率得以大幅提高。整个高效厌氧发酵生产过程为静态全封闭数控运行，实现无人化管理，使生物质天然气在先进的数控装备保障下进入现代化工业大生产阶段。消化罐所产甲烷与二氧化碳混合气体先进入脱硫储气柜进行脱硫暂存，然后由中压压缩机压缩至4~6Mpa，使其中的二氧化碳气体液化并分离，得到纯净的甲烷气体，然后再由天然气压缩机压缩至20Mpa，达到国家车用CNG标准，按照常规CNG加气站规范对外销售。
五、项目运营指标
本项目工程以单台LB-7型连续汽爆设备为生产规模计算单元，现分别列出各主要生产设备的性能指标：
1、LB-7型连续汽爆机
爆发速度：0.00875 S 汽缸容积：0.075M3/缸
汽缸装料：7.5kg /缸 （物料密度200kg/m3 物料含水量：12%） 当保压时间为90s时： 小时产量：300kg 日产量：7.2吨（干物质原料入料量，当保压时间短时，则产量上升，反之则产量下降） 年产量：300日×7.2吨=2160吨 电机功率：2.2kW 小时理论蒸汽耗量：0.1吨（不包括管道热损，由于干物质原料含水率、入料温度、工作环境温度及种类的不同，其理论蒸汽耗量将有所不同） 计算机配置：戴尔+研华工控
2、XG-2数控脉冲回流消化罐
产气量： 45m3/h; 干物质消化量： 83.3kg/h; 罐容积： 240m3； 折合甲烷产量： 28 m3/h; 生产强度： 4.5m3/ m3*d；
六、项目效益分析
1、效益分析基础数据（华北地区） ① CNG市场平均售价：3.6元/m3； ② 工业CO2市场平均售价：2.7元/m3；
③ 生物质收购成本：150元/吨；（玉米芯、玉米秸秆）
2、产值 ① CNG年销售额
年产气量：28 m3/h × 24h × 3只 × 360天 = 720000 m3 年销售额：720000 m3 × 3.6元/m3 = 259.2 万元 ② 工业CO2年销售额
年产气量：17 m3/h × 24h × 3只 × 360天 = 440640 m3 年销售额：440640 m3 × 2.7元/m3 = 119 万元 年总销售额：259.2 万元 + 119 万元 = 378.2万元
3、成本 ① 生物质原料
年生物质耗量：0.25ton/h×24h×360天×150元/ton = 32.4 万元 ② 蒸汽、电耗
年蒸汽耗量：0.1ton/h×24h×360天×100元/ton = 8.64 万元 年CNG压缩电耗：720000 m3 × 0.15元/m3 = 10.8 万元 ③ 人工管理
年直接人工量：8人×360天×40元/人天 =11.52 万元 年管理总费用：10 万元
年总成本：32.4 + 8.64 + 10.8 + 11.52 + 10 = 73.36万元
4、年收益（按新修订企业所得税法规定免税） 378.2万元 － 73.36万元 = 304.84万元
六、市场价格走势及消费趋势
在能源需求及宏观对比方面，生物质天然气存在诸多优势：
① 在总体能源布局方面，相比于固定能源如电、煤等，近年来对移动能源的需求明显突出。且其价格走势强劲，不依赖政府任何价格补贴，并享受优厚的国家税收优惠政策。
②近年来，由于油气价格长期倒挂，我国天然气价格平均每年上涨8%。2007年11月，国家发改委下发通知，规定了CNG价格与90#汽油价格挂钩，按1：0.75比例实现价格联动。随着国际原油市场价格不断攀高，车用天然气的市场价格将持续走高。
③ 我国天然气储量仅为全球储量的1%，但消费量增长迅速，并对进口天然气的依存度越来越大。目前国内天然气供应较紧缺。
④ 相比于化石天然气，生物质天然气的甲烷成分更加纯净，不含重烷烃，对机动车发动机的保护更为彻底，大为延长机油更换时间。且生物质天然气分散生产、分散销售，无运输管道成本。
⑤ 相比于汽油，车辆燃料费用下降20%以上，替代优势明显；
⑥ 销售方式可直接面对广大CNG及双燃料车辆，无中间环节及费用，不受垄断企业控制，无市场销售风险；
⑦ 此外，天然气可显著降低机动车排放，是政府大力推广的移动能源方向。
