生物发电供热工程可行性研究报告.docx
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生物发电供热工程可行性研究报告
第1章工程概况
1.1编制依据
1.1.1国能生物发电有限公司与山东鲁能工程有限责任公司鲁能电力设计院签订的《国能望奎生物质热电联产工程可行性研究的委托书》;
1.1.2国能生物发电有限责任公司提供的文件和资料。
1.2项目概况
为了促进可再生能源的开发利用,促进对生物质能的应用,改善环境状况,减少资源的浪费,国能生物发电有限公司决定在黑龙江望奎县独资建设一处以秸秆为燃料的生物发电、供热工程。
本电厂是新建工程,厂址位于望奎县城西工业园区内,距县城中心约5公里。
地理坐标为东经126°29′,北纬46°49′。
厂区西侧紧靠省望奎糖厂,东侧紧邻石油化工厂,南侧紧邻绥望二级公路。
工程建设年限初步确定2006年5月开工,2007年7月#1机组投运,2007年10月#2机组投运。
1.3研究范围与分工
1.3.1山东鲁能工程有限责任公司鲁能电力设计院为本工程热电厂的主体设计单位,负责全面落实建厂的各项条件,包括有关该工程的外委项目。
同时,协助业主取得工程所需的支持性文件;黑龙江省林业设计研究院为本工程热力管网的设计。
1.3.2山东鲁能工程有限责任公司鲁能电力设计院研究的范围包括:
本工程厂址区域稳定性及厂区地质地震情况调查、厂区规划、接入系统、供水、除灰渣、热力系统、电气、热力自动控制、化学水处理、采暖通风与空调、土建建筑与结构、工程设想、工程实施条件及轮廓进度、投资估算与经济效益分析等。
对上述各系统和设施进行研究论证,提出推荐方案和结论。
黑龙江省林业设计研究院研究范围为望奎县城市热负荷、热力管网及换热站。
1.4项目建设的必要性
1.4.1改善环境的需要
人类正面临着巨大的能源与环境压力,当今的能源工业主要是矿物燃料工业,包括煤炭、石油和天然气。
一方面,矿物能源的应用推动了社会的发展,其资源却在日益耗尽。
根据统计资料,世界石油探明储量约1,270亿吨(1991)、世界煤炭探明储量约1.4万亿吨(1986),按目前技术水平和开采量计算,石油可开采40年,煤炭可开采200年,天然气可开采60年;另一方面,矿物能源的无节制使用,引起了日益严重的环境问题,如导致全球气温变暖、损害臭氧层、破坏生态圈碳平衡、释放有害物质、引起酸雨等自然灾害。
在我国,近二十年来,随着人口和经济的持续增长,能源消费量也在不断增长。
从1980年,我国一次能源消费量为6.02亿吨标准煤,其中煤炭占72.2%,石油20.7%,天然气3.1%,水电4.0%;到1999年,我国一次能源消费量达到12.2亿吨标准煤,其中煤炭占67.1%、石油23.4%,天然气2.8%和水电6.7%。
同时,矿物能源的消费会产生大量的污染物:
CO,SO2,CO2和NOx是大气污染的主要污染源之一。
据估计,我国由矿物燃料消费所每年排放的总量可达22.7亿吨,相当于6.2亿吨碳排量,是全球GHG总排量的11.8%左右。
我国在新世纪将面临能源与环境问题的严峻挑战,开发和利用拥有巨大资源保障、环境友好的替代能源是事关我国国民经济可持续发展、国家安全和社会进步的重大课题。
1.4.2新能源开发的需要
生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能,每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨,其能量约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l%。
这些未加以利用的生物质,为完成自然界的碳循环,其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放,回到自然界中。
另一方面,由于过度消费化石燃料,过快、过早地消耗了这些有限的资源,释放大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,更加剧了上述环境和全球气候恶化。
通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料,替代煤炭,石油和天然气等燃料,生产电力,从而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。
目前,世界各国,尤其是发达国家,都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术,以达到保护矿产资源,保障国家能源安全,实现CO2减排,保持国家经济可持续发展的目的。
专家认为,生物质能源将成为未来持续能源重要部分,到2015年,全球总能耗将有40%来自生物质能源,主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化发展实现。
我国农村人口占总人口的70%以上,生物质一直是农村的主要能源之一,在国家能源构成中也占有重要地位。
在我国,1979年以前农村能源消费量的70%以上来自生物质能源;1998年,仍有30%的农村能源来自生物质能源。
但大多生物质能源以直接燃烧的利用方式为主,燃烧效率低于10%,造成了巨大的资源浪费和环境污染。
所以,生物质能源技术发展的原始驱动力在于能源市场的需求和环境保护的压力。
我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视,70年代初,我国为解决农村能源短缺的问题,大力开发和推广户用沼气池技术、节柴炕灶和薪炭林,为农村能源建设和农村经济发展做出了重大贡献。
上世纪90年代以来,我国政府一直将生物质能利用技术的研究与开发列为重点科技攻关项目、研究开发了生物质气化集中供气、气化发电、沼气发电、甜高粱茎秆制取乙醇燃料、纤维素废弃物制取乙醇燃料、生物质裂解油、生物柴油和能源植物等现代生物质能技术。
在国家“十五”863计划中,多项生物质能利用新技术研究课题被列为重点课题,这些技术的研究与开发将为今后我国生物质能产业化发展提供技术支撑。
1.4.3增加农民收入的需要
近年来,中共中央、国务院通过采取提高粮价等措施,千方百计增加农民收入,保护农民种粮积极性,并专门下发了促进农民增收的1号文件,增加农民收入成为全党工作的重中之重,推广秸秆发电是鼓励农民种粮增加农民收入的一项重要举措。
农民把粮棉等主产品出售后,还可把秸秆卖给电厂,增加收入。
同时,秸秆燃烧后的底灰、炭灰是一种优质有机肥料,含有丰富的钾、镁、磷和钙元素,将底灰、炭灰返还到土地,又可降低农民施肥成本。
1.4.4满足当地用电要求
望奎电网主要由66kV绥卫线及绥丰线供电,66kV望奎变电站为主供电源,望奎生物质热电联产工程的建设可提高望奎电网的供电可靠性,满足当地用电要求。
1.4.5满足当地用热要求
根据《黑龙江省望奎县望奎镇城市总体规划》,近期(2010年)望奎镇集中供热面积达到140万m2,现有集中供热热源设备老化,供热能力达到饱和,热源和热网满足不了热负荷增长的需求。
本工程位于望奎县工业园区内,在合理的供热半径范围内,本工程的建设将满足望奎县采暖供热的需求。
1.4.6当地秸秆资源丰富
望奎县耕地面积235.9万亩,玉米、大豆、水稻年实种面积分别为119.5万亩、79.4万亩和10.4万亩。
经统计,全县共有可燃秸秆110万吨以上。
主要为玉米和大豆秸秆。
以电厂为中心的25公里半径内,耕地面积252.5万亩,玉米、大豆播种面积分别为122万亩和57万亩,玉米、大豆秸秆分别为83万吨和9.9万吨。
以电厂为中心的30公里半径内,望奎、青冈、北林、海伦4个市县覆盖耕地面积323.5万亩,玉米、大豆播种面积分别为154万亩94万亩,玉米、大豆秸秆分别为104万吨和17万吨。
以电厂为中心的50公里半径内,望奎、青冈、兰西、北林、海伦5个市县覆盖耕地面积553.8万亩,玉米、大豆播种面积分别为247.1万亩和164.2万亩,玉米、大豆秸秆分别为163.7万吨和32.8万吨。
除去生活燃料和畜牧饲料等其它消耗量,在25公里半径内,玉米、大豆秸秆剩余量55万吨;在30公里半径内,玉米、大豆秸秆剩余量71万吨;在50公里半径内,玉米、大豆剩余量117.9万吨。
未来五年,随着国家对粮食产业的加大扶持,县委、县政府对发展粮食产业的高度重视,以及粮食价格的逐年上扬,粮食规模将不断扩大。
特别是畜牧产业和玉米深加工企业的强劲拉动,将带动玉米面积大幅增长,从而带动全县秸秆产量的快速增长。
考虑农村清洁新能源的利用和普及,预计到2010年,仅望奎县秸秆产量稳定在120万吨左右,剩余量在80万吨左右。
1.4.7缓解能源紧张、有利于环境保护。
近几年以来,全国煤炭供应吃紧,价格不断上涨,造成部分小型烧煤电厂限产或亏损,据统计全国有21个省(区、直辖市)由于电厂供应能力问题被迫拉闸限电,鉴于这种状况,亟需开发和利用新的电力能源,以缓解铁路运输压力和不可再生能源煤炭的供应短缺局面。
而秸秆发电是一种高科技、新型、环保、可再生能源方式,是缓解目前能源短缺的重要途径。
望奎县有丰富的秸秆来源,交通十分便利,周边县市也多是农业产区,在望奎县建设秸秆发电厂既可以消耗大量的剩余秸秆,又可以增加地方电力,满足供热需求。
目前,望奎县城生态环境质量恶劣,县糖厂动力车间采用水膜除尘设备,设备老化,效果很差,对周边生态环境造成较大影响。
同时,分散的小锅炉浪费煤炭资源严重,没有脱硫除尘装置,低空排放烟尘,造成城区大气环境污染,空气中总悬浮颗粒、氮氧化物、二氧化硫等有害物质严重超标,影响着居民的身心健康。
生物质热电联产工程的建设,可有效改善望奎县城的环境质量,减少空气污染,提升城市品位,完善城镇功能、增强城市活力。
总之,目前在我国,大部分秸秆用于炊事、取暖、甚至在农田里焚烧掉,处于低效利用状态,其转换效率仅为10%~20%左右,不仅造成能源的大量浪费,不能产生任何经济效益,而且燃烧秸秆时所产生的二氧化碳等有害物质严重污染大气,引发火灾,由于农烟造成的航班延误或取消、高速公路关闭或突发交通事故等等,带来无法估量的社会危害。
生物质热电联产工程的建设,一方面,将秸秆热能转化为电能、热能,可以开发出新的能源利用方式,变废为宝,变害为利;另一方面,秸秆充分燃烧利用,可降低有害物质的排放。
秸秆发电还设有烟气净处理系统和布袋除尘器。
使经布袋除尘器处理的烟气排放低25mg/Nm3,大大低于我国燃煤发电厂的烟灰排放水平,替代望奎县的供热小锅炉,可有效降低污染,保持生态环境。
1.5主要设计原则
本工程总的设计原则为:
技术先进、方案合理、节能环保。
1.5.1接入系统:
电厂2×25MW机组以66kV电压等级接入电厂新建66kV配电装置,电厂出线2回接入66kV望奎变电站,电厂电气主接线拟采用双母线接线。
1.5.2拟选厂址位于望奎县城西工业园区。
1.5.3燃料供应:
本工程燃料为玉米秸秆,秸秆由农民送到就近的收购站,通过公路运到电厂。
1.5.4供水水源:
电厂水源采用地下水。
1.5.5除灰渣系统:
锅炉底灰和除尘器下来的飞灰经输送机转运到锅炉房外的周转灰库。
1.5.6化水系统:
本工程锅炉补给水采用地下水,锅炉补给水系统拟采用如下工艺:
地下水→加热、接触混凝→双介质过滤器→保安过滤器→反渗透→强阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→强阴离子交换器→混合离子交换器→锅炉补给水。
循环冷却水补充水处理系统拟采用以下方案:
加酸、加稳定剂、阻垢剂协和处理。
1.5.7主机选型与主厂房布置:
锅炉为燃烧秸秆高温高压130t/h振动炉排锅炉,汽轮机拟选用高温高压25MW抽汽凝汽式机组,发电机拟选用空冷30MW电机。
1.5.8供热设计原则:
采用抽凝机组,热电联产。
1.6简要工作过程
2005年12月,山东鲁能工程有限责任公司鲁能电力设计院接受业主委托后去望奎县踏勘了现场。
开展厂址、地质、水文气象、水源等外部条件的调研工作。
2006年1月,鲁能电力设计院、黑龙江省林业设计研究院各专业编写可行性研究报告。
1.7设计单位和主要人员:
1.7.1参加本阶段工作的国能生物发电有限公司主要人员:
战谊副总经理
王景汇项目经理
1.7.2望奎县地方有关人员:
盛威县委书记
刘维权县人民政府县长
鲁贺县人民政府副县长
裴令革县经济和发展改革局局长
茹永清县经济和发展改革局副局长
1.7.3山东鲁能工程有限责任公司鲁能电力设计院、黑龙江省林业设计研究院参加的主要人员见本报告签字扉页。
1.8项目法人情况
国能生物发电有限公司成立于2005年7月7日,注册资本5亿元人民币。
其中龙基电力有限公司(为中外合作企业,成立于2004年1月5日,注册资本6000万美元)投资2.25亿,占45%股份;深圳国电科技发展有限公司投资2.75亿,占55%股份。
公司主要从事生物质能发电厂的投资、运营,计划在5年内装机容量达到500万千瓦,2020年装机容量达到1000万千瓦。
目前公司独资的全国生物发电示范项目——山东单县生物发电厂正在建设中,预计2006年10月份建成发电。
第2章热负荷
2.1供热现状
望奎县望奎镇集中供热工程始建于1990年,截至到2005年已实现热电联产集中供热面积33.36×104m2。
分散采暖小锅炉房供热面积58.00×104m2,占供热区域内总建筑面积63.49%。
望奎县望奎镇集中供热在保护环境、减少污染、节约能源,促进社会进步、改善人民生活等方面都发挥着重要作用。
望奎县望奎镇冬季采暖主要以热电联产集中供热和分散采暖小锅炉房供热为主。
望奎县金都热电厂是望奎镇仅有的集中供热热源,承担望奎镇部分机关企事业单位、居民住宅楼集中供热面积33.36×104m2,占供热范围内供热面积的36.51%。
望奎县金都热电厂现有4台AZD20-25/400蒸汽锅炉和4台1500kW汽轮机。
三台背压机,一台抽凝机。
锅炉和汽轮机等主要设备均为上个世纪六、七十年代产品,其中1台蒸汽锅炉、1台抽汽冷凝式汽轮机和1台背压机由于年久失修、严重老化、缺少零部件、能耗高、生产效率的原因现已停止生产运行。
运行中的3台蒸汽锅炉和2台汽轮机也处于超期服役状态,仅能达到70%的设计出力,而且故障时有发生,难以保证正常的生产运行。
热电厂采用的水膜除尘设备,由于设备老化,除尘效果差,给周边生态环境造成较大的影响。
望奎镇现有分散采暖小锅炉房共计61座,小锅炉73台,全部为额定功率2.8MW以下热水锅炉,锅炉总额定功率为79.47MW,供热面积58×104m2,占供热区域内总建筑面积63.49%。
分散采暖小锅炉房大多没有除尘设备,低空排放或除尘设备因落后陈旧不能达到环保要求,对环境造成极大污染。
同时锅炉房设备大部分已接近报废期,不能达到设计出力要求。
望奎镇现有工业锅炉房16座,蒸汽锅炉17台,工业企业主要为:
哈慈集团下属饲料厂、制药厂;三合化工、胶件厂、食品公司等。
锅炉总蒸发量47.7t/h,蒸汽压力在0.7~1.25MPa之间,蒸汽热源全部为自备热源。
热负荷调查数据见:
表2-1-1
(1)─(4):
望奎镇分散燃煤锅炉房现状调查汇总表
表2-1-2:
望奎镇工业燃煤锅炉房现状调查汇总表
表2-1-1
(1)
表2-1-1
(2)
表2-1-1(3)
表2-1-1(4)
表2-1-2
2.2热负荷
2.2.1生产热负荷
由于工业用汽单位比较分散,用汽负荷较小,建设集中工业用汽热源及管网造价高,回收期长不经济,所以根据城市总体规划,本期工程不考虑工业用汽集中热源,企业工业用汽还利用自备热源。
2.2.2采暖热负荷
依据《黑龙江望奎县望奎镇城市总体规划》(2003~2020)人口发展预测,结合望奎镇城区建设发展实际状况,考虑近期采暖热负荷。
⑴2005年人口10.04万人,人口增长率为22‰;人均居住面积15m2/建筑面积,现有建筑面积150.6×104m2;集中供热面积33.36×104m2,采暖热负荷22.02MW。
⑵近期(2006~2010)规划人口11.02万人,人口增长率18‰,人均居住面积20m2/建筑面积,规划建筑面积220.4×104m2;集中供热面积161.36×104m2(年均增加14×104m2),采暖综合热指标取61.23W/m2,采暖热负荷98.8MW;集中供热普及率73.21%。
⑶远期(2011~2020年)规划人口13.04万人,人口增长率17%,人均居住面积25m2/建筑面积;规划建筑面积326×104m2;集中供热面积281.36×104m2(年均增加12×104m2),采暖热负荷164.8MW;集中供热普及率86.61%。
2.2.3采暖热指标的选取
建设部20世纪90年代就提出,新建建筑要采取节能措施,近期节能建筑要达到50%~60%。
新行业标准《城市热力网设计规范》(GJJ34-2002)对采暖热指标标准推荐值,按建筑物类型分为,一类为“未采取节能措施”建筑物,另一类为“采取节能措施”建筑物。
两类建筑物采暖热指标不同,采取节能措施的建筑物热指标比未采取节能措施的建筑物低10~19W/m2。
(见表2-2-1)
表2-2-1采暖热指标推荐值qh(W/m2)
建筑物
类型
住宅
居住区综合
学校
办公
医院
托幼
旅馆
商店
食堂
餐厅
影剧院
展览馆
大礼堂
体育馆
未采取
节能措施
58-64
60-67
65-80
65-80
60-70
65-80
115-140
95-115
115-165
采取
节能措施
40-45
45-55
50-70
55-70
50-60
55-70
100-130
80-105
100-150
注:
1表中数值适用于我国东北、华北、西北地区;
2热指标已包括约5%的管网热损失。
(1)现有建筑采暖热指标
本工程供热范围内现有供热面积91.36×104m2,现有采暖建筑物按使用功能分类:
民用住宅、办公楼、商服、学校等。
现有各类建筑物热指标取值如下:
住宅建筑(占66%):
64W/m2
办公、商服、教学楼类建筑(占34%):
70W/m2
取现有采暖综合热指标:
66W/m2
(2)近期采暖热指标
近期规划新建建筑均为节能建筑,居住区综合热指标为45-55W/m2,办公商服类为50-65W/m2,按规划部门的规划,新增建筑以小区住宅为主,确定新增供热面积综合热指标为55W/m2。
供热区域范围内现有供热面积为91.36×104m2,占最终面积的56.62%,规划发展的节能建筑面积为70×104m2,占最终面积的43.58%。
因此,近期规划的采暖综合热指标确定为61.23W/m2。
(3)远期规划采暖热指标
远期规划居住区综合热指标为45-55W/m2,办公商服类为50-65W/m2,按规划部门的规划,新增建筑以小区住宅为主,确定新增供热面积综合热指标为55W/m2。
近期规划供热面积为161.36×104m2,占最终面积的61.12%;远期规划发展的节能建筑面积120×104m2,占最终面积的38.88%。
因此,远期规划的采暖综合热指标确定为58.57W/m2。
故:
现有采暖综合热指标取66W/m2;
近期采暖综合热指标取61.23W/m2;
远期规划采暖综合热指标取58.57W/m2。
本期工程不考虑集中供应热水负荷。
2.2.4年采暖耗热量及热负荷曲线
⑴采暖热负荷延续曲线
望奎县望奎镇采暖期为183天,采暖4392小时,采暖期室外计算温度-26℃,采暖期室外平均温度-10.2℃,采暖期室内计算温度18℃。
采用国家有关部门颁布的《小型节能热电项目可行性研究技术规定》中推荐的计算公式,计算不同室外气温tw下的延续时间n:
n=120+(nz-120)
式中nz为采暖小时数nz=4392
twˊ为采暖室外计算温度
twˊ=-26℃
tp为采暖期室外日平均温度
tp=-10.2℃
则
于是
=120+132.28(tw+26)1/0.988
根据上述公式和有关气象资料得出望奎县望奎镇不同室外气温下的延续时间。
(见表2-2-2)
表2-2-2不同室外气温下延续时数
tw(℃)
-26
-22
-19
-16
-13
-10.2
-10
-7
-4
-1
2
5
H(h)
120
669
1082
1495
1909
2295
2322
2724
3150
3564
3978
4392
按上述计算结果绘制采暖热负荷延续曲线。
(图2-2-1)
图2-2-1
⑵规划热负荷采暖期、非采暖期最大、最小、平均热负荷。
(见表2-2-3)
表2-2-3单位:
MW
规划期
项目
采暖期
非采暖期
最大
平均
最小
最大
平均
最小
近期
2006~2010
工业热负荷
0
0
0
采暖热负荷
98.8
63.32
29.19
合计
98.8
63.32
29.19
远期
2011~2020
工业热负荷
0
0
0
采暖热负荷
164.8
105.62
48.69
合计
164.8
105.62
48.69
注:
近期热负荷作为本期工程电源部分的设计热负荷。
⑶根据表2-2-3计算出:
近期(2006~2010年)年采暖耗热量为100.12×104GJ
远期(2010~2020年)年采暖耗热量为166.98×104GJ
2.2.5其它热负荷
⑴生活热水热负荷
根据我省及望奎县望奎镇现实生活水平并考虑今后发展趋势,近、远期规划暂不实现供应生活用热水。
⑵制冷负荷
望奎县望奎镇地处中纬度,夏季凉爽且短暂,故本规划不考虑制冷负荷。
2.2.6热平衡
规划热负荷的近期热负荷作为本期工程电源部分的设计热负荷,由以上章节,绘制出热电厂近期(汽)热平衡表。
(原金都热电厂的2台B1.5背压式汽轮机参与调节(汽)热平衡,见表2-2-4)
表2-2-4汽量单位:
t热量单位:
MW
汽平衡
t/h
类别
项目
采暖期
最大
平均
最小
锅炉新蒸汽2.35MPa
390℃
锅炉蒸发量
40
0
0
B1.5汽机进汽量
38
0
0
减温减压量
0
0
0
汽水损失
1.14
0
0
比较
0.86
0
0
锅炉新蒸汽9.3MPa
535℃
锅炉蒸发量
260
260
130
C25汽机进汽量
249.6
249.6
249.6
减温减压量
0
0
0
汽水损失
7.8
7.8
7.8
比较
2.6
2.6
2.6
采暖用汽0.294MPa
150℃
0.49MPa
199℃
B1.5汽机排汽量
35
0
0
C25汽机抽汽量
107.54
90.53
41.73
减温减压量
0
0
0
热网首站用汽量
142.54
90.53
41.73
汽平衡
0
0
0
热平衡
热负荷MW
采暖热负荷
98.8
63.32
29.19
汽机排抽汽供热
98.8
63.32
29.19
热平衡
0
0
0
第3章电力系统
3.1望奎电网现状
望奎县位于绥化西部,66kV望奎变电所是该地区的枢纽变电站,现有主变2台,总容量2×10MVA,66kV出线3回。
望奎县现由66kV绥卫线和绥丰线供电,上述线路导线型号均为LGJ-150,线路长度分别为35.07km和25.53km,望奎县拥有66kV变电站7座:
望奎站(2×10MVA)、卫星站(2+3.15MVA)、海丰站(3.15MVA)、厢百站(3.15MVA)、莲花站(2×2MVA)、通江站(2×3.15MVA)、坤四站(4+2MVA);66kV主变容量合计47.75MVA。
2005年望奎地区最大负荷为31.9MW,望奎变电站最大负荷为11.2MW。
望奎县现有热电厂1座,总装机6MW(4×1.5M
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