0、引言
    利用生物質(zhì)能發(fā)電是我國迫切需要的，是解決能源出路的最好途徑之一。為此，我國于2005年2月28日第十屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第十四次會議通過了《可再生能源法》，目的是為了可再生能源的開發(fā)利用，增加能源供應(yīng)，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，保護環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。
    國內(nèi)各大電力集團及能源投資商都想走在生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的前列，在短時間內(nèi)，現(xiàn)已有多臺生物質(zhì)電廠投入運行，由于在建設(shè)初期國內(nèi)沒有成熟的生物質(zhì)燃料輸送運行經(jīng)驗及相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范，生物質(zhì)電廠燃料輸送系統(tǒng)及設(shè)備選型多種多樣，運行中存在各種問題，且不同系統(tǒng)選擇也影響電廠投資和運行成本，總結(jié)出適用的生物質(zhì)電廠燃料輸送系統(tǒng)及可行的運行設(shè)備，有利于再建生物質(zhì)電廠少走彎路，且可指導現(xiàn)有運行系統(tǒng)的改進。
1、生物質(zhì)燃料廠外運輸
    農(nóng)林生物質(zhì)具有重量輕、體積大、分布面積廣、收獲具有季節(jié)性等特點。針對生物質(zhì)的這些特點，廠外一般采用公路運輸方式，目前，農(nóng)村基本上是村村通公路，農(nóng)用運輸車輛也很普及，在農(nóng)民農(nóng)閑時間，將農(nóng)戶堆放在屋前屋后空地上秸桿用農(nóng)用車運至收購站也是一種增收的途徑。
    目前，較常見的運輸方式是：個體收購者或農(nóng)民將收割后留在田間的秸桿集中到田頭或屋前屋后空地上，通過農(nóng)用車送到就近收購站，在收購站打捆或粉碎后貯存，清除燃料中夾雜磚頭土塊，對含水量大的燃料進行風干，利于進廠燃料質(zhì)量保證，當電廠需要時，用載重車輛運往電廠燃料堆場。
    由于生物質(zhì)比重輕、體積大，運輸車輛載重量受到限制，當電廠裝機容量在25MW時，每天進入電廠的燃料量在700--800t，每輛車載重按5～10 t計算時，一天按日間運行12小時計算，每小時進廠5～11輛車，幾乎是每隔5～10分鐘就有一輛載重車進廠，在廠內(nèi)測試水份、計量還需停留1～2分鐘，廠前的燃料進廠道路上車輛將是連續(xù)不斷。目前國能集團、大唐、凱迪等所建的生物質(zhì)電廠，為了減少運輸成本，都配有大車箱專用自卸汽車從收購站運往電廠。
    以上是我認為比較適宜的廠外運輸方案。
    由于燃料收集途徑很多，每個電廠燃料來源、運輸條件、鍋爐形式不同，采用什么樣的運輸方式，需根據(jù)實際情況調(diào)研后確定，下面介紹幾種可行的其它電廠運輸方案：
    (1)船運
    在河流較發(fā)達地區(qū)，采用船運是一種較經(jīng)濟的運輸方式。
    江蘇興化生物質(zhì)氣化發(fā)電廠，廠址緊鄰運河，電廠所需燃料采用船運，到廠后用負壓氣力管道送至燃料堆放倉庫。
    氣力管道運輸方案是稻殼運輸?shù)淖罱?jīng)濟、環(huán)保的一種方式，且有利于將稻殼中土塊、石頭分離出來，避免鍋爐底渣系統(tǒng)因大塊卡住。但該系統(tǒng)不適應(yīng)粉碎后秸桿運輸，由于秸桿之間相互牽連搭橋，很容易產(chǎn)生堵管，輸送能力大大降低。一般采用膠帶輸送機從船頭送進廠內(nèi)燃料堆場。
    (2)有些長距離運輸，特別是木材加工廢棄料及農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物，為了減少對環(huán)境污染及減少運輸成本，將燃料裝袋后用載重車運往電廠，在已投運的河北成安電廠中，廠外燃料經(jīng)裝袋后用農(nóng)用車或載重車運輸進廠，然后通過人工解袋，每班解袋人數(shù)都在十幾人以上，在安徽寧國生物質(zhì)電廠燃料運輸中也有類似情況。且在解袋過程中揚塵較大，工作環(huán)境惡劣。
    (3)黃秸桿因輕、泡而帶來的運輸、粉碎難度大等原因，為了解決上述問題，將秸桿壓實成型，加工成固體顆粒，增加比重、減少體積，便于運輸?shù)纳�物質(zhì)固體成型設(shè)備便運營而生，其設(shè)備使用特點是：
    一，生物質(zhì)固體成型設(shè)備以小型（產(chǎn)量為0.5-1噸／小時）、價款在4萬元左右，一家一戶即可買得起，放得下，干得了。在村莊里由農(nóng)戶就地將秸稈加工成型，使秸桿密度大、體積小，便于遠距離運輸。
    二，便于儲存。由于秸桿壓實后比重大，相對秸桿來說貯存所占用面積大太減少。
    三，秸稈可能用一根火柴就使其燃燒起熊熊大火，而壓縮成型后其燃點是比較高的，通常難以引燃，使其防火不再難。
    四，秸稈壓縮成型后，體積大幅度縮小，密度大幅度增加，不再象秸稈那樣輸送入爐時容易篷住、卡住，使生物質(zhì)燃料入爐不再難。
    顯然，由于生物質(zhì)固體成型燃料密度大，便于儲存和運輸，從而使生物質(zhì)電廠燃料輸送中存在的難題得到比較好的解決。但在生物質(zhì)固體成型過程中要耗費人力、動力、物力，必將使生物質(zhì)燃料成本增大。根據(jù)黑龍江雙贏再生能源有限公司設(shè)備運行估算，在秸稈壓縮成型過程中，其費用每噸增加了85元。而在市場上，生物質(zhì)固體成型燃料價格高達每噸600元左右，電廠很難接受，應(yīng)該說，將生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)用于生物質(zhì)發(fā)電生產(chǎn)，將使規(guī)模較大的生物質(zhì)發(fā)電生產(chǎn)更容易實現(xiàn)，關(guān)鍵在于如何降低成本。是一個非常值得研究的重要課題。
2、生物質(zhì)燃料貯存
    生物質(zhì)電廠的燃料儲藏也是一件大事。燃煤電廠的貯煤，一般考慮15至25日的消耗量�？墒巧�物質(zhì)的存量需考慮青黃不接及收購價格問題，總要按數(shù)月設(shè)計。不論集中一處或多處，必然占用大量土地。其消防也成為大事。下圖為某電廠廠外燃料堆場。
    目前，電廠燃料儲存有二種模式，一是廠內(nèi)設(shè)一個供鍋爐燃用幾天的小型堆料場，只是滿足下雨天不便運輸時使用，減少廠內(nèi)占地，便于運行管理，同時避免火災對電廠的威脅，在電廠周邊設(shè)置多個中間小料場兼燃料收購及粉碎，其優(yōu)點減少電廠運行環(huán)節(jié)，避免因秸桿粉碎產(chǎn)生的灰塵飛揚對電廠環(huán)境污染。燃料收集、粉碎及運輸由獨立的燃料公司負責，減少電廠運行人員，有利于利用社會空地和富裕勞動力，降低電廠運行成本。但采用中間多個小料場（或收購站）的運行方式，比只設(shè)一個終端大料場除重復了場內(nèi)卸車、堆垛、拆垛、裝車的作業(yè)成本外（約10元／噸），更大的成本則是重復了從中間料場到終端料場的運輸費用（約20-30元噸）。經(jīng)驗證明，項目建設(shè)單位如采取中間多個小料場（或收購站）進行原料收、儲、用的作業(yè)模式，其單位作業(yè)成本將達到35-45元／噸（其中5元為電廠的終端作業(yè)成本）。如在此基礎(chǔ)上，再實行打包，打捆的供應(yīng)方式，則每噸原料的作業(yè)成本還將上升30-50元，其單位作業(yè)的總成本將達到65-85元／噸，一個年耗原料20萬噸的項目，如采用此類作業(yè)流程，其每年總的作業(yè)費用將達到1300-1700萬元。
    二是廠內(nèi)設(shè)置一個大型堆料場，減少中間轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)，降低燃料收購成本同時保證燃料貯量能滿足機組連續(xù)運行，也避免在秸桿淡季時價格上漲，但電廠占地面積大，為了保證電廠消防安全，場地利用率低。
    從我國第一臺直燃式生物質(zhì)電廠投運至今也才一二年的時間，電廠燃料的貯存還沒有一個統(tǒng)一的規(guī)定，大多數(shù)電廠生物質(zhì)的貯存參照造紙行業(yè)或燃煤電廠相關(guān)管理規(guī)定執(zhí)行，如我院設(shè)計的生物質(zhì)電廠，在廠內(nèi)設(shè)置有十幾公頃的堆場，生物質(zhì)燃料按照便于排水、堆垛、拆垛及消防要求規(guī)劃，但當?shù)叵�防部門要求嚴格按照《造紙行業(yè)原料場消防安全管理規(guī)定》執(zhí)行。原料場應(yīng)設(shè)置在企業(yè)、居民居住地全年風向最小頻率的上風側(cè)，并設(shè)有充足的消防水源和暢通的消防車道。原料場應(yīng)遠離生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)。一般要求：儲量在兩萬噸以上的大型原料場，與生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)的距離應(yīng)在一百米以上；兩萬噸以下的中小型原料場，與生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)的距離應(yīng)在五十米以上。距場外道路邊不應(yīng)小于十五米，距場內(nèi)主要道路路邊不應(yīng)小于十米。稻草麥秸堆垛長×寬×高為30m×lOm×13m，蘆葦芒桿竹子堆垛長×寬×高為60m×15mX 13m。
    按照此規(guī)定，場地利用率非常低。對于燃料消耗量相當大的電廠來說是否合適，還需待生物質(zhì)電廠運行幾年后，根據(jù)電廠實際運行情況再歸納總結(jié)出適合電廠運行的燃料堆放管理規(guī)定。從目前投運的電廠來看，一般按燃煤電廠堆煤方式在運行，廠內(nèi)常用科堆一般堆高3～5m．采用裝載機或抓掘機堆料，形成一個大料場。下圖為北方電廠廠內(nèi)燃料堆場。
3、生物質(zhì)燃料輸送系統(tǒng)概況
    目前，就秸稈發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)除了秸稈焚燒鍋爐技術(shù)及其可靠性問題外，擺在各項目設(shè)計和建設(shè)單位面前的就是如何解決包括原料運輸、裝卸、堆垛、拆垛、抓運、喂料等物流設(shè)備的配套及實現(xiàn)一條龍機械化作業(yè)問題。針對各種泡、松、散、亂類的秸稈特性及國外、國內(nèi)同類設(shè)備運行經(jīng)驗，很多設(shè)備制造廠家在原有類似設(shè)備基礎(chǔ)上開發(fā)和研究出適合秸桿特點的新設(shè)備。
3.1  裝卸及儲料設(shè)施
    由于我國農(nóng)村勞動力比較富余，為了減少料場初期投資，采用人工卸車及堆料的方式比較普遍，在已投運的幾個生物質(zhì)電廠勻采用人工卸車及堆料。每班運行人數(shù)十幾人到幾十人，從長期運行來看，運行成本高，效率低。而且秸桿裝卸及儲料與國內(nèi)造紙行業(yè)類似，國內(nèi)已有較成熟的設(shè)備。根據(jù)造紙行業(yè)運行要求，江蘇八達重工機械有限公司已進行了十年的艱苦研制，推出面對中國秸稈發(fā)電行業(yè)的場內(nèi)裝卸、堆垛、拆垛、轉(zhuǎn)（抓）運和喂料作業(yè)設(shè)備，基本可以實現(xiàn)電廠燃料運行要求。雖然國產(chǎn)設(shè)備在質(zhì)量和性能方面與國外名牌產(chǎn)品有一定差距，但設(shè)備造價和維修成本均比進口設(shè)備要低的多，
    露天料場卸料設(shè)施采用雙動力液壓輪式直臂或疊臂抓料機，功能是進行汽車卸車、堆垛、拆垛以及燃料轉(zhuǎn)運上料晝間作業(yè)，該產(chǎn)品是一種流動式、全回轉(zhuǎn)，具有機械臂、機械手作業(yè)功能的裝卸、堆垛和拆垛專用設(shè)備，含有多項專利技術(shù)�？朔�了行吊等各類軟索起重機作業(yè)時抓斗易打擺、旋轉(zhuǎn)和抓取時無下壓力、而對較積實的物料抓取效果差，以及遇有方向性抓取要求時，其定位性差及不可控制換向等不足。
    該產(chǎn)品具有內(nèi)燃機和外接380V電源互換作業(yè)的“雙動力”驅(qū)動系統(tǒng)。其特點包括電動作業(yè)可設(shè)計防爆電機驅(qū)動、全封閉電氣控制，作業(yè)安全防火，并比內(nèi)燃機作業(yè)節(jié)省70%的能耗；可快速更換不同的液壓抓斗，實現(xiàn)了一機多用功能；同時還設(shè)置液壓散熱器，過流、過載、過熱、漏電和“Y/△”降壓啟動等多種保護功能。是對木材、草葦、毛竹等秸稈類及打捆類原料進行裝卸、堆垛、拆垛和喂料作業(yè)的專用設(shè)備。并確保其在重點消防單位作業(yè)的安全可靠性。常用規(guī)格型號產(chǎn)品主要技術(shù)性能參數(shù)如下：
3.2上料設(shè)備
    干料棚及露天料場上料系統(tǒng)給料設(shè)備，目前電廠使用比較多的是裝載機或橋抓，橋抓上料機械化程度高，可以兼作堆料、轉(zhuǎn)運作業(yè)，不占用地面空間。采用裝載機上料，可以降低干料棚的造價，運行比較靈活，地面一搬都進行了硬化處理，但需要留出較大的空間給裝載機轉(zhuǎn)向，且在上料過程中因鏟斗的反轉(zhuǎn)高度要求，卸料高度一般離地面2^-3米，揚塵較大。
3.3粉碎設(shè)備
    根據(jù)目前鍋爐運行要求，其入爐秸桿長度在20mm~40mm之間，秸桿需切碎。稻桿與麥桿一般分為黃秸桿而棉桿及樹枝為灰秸桿，根據(jù)其特性其粉碎設(shè)備也有所不同，主要分刀切和錘切二種，刀切出力較小，功耗較大，刀片需經(jīng)常更換，出料比較均勻，比較適宜黃秸桿，錘切正好彌補刀切缺點。但出料長度難保證，設(shè)備出力一般在3～15t/h之間，隨著秸桿粉碎設(shè)備在生物質(zhì)電廠中的運行，粉碎設(shè)備也在不斷改進，已有刀切與
錘切二種相結(jié)合的設(shè)備投入運行。
    粉碎設(shè)備布置分廠內(nèi)和廠外二種方式，當廠外設(shè)有收購站時，在每個收購站根據(jù)周邊可收秸桿種類，設(shè)置相應(yīng)的粉碎設(shè)備，由于電廠廠外收購站一般在4～6個，就需要設(shè)置多臺粉碎設(shè)備，如果設(shè)在廠內(nèi)，粉碎設(shè)備就需適應(yīng)不同種類秸桿。因粉碎設(shè)備在運行過程申易發(fā)熱，為了避免火災，需間斷運行。
    由于秸桿在收割時，含泥土和灰塵較多，在粉碎過程中揚塵很大。如果設(shè)在廠外，可將粉碎設(shè)備布置在上風向，可讓灰塵落在下風向堆場處。若布置在廠內(nèi)，因電廠各設(shè)備運行環(huán)境要求，粉碎設(shè)備需配吸塵設(shè)施，避免粉塵對廠區(qū)及周邊環(huán)境影響。
3.4燃料輸送系統(tǒng)及運行方式
    根據(jù)生物質(zhì)燃料的特點及已投運的電廠運行情況，廠內(nèi)輸送系統(tǒng)一般采用膠帶輸送機配螺旋或其它給料機，在大米加工廠所建的氣化發(fā)電廠，因燃料為單一的稻殼，根據(jù)大米加工工藝，稻殼采用氣力送至爐前倉較經(jīng)濟。
3.4.1膠帶機輸送系統(tǒng)
    由于生物質(zhì)燃料一般比重輕，易飛揚，帶速通常為1.0m/s-1.25m/s，相應(yīng)帶寬在1000mm～1400mm左右，采用普通膠帶機，雙路布置，一路運行，一路備用，也可雙路同時運行�，F(xiàn)已運行的膠帶機角度可達到23°。
    目前已投運的電廠也有采用裙邊膠帶機的，價格較高，且在運行時，由于清掃困難，在頭部回程段及棧橋面撤落很多秸桿粉末，需人工清理。
3.4.2給料設(shè)備
    由于生物質(zhì)有泡、松、軟及搭橋的特點，避免下料不暢，下料斗一般為矩形，斗口較寬，在山東單縣生物質(zhì)電廠采用的是雙列刮板給料機，在大唐安慶生物質(zhì)電廠采用的是雙列鱗板給料機，都是鏈條傳動，在運行過程中，發(fā)現(xiàn)料斗內(nèi)料不能存料，科層一高就易過載，在成安生物質(zhì)電廠安裝有二種給料機，一種是活底料倉，一種是多排螺旋給料機，活底料倉也存在料層一高就易過載現(xiàn)象，而螺旋給料機在運行過程中因燃料中含硬塊及秸桿搭橋而發(fā)生卞住現(xiàn)象，為了避免卡住，所配電機功率一般較大。還有一種布置在地面上的組合式給料機，采用皮帶與鏈條二種相結(jié)合的傳動方式，可傾斜布置，減少了土建工程量。采用那種給料機，主要根據(jù)燃料輸送系統(tǒng)料場布置形式選擇，下面是幾種給料機運行照片。
發(fā)展，到今天已發(fā)展成實用化最成功的潔凈煤燃燒技術(shù)之一，正在全世界的電力行業(yè)中向大型化的方向迅速發(fā)展，并在容量和蒸汽參數(shù)上追趕煤粉爐，并正在對傳統(tǒng)的煤渦爐技術(shù)進行挑戰(zhàn)。以自然循環(huán)為基礎(chǔ)的亞臨界循環(huán)流化床(CFB)鍋爐技術(shù)，在過去的10多年中已達到了電站鍋爐的容量水平。30年來，由于市場的需求使得中國的CFB得到了長足的發(fā)展，現(xiàn)在中國已是世界上循環(huán)流化床鍋爐臺數(shù)最多、總裝機容量最大和發(fā)展速度最快的國家。到2008年底，全國已投運的CFB鍋爐已超過3000臺，總?cè)萘窟_67，OOOMWe，占全國煤電裝機總?cè)萘康?1.61%。在67，OOOMWe CFB鍋爐的總?cè)萘恐�，鍋爐容量在l00-200MWe之間的超過100臺，其中已投運的300MWeCFB鍋爐15臺，在建的300MWeCFB鍋爐64臺，加上已經(jīng)立項的工程，中國的300MWe等級亞臨界CFB鍋爐工程項目已經(jīng)超過100臺。由福斯特惠勒公司供貨的世界上第一臺460MWe超臨界循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)于2009年初在波蘭Lagisza電廠成功投運（圖1），中國的第一臺600MWe超臨界CFB鍋爐也在四川白馬電廠開始興建(圖2)。當前，全球正面臨氣候變化、全球變暖的嚴峻挑戰(zhàn)，火電面臨二氧化碳減排的巨大壓力下，作為電站鍋爐品種之一的循環(huán)流化床鍋爐，也必須走高效率的超臨界、超超臨界蒸汽參數(shù)的發(fā)展道路。
    世界上第一臺460MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的成功投運是一個里程碑，它是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)和可采用低質(zhì)量流率的本生垂直管直流鍋爐技術(shù)成功結(jié)合的標志，它標志著循環(huán)流化床燃燒技術(shù)不僅能夠充分發(fā)揮其燃料靈活性和低排放特性的優(yōu)點，而且在容量和效率上能夠開始和煤粉爐進行競爭。特別是在超臨界和超超臨界蒸汽參數(shù)的水平上，超I臨界循環(huán)流化床與超臨界煤粉爐比較，具有以下的特點：
    (1)采用低質(zhì)量流速本生垂直管技術(shù)，使得水冷壁的流動阻力減小，從而減少了出的信號，控制輸送系統(tǒng)的啟停。也可通過調(diào)節(jié)給料出力與鍋爐耗量匹配，使系統(tǒng)連續(xù)運行。避免因爐前料倉積料高后，產(chǎn)生下料不暢。
    燃料輸送系統(tǒng)納入全廠輔助控制系統(tǒng)集中控制。同時也可以切換為手動控制，在就地有手動操作裝置。
4、結(jié)論
    生物質(zhì)發(fā)電是一種很有前景的新型能源利用方式，近幾年在國家政策引導下發(fā)展很快，正在新建的電廠很多，但投入運行的電廠運行時間還很短，由于設(shè)備及運行經(jīng)驗不足，多數(shù)投入試運行的電廠也在改進中，為了少走彎路、節(jié)省投資，需對已投運的電廠歸納總結(jié)，研究解決運行中存在的問題，找出適合生物質(zhì)電廠可持續(xù)健康發(fā)展最佳途經(jīng)�，F(xiàn)就針對生物質(zhì)燃料收集、運輸、貯存及輸送系統(tǒng)的研究提出如下觀點：
    1)燃料收集：對于農(nóng)民人均耕地較少，分散式種植的地區(qū)，宜采用廠外設(shè)置收購站的收集方式，便于農(nóng)民出售。對于農(nóng)場式的大規(guī)模種植的地區(qū)，電廠與農(nóng)場形成一體化的直接收購，減少中間環(huán)節(jié)，節(jié)省轉(zhuǎn)運費用。
    2)燃料運輸：根據(jù)秸桿泡松、容重輕特點，秸桿宜在田間打捆后用農(nóng)用車運輸?shù)睫r(nóng)民屋前屋后空地或收購站或電廠堆料場貯存，在收購站粉碎后的秸桿到電廠的運輸宜采用專用大車箱自卸汽車運輸，提高載重量，可減少進廠車輛數(shù)及運輸成本：對于遠距離遠輸易飛揚的農(nóng)產(chǎn)品廢棄料，可包裝后運輸，避免在運輸過程中對環(huán)境污染。對于水路運輸方便地區(qū)，可采用船運，降低運輸費用。
    3)燃料貯存：在收購站由于燃料貯存時間較長，秸桿堆垛方式要便于排水、通風，避免因含水量高發(fā)生霉變和自燃現(xiàn)象，堆垛間距要滿足消防規(guī)定要求。電廠內(nèi)堆料場設(shè)置為了避免火災對廠內(nèi)設(shè)備及構(gòu)筑屋威脅，造成較大經(jīng)濟損失，建議廠內(nèi)設(shè)置一個月以下堆場，由于燃料在電廠內(nèi)流轉(zhuǎn)較快，堆垛尺寸不必嚴格按照造紙行業(yè)原料管理規(guī)定執(zhí)行，可根據(jù)來料方式及堆料設(shè)備確定，盡量提高場地利用率和降低堆料成本。為了降低收購站燃料堆場占地過大，通過調(diào)節(jié)燃料收購價格，鼓勵農(nóng)民利用空地貯存秸桿。
  4)燃料輸送系統(tǒng)：從廠內(nèi)燃料堆場到爐前倉，通過實際運行宜采用普通膠帶機、角度小于20度、帶速小于1.25米／秒，可適應(yīng)多種燃料輸送，經(jīng)濟使用、安全可靠。料場給料設(shè)備宜采用寬度2—3米的皮帶與鏈式組和傳動的給料機，避免其它形式給料機卡塞問題。