黃雪麗 舒志強(qiáng)

摘要：簡單介紹了秸稈氣化技術(shù)原理，以生物質(zhì)能發(fā)電廠為例，對(duì)秸稈氣化系統(tǒng)的安全性問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的防護(hù)對(duì)策，為今后秸稈氣化系統(tǒng)在發(fā)電領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能;發(fā)電廠;秸稈氣化系統(tǒng);安全分析

0 引言

為了有效緩解我國資源匱乏的嚴(yán)峻局面，當(dāng)前很多發(fā)電廠都利用可再生的生物質(zhì)能代替一次能源，以滿足我國工業(yè)生產(chǎn)的綠色可持續(xù)發(fā)展需求。當(dāng)前發(fā)電企業(yè)應(yīng)用比較廣泛的是秸稈生物質(zhì)能，其通過秸稈氣化系統(tǒng)獲取生物質(zhì)能，一方面可有效提升資源的利用效率，另一方面有助于優(yōu)化當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)，促進(jìn)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。但是，在秸稈氣化系統(tǒng)應(yīng)用過程中，發(fā)電企業(yè)需要高度重視系統(tǒng)的應(yīng)用安全問題。

1 秸稈氣化技術(shù)

秸稈在我國農(nóng)村地區(qū)十分常見，其化學(xué)組成包括C、H、O、N、Mg等元素，在燃燒秸稈過程中，通過控制氧氣含量，可以產(chǎn)生CO、CH4和H2等可燃性氣體，生成的可燃性氣體可以被應(yīng)用于取暖和發(fā)電等領(lǐng)域。秸稈氣化技術(shù)主要涉及氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)以及裂解反應(yīng)。首先，空氣和秸稈在氣化爐底部接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生CO和CO2，生成的CO2與氣化爐中的C和H2O發(fā)生還原反應(yīng)生成CO和H2;接著氣體繼續(xù)上升發(fā)生裂解反應(yīng)，生成一部分烴基產(chǎn)物，如CH4等;最后，生成的氣體會(huì)進(jìn)入到系統(tǒng)的干燥裝置中，將可燃性氣體排出氣化爐外，爐內(nèi)的干料會(huì)繼續(xù)反應(yīng)。

近年來，秸稈氣化技術(shù)憑借自身的諸多優(yōu)勢，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如農(nóng)業(yè)烘干、工業(yè)發(fā)電等領(lǐng)域，這為其后續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境和條件。

2 生物質(zhì)能發(fā)電廠秸稈氣化系統(tǒng)的安全分析

2.1 ? ?秸稈氣化系統(tǒng)介紹

秸稈氣化系統(tǒng)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化原理：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的秸稈，包括玉米秸稈、油菜秸稈等，通過氣化系統(tǒng)在缺氧條件下發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，將秸稈中的碳元素轉(zhuǎn)化為可燃性氣體，這些氣體通常被用于民用取暖、農(nóng)業(yè)烘干及工業(yè)發(fā)電等領(lǐng)域。在實(shí)際轉(zhuǎn)化過程中，秸稈會(huì)先通過輸送帶進(jìn)入到氣化爐底部進(jìn)行燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^旋風(fēng)分離器、裂解器、蒸汽過熱器、省煤器以及氣體清洗裝置等，最終達(dá)到降低燃?xì)鉁囟鹊哪康模又細(xì)饨?jīng)過風(fēng)機(jī)進(jìn)入儲(chǔ)氣裝置，最終通往燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組，在該裝置中通過做功完成發(fā)電工作。

本次研究的生物質(zhì)能發(fā)電廠秸稈氣化系統(tǒng)主要涉及三部分：第一，氣化系統(tǒng)，包括原料處理、氣化處理、凈化處理（降溫、除塵）以及電控裝置等;第二，燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)，由于氣化系統(tǒng)產(chǎn)生的燃?xì)鉄o法在常溫狀態(tài)下液化，所以需要通過輸配系統(tǒng)送至儲(chǔ)氣設(shè)備中;第三，燃?xì)庀到y(tǒng)，其主要涉及燃?xì)獾膽?yīng)用，即通過燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)工業(yè)發(fā)電。發(fā)電廠秸稈氣化系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

2.2 ? ?氣化系統(tǒng)安全性分析

2.2.1 ? ?火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

本次研究以玉米秸稈為例，進(jìn)行氣化系統(tǒng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分析。玉米秸稈燃燒中產(chǎn)生的H2占比為9%，CO占比為18%，CH4占比為1.8%，CO2占比為13%，N2占比為58.2%，以上成分中的H2、CO、CH4都屬于可燃性氣體，相關(guān)的理化參數(shù)如表1所示。

當(dāng)前秸稈燃?xì)赓|(zhì)量受到區(qū)域、原料以及工藝技術(shù)等方面的影響，存在很大差異，所以我國至今沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，無法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)秸稈氣化系統(tǒng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性。通過對(duì)表1相關(guān)理化數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈氣化處理中CO的火災(zāi)危險(xiǎn)性屬于乙類;而H2和CH4的火災(zāi)危險(xiǎn)性相對(duì)較高，均達(dá)到甲類，但是由于玉米秸稈燃燒中H2和CH4含量均不足整體成分的11%，且系統(tǒng)中絕大部分是惰性氣體，例如N2（58.2%）、CO2（13%）等，在這種混合狀態(tài)下，H2和CH4的爆炸極限范圍會(huì)大幅縮小，所以玉米秸稈氣化過程中的火災(zāi)危險(xiǎn)性達(dá)不到甲類，屬于乙類。

2.2.2 ? ?安全操作及運(yùn)行

發(fā)電廠秸稈氣化系統(tǒng)主要由原料處理裝置、氣化機(jī)組、燃?xì)獍l(fā)生裝置、儲(chǔ)氣裝置、焦油裂解裝置以及燃?xì)鈨艋b置等部分構(gòu)成，各個(gè)環(huán)節(jié)均存在嚴(yán)重的安全隱患。對(duì)于這種有易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)的生產(chǎn)流程，企業(yè)必須要確保每一道工序和裝置都嚴(yán)格按照安全標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行操作，并且需要建立嚴(yán)格的消防審批制度，同時(shí)在產(chǎn)業(yè)整體布局、工藝裝置安裝以及消防設(shè)施等各個(gè)方面都需達(dá)到國家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)，從根本上避免火災(zāi)等危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

2.2.3 ? ?發(fā)電廠設(shè)備和設(shè)施

儲(chǔ)氣裝置主要是存儲(chǔ)燃?xì)獾脑O(shè)備，其穩(wěn)定性決定了其安全性，一旦儲(chǔ)氣罐設(shè)置沒有達(dá)到規(guī)范要求，就會(huì)導(dǎo)致秸稈氣化生產(chǎn)以及后續(xù)發(fā)電中出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。除了受到設(shè)備安裝和調(diào)試的影響外，設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)不到位也會(huì)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性造成影響，埋下安全隱患，因此要特別重視儲(chǔ)氣設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。對(duì)于設(shè)備和設(shè)施的安全管理，主要包括以下幾點(diǎn)：（1）一定要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)備和設(shè)施的選型，大多需要選擇防爆型裝置，并且需具備檢測機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)合格證書;（2）設(shè)備和設(shè)施的線路安裝要合理，此外還需要設(shè)置相關(guān)的避雷裝置、排風(fēng)裝置以及可燃?xì)怏w監(jiān)測裝置等，有效確保設(shè)備的穩(wěn)定性;（3）做好設(shè)備和設(shè)施的日常維護(hù)和養(yǎng)護(hù)工作，特別是儲(chǔ)氣設(shè)備，要定期監(jiān)控和管理，確保設(shè)備內(nèi)燃?xì)獾姆€(wěn)定性，有效提升氣化系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

2.2.4 ? ?生產(chǎn)工藝安全優(yōu)化

發(fā)電廠秸稈氣化工藝中，加料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)以及存儲(chǔ)裝置等都集中在一個(gè)車間內(nèi)，沒有布置防火和防爆分隔裝置，所以實(shí)際運(yùn)行中一旦遇到明火，后果不堪設(shè)想。為了避免明火所引發(fā)的安全事故，在秸稈氣化系統(tǒng)中焚燒區(qū)、凈化區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)之間要設(shè)置防火和防爆分隔裝置，其中防火墻設(shè)置的門窗要達(dá)到甲級(jí)防火標(biāo)準(zhǔn)。另外，對(duì)于燃?xì)赓|(zhì)量的檢測通常需要點(diǎn)燃分析，所以為了避免火災(zāi)及爆炸事故的發(fā)生，燃?xì)赓|(zhì)量檢測要安排在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，并采取科學(xué)、合理的手段開展檢測，以確保整體的安全性和可靠性。

3 結(jié)語

本文簡要闡述了秸稈氣化技術(shù)原理，重點(diǎn)論述了生物質(zhì)能發(fā)電廠秸稈氣化系統(tǒng)的組成及安全性問題，其中影響系統(tǒng)火災(zāi)危險(xiǎn)性的因素較多，包括工藝技術(shù)、設(shè)備設(shè)施以及操作運(yùn)行等方面問題，因此，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，企業(yè)應(yīng)采取有針對(duì)性的防護(hù)措施，將安全事故的發(fā)生概率降至最低，有效確保秸稈氣化系統(tǒng)的發(fā)電穩(wěn)定性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 徐德會(huì).考慮行為異質(zhì)性的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制研究[D].重慶：重慶理工大學(xué)，2019.

[2] 許文秀.長春市秸稈發(fā)電廠選址及原材料供應(yīng)成本分析[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2018.

[3] 單松，張軍.內(nèi)蒙古農(nóng)作物秸稈生物質(zhì)熱電產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢探討[J].北方環(huán)境，2013，29（1）：143-146.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：黃雪麗（1989—），女，河南睢縣人，工程師，研究方向：發(fā)電廠設(shè)計(jì)。