黃雪麗 舒志強

摘要：簡單介紹了秸稈氣化技術原理，以生物質能發(fā)電廠為例，對秸稈氣化系統(tǒng)的安全性問題進行了分析，并提出了相應的防護對策，為今后秸稈氣化系統(tǒng)在發(fā)電領域的進一步推廣應用提供參考。

關鍵詞：生物質能;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峻局面，當前很多發(fā)電廠都利用可再生的生物質能代替一次能源，以滿足我國工業(yè)生產的綠色可持續(xù)發(fā)展需求。當前發(fā)電企業(yè)應用比較廣泛的是秸稈生物質能，其通過秸稈氣化系統(tǒng)獲取生物質能，一方面可有效提升資源的利用效率，另一方面有助于優(yōu)化當地能源結構，促進當前經濟快速發(fā)展。但是，在秸稈氣化系統(tǒng)應用過程中，發(fā)電企業(yè)需要高度重視系統(tǒng)的應用安全問題。

1 秸稈氣化技術

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

近年來，秸稈氣化技術憑借自身的諸多優(yōu)勢，在各個領域得到了廣泛應用，例如農業(yè)烘干、工業(yè)發(fā)電等領域，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)生物質能轉化原理：農業(yè)生產中產生的秸稈，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)生熱化學反應，將秸稈中的碳元素轉化為可燃性氣體，這些氣體通常被用于民用取暖、農業(yè)烘干及工業(yè)發(fā)電等領域。在實際轉化過程中，秸稈會先通過輸送帶進入到氣化爐底部進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣通過旋風分離器、裂解器、蒸汽過熱器、省煤器以及氣體清洗裝置等，最終達到降低燃氣溫度的目的，接著燃氣經過風機進入儲氣裝置，最終通往燃氣內燃機組，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，燃氣輸配系統(tǒng)，由于氣化系統(tǒng)產生的燃氣無法在常溫狀態(tài)下液化，所以需要通過輸配系統(tǒng)送至儲氣設備中;第三，燃氣系統(tǒng)，其主要涉及燃氣的應用，即通過燃氣實現工業(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 ? ?火災危險性評價

本次研究以玉米秸稈為例，進行氣化系統(tǒng)的火災危險性分析。玉米秸稈燃燒中產生的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，相關的理化參數如表1所示。

當前秸稈燃氣質量受到區(qū)域、原料以及工藝技術等方面的影響，存在很大差異，所以我國至今沒有制定統(tǒng)一的標準規(guī)范，無法準確評價秸稈氣化系統(tǒng)的火災危險性。通過對表1相關理化數據分析發(fā)現，玉米秸稈氣化處理中CO的火災危險性屬于乙類;而H2和CH4的火災危險性相對較高，均達到甲類，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的爆炸極限范圍會大幅縮小，所以玉米秸稈氣化過程中的火災危險性達不到甲類，屬于乙類。

2.2.2 ? ?安全操作及運行

發(fā)電廠秸稈氣化系統(tǒng)主要由原料處理裝置、氣化機組、燃氣發(fā)生裝置、儲氣裝置、焦油裂解裝置以及燃氣凈化裝置等部分構成，各個環(huán)節(jié)均存在嚴重的安全隱患。對于這種有易燃易爆風險的生產流程，企業(yè)必須要確保每一道工序和裝置都嚴格按照安全標準執(zhí)行操作，并且需要建立嚴格的消防審批制度，同時在產業(yè)整體布局、工藝裝置安裝以及消防設施等各個方面都需達到國家規(guī)定的安全標準，從根本上避免火災等危險事故的發(fā)生。

2.2.3 ? ?發(fā)電廠設備和設施

儲氣裝置主要是存儲燃氣的設備，其穩(wěn)定性決定了其安全性，一旦儲氣罐設置沒有達到規(guī)范要求，就會導致秸稈氣化生產以及后續(xù)發(fā)電中出現嚴重的安全事故。除了受到設備安裝和調試的影響外，設備的日常維護和保養(yǎng)不到位也會對設備穩(wěn)定性造成影響，埋下安全隱患，因此要特別重視儲氣設備的維護和保養(yǎng)。對于設備和設施的安全管理，主要包括以下幾點：（1）一定要嚴格按照相關規(guī)定進行設備和設施的選型，大多需要選擇防爆型裝置，并且需具備檢測機構的檢驗合格證書;（2）設備和設施的線路安裝要合理，此外還需要設置相關的避雷裝置、排風裝置以及可燃氣體監(jiān)測裝置等，有效確保設備的穩(wěn)定性;（3）做好設備和設施的日常維護和養(yǎng)護工作，特別是儲氣設備，要定期監(jiān)控和管理，確保設備內燃氣的穩(wěn)定性，有效提升氣化系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

2.2.4 ? ?生產工藝安全優(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)以及存儲裝置等都集中在一個車間內，沒有布置防火和防爆分隔裝置，所以實際運行中一旦遇到明火，后果不堪設想。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)和存儲區(qū)之間要設置防火和防爆分隔裝置，其中防火墻設置的門窗要達到甲級防火標準。另外，對于燃氣質量的檢測通常需要點燃分析，所以為了避免火災及爆炸事故的發(fā)生，燃氣質量檢測要安排在試驗室內進行，并采取科學、合理的手段開展檢測，以確保整體的安全性和可靠性。

3 結語

本文簡要闡述了秸稈氣化技術原理，重點論述了生物質能發(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)火災危險性的因素較多，包括工藝技術、設備設施以及操作運行等方面問題，因此，在系統(tǒng)實際運行過程中，企業(yè)應采取有針對性的防護措施，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]

[1] 徐德會.考慮行為異質性的農業(yè)生物質能生態(tài)補償機制研究[D].重慶：重慶理工大學，2019.

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

[3] 單松，張軍.內蒙古農作物秸稈生物質熱電產業(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)電廠設計。