生物质能发电厂秸秆气化系统的安全分析

黄雪丽 舒志强

摘要：简单介绍了秸秆气化技术原理，以生物质能发电厂为例，对秸秆气化系统的安全性问题进行了分析，并提出了相应的防护对策，为今后秸秆气化系统在发电领域的进一步推广应用提供参考。

关键词：生物质能;发电厂;秸秆气化系统;安全分析

0 引言

为了有效缓解我国资源匮乏的严峻局面，当前很多发电厂都利用可再生的生物质能代替一次能源，以满足我国工业生产的绿色可持续发展需求。当前发电企业应用比较广泛的是秸秆生物质能，其通过秸秆气化系统获取生物质能，一方面可有效提升资源的利用效率，另一方面有助于优化当地能源结构，促进当前经济快速发展。但是，在秸秆气化系统应用过程中，发电企业需要高度重视系统的应用安全问题。

1 秸秆气化技术

秸秆在我国农村地区十分常见，其化学组成包括C、H、O、N、Mg等元素，在燃烧秸秆过程中，通过控制氧气含量，可以产生CO、CH4和H2等可燃性气体，生成的可燃性气体可以被应用于取暖和发电等领域。秸秆气化技术主要涉及氧化反应、还原反应以及裂解反应。首先，空气和秸秆在气化炉底部接触发生氧化反应，产生CO和CO2，生成的CO2与气化炉中的C和H2O发生还原反应生成CO和H2;接着气体继续上升发生裂解反应，生成一部分烃基产物，如CH4等;最后，生成的气体会进入到系统的干燥装置中，将可燃性气体排出气化炉外，炉内的干料会继续反应。

近年来，秸秆气化技术凭借自身的诸多优势，在各个领域得到了广泛应用，例如农业烘干、工业发电等领域，这为其后续发展创造了良好的环境和条件。

2 生物质能发电厂秸秆气化系统的安全分析

2.1    秸秆气化系统介绍

秸秆气化系统生物质能转化原理：农业生产中产生的秸秆，包括玉米秸秆、油菜秸秆等，通过气化系统在缺氧条件下发生热化学反应，将秸秆中的碳元素转化为可燃性气体，这些气体通常被用于民用取暖、农业烘干及工业发电等领域。在实际转化过程中，秸秆会先通过输送带进入到气化炉底部进行燃烧，燃烧产生的高温烟气通过旋风分离器、裂解器、蒸汽过热器、省煤器以及气体清洗装置等，最终达到降低燃气温度的目的，接着燃气经过风机进入储气装置，最终通往燃气内燃机组，在该装置中通过做功完成发电工作。

本次研究的生物质能发电厂秸秆气化系统主要涉及三部分：第一，气化系统，包括原料处理、气化处理、净化处理（降温、除尘）以及电控装置等;第二，燃气输配系统，由于气化系统产生的燃气无法在常温状态下液化，所以需要通过输配系统送至储气设备中;第三，燃气系统，其主要涉及燃气的应用，即通过燃气实现工业发电。发电厂秸秆气化系统工艺流程如图1所示。

2.2    气化系统安全性分析

2.2.1    火灾危险性评价

本次研究以玉米秸秆为例，进行气化系统的火灾危险性分析。玉米秸秆燃烧中产生的H2占比为9%，CO占比为18%，CH4占比为1.8%，CO2占比为13%，N2占比为58.2%，以上成分中的H2、CO、CH4都属于可燃性气体，相关的理化参数如表1所示。

当前秸秆燃气质量受到区域、原料以及工艺技术等方面的影响，存在很大差异，所以我国至今没有制定统一的标准规范，无法准确评价秸秆气化系统的火灾危险性。通过对表1相关理化数据分析发现，玉米秸秆气化处理中CO的火灾危险性属于乙类;而H2和CH4的火灾危险性相对较高，均达到甲类，但是由于玉米秸秆燃烧中H2和CH4含量均不足整体成分的11%，且系统中绝大部分是惰性气体，例如N2（58.2%）、CO2（13%）等，在这种混合状态下，H2和CH4的爆炸极限范围会大幅缩小，所以玉米秸秆气化过程中的火灾危险性达不到甲类，属于乙类。

2.2.2    安全操作及运行

发电厂秸秆气化系统主要由原料处理装置、气化机组、燃气发生装置、储气装置、焦油裂解装置以及燃气净化装置等部分构成，各个环节均存在严重的安全隐患。对于这种有易燃易爆风险的生产流程，企业必须要确保每一道工序和装置都严格按照安全标准执行操作，并且需要建立严格的消防审批制度，同时在产业整体布局、工艺装置安装以及消防设施等各个方面都需达到国家规定的安全标准，从根本上避免火灾等危险事故的发生。

2.2.3    发电厂设备和设施

储气装置主要是存储燃气的设备，其稳定性决定了其安全性，一旦储气罐设置没有达到规范要求，就会导致秸秆气化生产以及后续发电中出现严重的安全事故。除了受到设备安装和调试的影响外，设备的日常维护和保养不到位也会对设备稳定性造成影响，埋下安全隐患，因此要特别重视储气设备的维护和保养。对于设备和设施的安全管理，主要包括以下几点：（1）一定要严格按照相关规定进行设备和设施的选型，大多需要选择防爆型装置，并且需具备检测机构的检验合格证书;（2）设备和设施的线路安装要合理，此外还需要设置相关的避雷装置、排风装置以及可燃气体监测装置等，有效确保设备的稳定性;（3）做好设备和设施的日常维护和养护工作，特别是储气设备，要定期监控和管理，确保设备内燃气的稳定性，有效提升气化系统运行的安全性和可靠性。

2.2.4    生产工艺安全优化

发电厂秸秆气化工藝中，加料系统、焚烧系统、净化系统以及存储装置等都集中在一个车间内，没有布置防火和防爆分隔装置，所以实际运行中一旦遇到明火，后果不堪设想。为了避免明火所引发的安全事故，在秸秆气化系统中焚烧区、净化区和存储区之间要设置防火和防爆分隔装置，其中防火墙设置的门窗要达到甲级防火标准。另外，对于燃气质量的检测通常需要点燃分析，所以为了避免火灾及爆炸事故的发生，燃气质量检测要安排在试验室内进行，并采取科学、合理的手段开展检测，以确保整体的安全性和可靠性。

3 结语

本文简要阐述了秸秆气化技术原理，重点论述了生物质能发电厂秸秆气化系统的组成及安全性问题，其中影响系统火灾危险性的因素较多，包括工艺技术、设备设施以及操作运行等方面问题，因此，在系统实际运行过程中，企业应采取有针对性的防护措施，将安全事故的发生概率降至最低，有效确保秸秆气化系统的发电稳定性。

[参考文献]

[1] 徐德会.考虑行为异质性的农业生物质能生态补偿机制研究[D].重庆：重庆理工大学，2019.

[2] 许文秀.长春市秸秆发电厂选址及原材料供应成本分析[D].哈尔滨：东北林业大学，2018.

[3] 单松，张军.内蒙古农作物秸秆生物质热电产业发展优势探讨[J].北方环境，2013，29（1）：143-146.

收稿日期：2020-05-06

作者简介：黄雪丽（1989—），女，河南睢县人，工程师，研究方向：发电厂设计。