生物質能發電廠秸稈氣化系統的安全分析

黃雪麗 舒志強

摘要：簡單介紹了秸稈氣化技術原理，以生物質能發電廠為例，對秸稈氣化系統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在發電領域的進一步推廣應用提供參考。

關鍵詞：生物質能;發電廠;秸稈氣化系統;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，以滿足我國工業生產的綠色可持續發展需求。當前發電企業應用比較廣泛的是秸稈生物質能，其通過秸稈氣化系統獲取生物質能，一方面可有效提升資源的利用效率，另一方面有助于優化當地能源結構，促進當前經濟快速發展。但是，在秸稈氣化系統應用過程中，發電企業需要高度重視系統的應用安全問題。

1 秸稈氣化技術

秸稈在我國農村地區十分常見，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生氧化反應，產生CO和CO2，生成的CO2與氣化爐中的C和H2O發生還原反應生成CO和H2;接著氣體繼續上升發生裂解反應，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，爐內的干料會繼續反應。

近年來，秸稈氣化技術憑借自身的諸多優勢，在各個領域得到了廣泛應用，例如農業烘干、工業發電等領域，這為其后續發展創造了良好的環境和條件。

2 生物質能發電廠秸稈氣化系統的安全分析

2.1 ? ?秸稈氣化系統介紹

秸稈氣化系統生物質能轉化原理：農業生產中產生的秸稈，包括玉米秸稈、油菜秸稈等，通過氣化系統在缺氧條件下發生熱化學反應，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、農業烘干及工業發電等領域。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電工作。

本次研究的生物質能發電廠秸稈氣化系統主要涉及三部分：第一，氣化系統，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，由于氣化系統產生的燃氣無法在常溫狀態下液化，所以需要通過輸配系統送至儲氣設備中;第三，燃氣系統，其主要涉及燃氣的應用，即通過燃氣實現工業發電。發電廠秸稈氣化系統工藝流程如圖1所示。

2.2 ? ?氣化系統安全性分析

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一的標準規范，無法準確評價秸稈氣化系統的火災危險性。通過對表1相關理化數據分析發現，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

發電廠秸稈氣化系統主要由原料處理裝置、氣化機組、燃氣發生裝置、儲氣裝置、焦油裂解裝置以及燃氣凈化裝置等部分構成，各個環節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，企業必須要確保每一道工序和裝置都嚴格按照安全標準執行操作，并且需要建立嚴格的消防審批制度，同時在產業整體布局、工藝裝置安裝以及消防設施等各個方面都需達到國家規定的安全標準，從根本上避免火災等危險事故的發生。

2.2.3 ? ?發電廠設備和設施

儲氣裝置主要是存儲燃氣的設備，其穩定性決定了其安全性，一旦儲氣罐設置沒有達到規范要求，就會導致秸稈氣化生產以及后續發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不到位也會對設備穩定性造成影響，埋下安全隱患，因此要特別重視儲氣設備的維護和保養。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測裝置等，有效確保設備的穩定性;（3）做好設備和設施的日常維護和養護工作，特別是儲氣設備，要定期監控和管理，確保設備內燃氣的穩定性，有效提升氣化系統運行的安全性和可靠性。

2.2.4 ? ?生產工藝安全優化

發電廠秸稈氣化工藝中，加料系統、焚燒系統、凈化系統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的安全事故，在秸稈氣化系統中焚燒區、凈化區和存儲區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電廠秸稈氣化系統的組成及安全性問題，其中影響系統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，在系統實際運行過程中，企業應采取有針對性的防護措施，將安全事故的發生概率降至最低，有效確保秸稈氣化系統的發電穩定性。

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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：發電廠設計。