,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,燃生物质循环流化床锅炉可行性报告,哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,能源与环境工程研究所,别如山，杨励丹教授,燃生物质循环流化床锅炉可行性报告哈尔滨工业大学能源科学与,1,1,开发利用生物质能的意义,每年经过光合作用固定下来的生物质能约是全世界能源消耗的,10,倍。目前被人们利用的仅占,1.0,。,估计世界大陆上生物质的年产量为,10,11,10,12,吨干物质。,我国农作物的秸杆每年约为,5,6,亿吨，折合标准煤约,2,2.4,亿吨，森林每年可提供,9000,万吨薪柴(年实际开发量约为,1.8,亿吨)。林业加工过程生产的边角废料每年约为,2400,万立方米，折合标准煤,150,万吨。稻谷年产量约,200,兆吨，可获得稻壳约,40,兆吨，折合标准煤约,20,兆吨。,1 开发利用生物质能的意义 每年经过光合作用固定下来的生物质,2,我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要,3,亿吨标准煤，占全国能耗的,30,，而这些能源的,80,左右是由生物质能提供的。由于生物质能是可再生能源，开发利用生物质能具有广阔的前景。,生物质能的利用之所以受到世界各国的高度重视，还因为生物质是一种清洁燃料。生物质含硫量低，含氮量不高，燃烧后,NO,x,和,SO,2,的含量很低；生物质中灰分一般也很小，所以充分燃烧后烟尘含量极低。生物质燃烧过程具有二氧化碳零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。,我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要3亿吨标准煤，占全,3,2,美国生物质燃料的利用,美国目前开发利用生物质能主要通过直接燃烧生物质产生蒸汽、电力。生物质原料主要为采伐业的枝桠等废弃物、不成材的树木、造纸和木材加工的废弃物以及稻壳、甘蔗渣等。在美国，,采用流化床燃烧技术利用生物质能具有相当规模,，,如美国爱达荷能源产品公司已生产出燃生物质媒体流化床锅炉，蒸汽锅炉出力为4.550t/h，供热锅炉出力为1.0610,7,1.3210,8,kJ/h。,八十年代末，九十年代初，美国利用流化床燃烧技术开发大型燃废木循环流化床发电锅炉。,2 美国生物质燃料的利用 美国目前开发利用生物质能主要通过直,4,例如，由美国CE公司生产的,两台循环流化床锅炉,，分别安装于Fresno和Rocklin，出力为100t/h，蒸汽压力为8.7MPa，过热蒸汽温度515，热功率78MW分别于1988、1989年投运。另外,两台热功率为71MW的循环流化床燃废木料锅炉,装在Mecca于1992年投运。目前美国已有近1000家燃木材电厂在运行，装机容量达6500MW。2000年以前生物质能（废木材、木屑、稻谷壳和甘蔗渣等可燃生物燃料）发电总装机容量达12000MW。,例如，由美国CE公司生产的两台循环流化床锅炉，分别安装于Fr,5,表1 美国燃生物燃料的发电站（1989年资料）,装 置 台 数,装 机 容 量 MWe,州 名,独立的,联产的,独立的,联产的,总 量,亚拉巴马,0,15,0,375,375,亚利桑那,2,0,45,0,45,加利福尼亚,64,30,736,255,991,康涅狄格,4,3,155,14,169,特拉华,1,0,13,0,13,佛罗里达,12,15,314,474,788,佐治亚,0,5,0,36,36,夏威夷,2,13,70,129,199,爱达荷,1,6,0.2,116,116,伊利诺伊,0,1,0,2,2,印地安那,0,7,0,36,36,艾奥瓦,2,1,11,2.2,13,堪萨斯,1,4,2.4,10,12,肯塔基,1,1,1,1,1,路易斯安那,1,12,11,300,311,缅因,4,22,88,704,792,马里兰,2,2,214,94,308,马萨诸塞,2,9,38,252,290,密歇根,3,13,78,247,325,明尼苏达,3,23,63,161,224,表1 美国燃生物燃料的发电站（1989年资料）装,6,续表1,密西西比,0,10,0,230,230,密苏里,0,2,0,60,60,蒙大拿,2,17,18,340,358,新罕布什尔,3,5,15,65,80,新泽西,2,0,14,0,14,纽约,11,17,154,425,579,北卡罗来纳,3,27,60,351,411,俄亥俄,1,6,17,90,107,俄克拉何马,2,1,8,17,25,俄勒冈,3,24,69,185,254,宾夕法尼亚,0,9,0,144,144,南卡罗来纳,1,13,49,46,95,田纳西,2,12,6,43,49,得克萨斯,1,9,2,146,148,犹他,0,1,0,20,20,佛蒙特,5,3,80,218,298,弗吉尼亚,0,9,0,136,136,华盛顿,3,11,72,120,192,威斯康星,5,9,55,117,172,总 计,149,367,2459,5962,8421,续表1密西西比0100230230密苏里0206060蒙大拿,7,3,瑞典,生物质燃料的利用,瑞典是高度发达的工业化国家，但由于煤、石油资源贫乏，能源主要依赖进口石油。但瑞典森林资源丰富，森林覆盖率达58%，为了利用本国资源，减少石油进口，瑞典非常重视生物质能的开发利用。生物质能的利用量已占全国总能耗的16.1，达到55亿KWh，其中的相当部分就是将树枝、树叶、树皮、森林废弃物、锯木屑和泥炭等运送到热电厂，,在大型流化床锅炉中燃烧而得以利用的,，尽管这些锅炉的含水量有时高达5060，但锅炉的热效率仍可达到80。,3 瑞典生物质燃料的利用 瑞典是高度发达的工业化国家，但由于,8,4,丹麦,生物质燃料的利用,丹麦为了减少二氧化碳的排放，计划每年燃烧700万吨干草，八万吨木屑，采用循环流化床锅炉，将干草与煤以60%：40%的比例送入炉内燃烧。锅炉参数为：出力为100t/h，蒸汽压力为9.0MPa，过热蒸汽温度490，热功率80MW。,4 丹麦生物质燃料的利用丹麦为了减少二氧化碳的排放，计划每年,9,5 我国,生物质燃料的利用,从我国目前利用生物质能的状况看，由于直接燃烧生物质能占相当的比重，但燃烧设备落后，热效率很低，如农用柴灶炉热效率一般为1020，先进的柴灶炉热效率也仅在30左右；现在以层燃方式燃生物质的锅炉数量很少，热效率也很低；生物质气化炉气化率低，所得的燃气热值不高等。因此提高这些锅炉、炉具的燃烧效率、热效率以及提高气化炉的气化率及燃气热值是急待解决的关键技术问题，对于节约能源有着极为重要的意义。,5 我国生物质燃料的利用从我国目前利用生物质能的状况看，由于,10,6,生物质燃烧方式的选择,植物的秸秆是一种生物废料,它具有生物废料(如木屑、椰子壳、棕榈须等)的一般特点，即水分很高、灰分极小、挥发份很高、发热值偏低。燃烧过程中的烧结问题必需针对作物种类认真解决。,固体燃料有三种燃烧方式可供选择:（1）粉状燃烧(2)层状燃烧(3)流化床燃烧。,采用粉状燃烧时,首先应将其制成粉末,由于生物废料是非脆性材料,磨制时易生成纤维团而不是粉状,而且需要预先干燥,而干燥高水分的秸秆要消耗大量的热，这样使锅炉结构、燃料准备系统复杂化，经济性不高。,6 生物质燃烧方式的选择 植物的秸秆是一种生物废料,它,11,采用层状燃烧时,由于水分高,干燥及预热过程需时较长,在链条炉上将使着火迟延,一但它燃尽后,由于灰分很少,不能在炉排上形成一层灰保护层，容易造成尾部炉排烧坏。,循环流化床是燃烧生物废料的最佳选择,在流化床中,床料具有很高的热容量,给生物废料提供充分的预热及干燥热源,对水分达50左右的燃料,可以稳定地着火燃烧,由于灰分低，燃尽的残留物不足以形成床料,因此需采用媒体流化床。,采用层状燃烧时,由于水分高,干燥及预热过程需时较长,在,12,7,哈工大在生物质能利用方面的研究成果,哈尔滨工业大学从八十年代末期开始研究采用流化床燃烧技术开发利用生物质能。已完成生物质媒体流化床流化特性的研究；生物质在燃烧过程中产生烧结现象的研究；提高燃烧效率的研究；燃生物质媒体流化床锅炉结构的研究；生物质气化后燃气的热值及燃气产率的研究；生物废料燃气热力联产关键技术的研究，糠醛渣（玉米芯）的燃烧试验研究等。,7 哈工大在生物质能利用方面的研究成果,13,8,哈工大生物质废料系列流化床锅炉,1、先后研制开发了4、10、12.5、14t/h燃稻谷壳、废木与木屑、甘蔗渣及棕榈空果穗等生物废料流化床锅炉10余台。其中两台12.5t/h燃甘蔗渣锅炉经德国BAY公司于1992年出口泰国；一台4t/h燃稻壳锅炉于1994年出口泰国；一台14t/h燃棕榈空果穗流化床锅炉于1997年出口马来西亚，98年10月顺利投运；一台4t/h燃木屑流化床锅炉于1998年出口西非加纳。研制的产品进入国际市场，深受用户好评。,8 哈工大生物质废料系列流化床锅炉1、先后研制开发了4、10,14,2、三台,10t/h,燃废木与木屑流化床锅炉,(,设计参数为：锅炉蒸发量,D=10t/h,；工作压力,P=1.25MPa,；过热蒸汽温度,t=350,；设计效率,=80.86%),，装在大连金州外资企业常荣、常盛合板有限公司于,1992,年春投运。经测试，燃烧效率达,99,，锅炉热效率达,83.8,，这两个主要技术指标已达到国际先进水平。多年来为企业节约了大量能源，创造了很高的经济效益，用户十分满意。该锅炉,1996,年被国家经贸委列为国家级重点新产品，,97,年,1,月获得国家专利，,1998,年,12,月获得中国航天工业总公司部级科技进步二等奖。,2、三台10t/h燃废木与木屑流化床锅炉(设计参数为：锅炉蒸,15,3、某厂与哈工大合作研发的35t/h、75t/h燃糠醛渣（玉米芯）循环流化床锅炉已运行2年多，效果良好。以烧糠醛渣为主，辅助燃烧部分煤，从而达到满负荷运行。,3、某厂与哈工大合作研发的35t/h、75t/h燃糠醛渣（玉,16,表2 哈工大研制的燃生物废料流化床锅炉,表1 哈工大475t/h燃生物废料流化床锅炉,序 号,安 装 地 点,容 量,台 数,燃 料,投运或设计年份,1,泰国坤敬糖厂,12.5t/h,2,甘蔗渣,1992投运,2,大连常荣常盛合板有限公司(外资企业),10t/h/350,3,燃废木及木屑,1992投运,3,衡阳西合国家粮库,4t/h,1,稻壳,1993投运,4,泰国曼谷兴裕集成泰火礱有限公司,4t/h,1,稻壳,1994投运,5,辽宁抚顺实验林厂,4t/h,1,燃废木及木屑,1996投运,6,马来西亚、恩纳社节能技术公司,14/2.5MPa,1,棕榈空果穗,1998年10月投运,7,非洲、加纳共和国加纳奴洛肯特公司,4t/h,1,燃废木及木屑,1998年7月投运,8,辽宁省清原县弯甸子镇实验林场,4t/h,1,燃废木及木屑,9,某省,35t/h/450,/3.82MPa,1,糠醛渣与煤混烧,糠醛渣与煤混烧,2002年10月投运,10,某省,75t/h/450,/3.82MPa,1,2003年12月投运,表2 哈工大研制的燃生物废料流化床锅炉表1 哈工大475t,17,9 哈工大生物质废料流化床锅炉关键技术,1.,采用媒体流化床,流化床是燃烧生物废料的最佳选择,在流化床中,床料具有很高的热容，给生物质燃料提供充分的预热及干燥热源,对水分达,50,60%,左右的燃料,可以稳定地着火燃烧,由于灰分低燃尽的残留物不足以形成床料,因此需用细砂作媒体床料，以保证形成稳定的,密相区料层。,2.,采用稀相区强旋转切向二次风,由于生物质,废料,的挥发份很高，密度小，因而大量的可燃气体和细粒子易被夹带进入稀相区，需要与空气及时混合。为此在稀相区下方设置高速喷入的切向旋转二次风，形成强烈旋转上升气流，延长气体和细小颗粒在炉内停留时间，加强可燃气体和二次风的强烈混合，提高燃烧效率,。,9 哈工大生物质废料流化床锅炉关键技术1.采用媒体流化床,18,3.,采用,立式或,卧室旋风,分离器,在稀相区后设置,立式或,卧式