第五章 生物质直接燃烧技术

• 生物质直接燃烧技术存在的问题
1 流化床锅炉对燃料颗粒尺寸要去严格，在燃料入炉前
需要进行一系列预处理
2 对比重较小、结构松散、蓄热能力差的生物质，利用
难度大
3 为了维持一定的床温，耗电量大，费用高
4 生物质燃料高含水量使锅炉排烟容积增大，效率降低 5 在处理垃圾方面技术不成熟
（五）生物质直接燃烧发电
• 分类： ①旧式柴灶燃烧 燃烧不充分，保温 性差，热效率低(只 有10％左右)、浪费 燃料，且严重污染 了环境。 旧式炕连灶弊端：不好烧， 炕头过热，炕稍过凉。
②节柴灶
改善方法
—— 增加炉篦，供给空气充分，延长燃烧时间
—— 增大换热面积，改进烟道形状
特点： • 热能在灶内停留时间长，可得到充分利用，热 效率高(可达20％～25％)； • 没有熏烟，污染少； • 质量小，可拆装 • 多功能。节柴灶的灶桥可以调整，随着灶桥的 调整可烧柴、烧锯灰和烧煤。
生物质与煤混合燃烧效果最佳
生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电
2005年，我国首个秸秆与煤粉混烧发电项目在枣庄 十里泉发电厂竣工投产:引进了丹麦BWE公司的技术 设备，对1台14万千瓦机组的锅炉燃烧器进行了秸秆 混烧技术改造。
十里泉电厂
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生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
一、生物质燃烧原理及技术
（一）生物质燃料特性
• 生物质燃料和煤炭在结构特性上的主要差别如下：
• 典型生物质燃料和典型的烟煤、无烟煤的元素组 成与工业分析成分组成有很大区别：
• 由上述表可知，生物质燃料与碳相比其差别如下：
（１）含碳量较少，含固定碳少。（热值低） （２）含氧量多，含水量多。
（３）挥发分含量多。
• 国外： – 欧美主要采用热电联产技术(CHP)，锅炉设计基 本全部采用流化床技术。CHP工艺中发电效率在 30%～40%，但是它有80%的潜力可控。
– 美国2010年生物质发电将达到13000MW装机容
量；
– 丹麦在生物质直燃发电方面成绩显著，BWE公司研
究开发了秸秆生物燃烧发电技术，迄今在这一领域 仍是最高水平。政府已明令电力行业必须每年焚烧 140万吨生物质；
生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电
每两吨秸秆的热值相当于一吨煤，平均含硫量只 有3．8‰，远远低于煤1％的平均含硫量。
1：1.4
秸秆
能源草
丹麦:已建立了130多家秸秆生物发电厂。秸秆发电 等可再生能源占到全国能源消费量的24％以上。
生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电
截至2006年，我国已经有100多个县市已经开始投建或 签订秸秆发电项目 • 河北晋州：两台秸秆直燃锅炉（华光股份生产，2 台75t/h）。 • 江苏如东：25 MW生物质发电项目。 • 江苏宿迁和句容：每个项目的装机容量为2.4万千 瓦(完全采用我国自主研发设计和制造的秸秆直燃 锅炉技术）。
生物质直接燃烧在生活中的应用
生物质能利用—直接燃烧
我国农村生活用能 结构虽然发生了一 定的变化，但薪柴、 秸秆等生物质仍占 消费总能量的50% 以上，是农村生活 中的主要能源。
loss
热效率低于20%
loss
生物质能利用—直接燃烧
炕（连灶炕）是我国北方农村居民取暖的主要设施， 热量一般来源于炊事用的柴灶，炕与灶相连，故称炕 连灶。也有专为取暖供热的炕，如西北的煨炕、东北 的地炕都是在炕内设一烧火的坑。
（2）锅炉燃烧
分类
• 按照锅炉燃用生物质品种不同可分为：木材炉、
薪柴炉、秸秆炉、垃圾焚烧炉等；
• 按照锅炉燃烧方式不同又可分为流化床锅炉、层
燃炉和悬浮燃烧炉。
①层燃技术：生物质平铺在炉排上形成一定厚度的 燃料层，进行干燥、挥发分析出及燃烧等过程。
– 链条炉和往复推饲炉排炉 – 结构简单，原料预处理容易，投资和操作成本低 受热面积灰、易结渣 – 炉膛高温难以避免
直燃发电
我国生物质直燃发电项目列表（不完全统计）
பைடு நூலகம்发 展 迅 速
技 术 以 引 进 为 主
直燃发电
秸秆直燃电厂投资收益表
* 指未进行初投资分摊的净收益
直燃发电
投资回收期较长
年净现值流图
受秸秆价格波动影响大
15,000 10,000
净现值（万元）
净现值（万元）
5,000 0 -5,000 -10,000 -15,000 -20,000 -25,000 -30,000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 年份 200 250 300
燃料：木材加工业、造纸业废弃物
含水量：60%
排烟温度：140℃
热效率：88%
13:03:22 44
• 国内：
我国在直燃发电技术领域与国外差距较大，主要 以炉灶燃烧利用为主 生物质定型锅炉产品较少 造成农林废弃物的浪费
– 主要集中在有稳定生物质原料来源的制糖厂和林 木加工企业。
– 最近几年发展迅猛。截至2007年底，国家和各省 发改委已核准项目87个，总装机规模220万千瓦。 全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个， 在建项目30多个。
直燃发电的两种不同燃烧方式比较
燃烧方式 主要优点 结构简单,操作 方便,磨损较小, 投资与运行费 用相对较低 主要缺点 燃料分布不均匀, 空气容易短路,燃 烧温度高,燃烧效 率低等 发展水平 丹麦BWE公 司技术领先, 国产化步伐 加快 典型炉型示意图
层燃
流化床
燃料尺寸要求严 燃烧温度低,燃 格;生物质灰分含 料适应广(高水 量少,需添加床料; 尚无国际通 分、低热值),燃 床料烧结团聚;磨 用示范技术, 烧效率高,环境 损、粘结和腐蚀; 各研究机构 污染小,负荷调 灰渣因掺杂床料 各自推进 节范围大 难以利用;耗电量 大,运行费用较高
热量利用
燃烧
燃烧
CO2
灰烬 H2O
O2
13:03:22
22
生物质燃烧的条件
• 要充分的燃烧，必要“3要素”：
① 一定的温度
② 合适的空气量及燃料的良好混合
③ 足够的反应时间和空间
13:03:22
23
•
燃烧过程特点：
１）生物质燃料密度小，结构比较松散，挥发分含量高。 在生物质燃烧过程中，若空气供应不当。挥发分就会 不被燃尽而排出。
（４）密度小。 （５）含硫量低。
（二）生物质燃料燃烧过程
• 四个阶段： （１）预热干燥； （２）干燥阶段； （３）挥发分的析出、燃烧与焦炭形成(干馏，释放 热，占70%) ； （４）残余焦炭燃烧。
生物质燃料的燃烧过程
挥发性焦 油和气体 O2 CO2 生物质燃料 焦炭 火焰 CO 火焰
H2O CO2
生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
• 目前全球有垃圾电站近1000座，预计未来三年内， 将超过3000座。
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生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
垃圾发电平均上网电价为０.５４元／千瓦时，发电 成本为０.５元／千瓦时。 火力发电成本仅为０.２元／千瓦时，水力发电的运 营成本仅为０.０３／千瓦时－０.０５元／千瓦时。 相比之下，垃圾发电成本是相当高的，没有任何竞 争优势。
• 生物质直接燃烧发电定义
原理与火力发电相似 原料主要包括：
②流化床技术：生物质燃料颗粒与空气在锅炉中 沸腾状态下燃烧。分鼓泡和循环流化床锅炉。

高效低污染、传热传质强、燃料适应性好 低温运行，热容量大，有害气体排放少


技术成熟，已进入商业运行。
未来发展方向
• 循环流行化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一 项高效低污染清洁燃烧枝术。
• 国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处 理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万 千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展； • 国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已 有上百台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中。
20,000 15,000 10,000 5,000 0 -5,000 -10,000 -15,000 -20,000 -25,000 -30,000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 年份
3.33 2.83 3.83
秸秆价格波动对直燃电厂收益影响的敏感曲线
利率波动直燃电厂收益影响的敏感曲线
２）不论生物质的来源于草本还是林木。其热解后的组
成成分基本一致。
３）含水量高且多变，热值低，炉前热值变化快，燃烧
组织困难；
４）挥发分高，且析出温度低、析出过程迅速，燃 烧组织需与之适应； ５）生物质着火容易，在挥发分燃尽后，燃料剩余 物为焦炭，气流运动会将炭粒带人烟道。且固定 碳受到灰分包裹，燃烧较难，因此，在固定碳燃 烧阶段。气流不宜太强。
第五章 生物质直接燃烧技术
生物质直接燃烧技术简介
• 生物质直接燃烧技术是生物质能源转化中相当古老 的技术，人类对能源的最初利用就是木柴燃火开始的。 •我国古代人民在燧人氏和伏羲氏时代， 就已经知道 使用“钻木取火” 的方法来获取能源了。
•从能量转换观点来看，生物质直燃是通过燃烧将化学 能转化为热能加以利用，是最普通生物质能转换技术。
生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
垃圾电站
生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
截至2006年，我国已经建成有100多个 日处理量在200吨以上的焚烧装置。 浦东御桥工业区： 国内第一座日处理 千吨以上的大型现 代化生活垃圾发电 厂，每天可处理 120－150万城市居 民产生的生活垃圾 （约1000吨）。 我国目前规模最大的垃圾焚烧厂——上海江桥生 活垃圾焚烧厂，每天处理垃圾2000吨。
生活垃圾焚烧后，质量 只有焚烧前的10%，体积 最多只有1/4。 西方发达国家大都建 有垃圾发电厂，美国 在20世纪80年代兴建 了90座垃圾焚烧厂， 90年代又建了近400座 发电厂，垃圾焚烧率 达40％；日本垃圾电 站有131座。
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（6）气固混合 • 搅动混合，使得灰分脱落暴露出未燃的炭，保证燃 烧的充分性。 （7）灰分 • 燃料中灰分含量越高，燃料的热值和燃烧温度越低。
（四）生物质直接燃烧技术
• 直接燃烧技术特点 （1）生物质燃烧所释放出的CO2 大体相当于其生长时 通过光合作用所吸收的CO2 ，可以认为是CO2零排放。 （2）生物质燃烧产物用途广泛，灰渣可综合利用。例 如，灰分中含有植物生长所必需的多种营养元素．可 作为良好的农用肥料。
• 目前，我国生物质燃烧发电也具一定规模，主要集 中在南方地区，许多糖厂利用甘蔗渣发电。例如， 广东和广西两省共有小型发电机组300余台，总装 机容量800MW，云南省也有一些甘蔗渣电厂。
秸秆直接燃烧发电 垃圾直接燃烧发电
生物质能利用—直接燃烧—秸秆发电
热效率可达90%;生物质能净转化效率～40％
（3）可实现生物质燃料与矿物质燃料混合燃烧，可 减少运行成本，提高燃烧效率，又可降低SOx、 NOx等有害气体排放。
• 燃烧技术分类
• 炉灶燃烧：操作简便，投资较省，但燃烧效率低， 造成生物质资源严重浪费。
•锅炉燃烧：采用先进燃烧技术，燃烧效率高，适用 于相对集中，生物质资源大规模利用。
（1）炉灶燃烧
６）碱金属和氯腐蚀问题突出。 燃烧设备的设计与运行方式的选择须从其 燃烧特性出发！
（三）影响燃烧的主要因素
（1）反应温度
• 直接影响反应速率，在考虑灰分熔化的前提下， 尽量提高反应温度。 （2）空气量 • 空气太少，反应不完全，浪费燃料；太多，则带 走热量，降低燃烧温度，影响燃烧稳定性。
（3）反应时间 • 足够的燃烧时间使燃烧彻底。 （4）颗粒尺寸 • 影响反应表面积，颗粒越小越好。 （5）水分含量 • 燃料中水分不超过65%。
– 2002年日本提出计划2010年生物质能发电达
330MW 。 – 德国、意大利对生物质固体颗粒技术和直燃发电非 常重视，在生物质热电联产应用方面很普遍。
芬兰：世界上利用林业废料、造纸废弃物等生物质发电最
成功的国家之一，技术和设备为国际领先水平。
福斯特威勒公司是芬兰最大的能源公司，制造具有世界先 进水平的燃烧生物质循环流化床锅炉。
连灶炕原图
连灶炕原理图
炕：热效率20-30%
生物质能利用—直接燃烧－发电
• 现代生物质直燃发电技术诞生于丹麦。该国BWE 公司率先研发秸秆等生物质直燃发电技术，并于 1988年诞生了世界上第一座秸秆发电厂。
• 该国秸秆发电技术现已走向世界，被联合国列为重 点推广项目。在发达国家，目前生物质燃烧发电占 可再生能源（不含水电）发电量的70%。