第五章 生物质直接燃烧技术

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。
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
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%。
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。
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

Company Logo
生物质能利用—直接燃烧—垃圾发电
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。
• 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％
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。
（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
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；
（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
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。

Company Logo
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：
– 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。
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）。
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
直燃发电
我国生物质直燃发电项目列表（不完全统计）
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
（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。
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。
（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
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。