燃生物质循环流化床锅炉

俄勒冈
宾夕法尼亚 南卡罗来纳
田纳西 得克萨斯
犹他 佛蒙特
弗吉尼亚 华盛顿 威斯康星 总 计
0 5
0 3 5 149
1 3
9 11 9 367
0 80
0 72 55 2459
20 218
136 120 117 5962
20 298
136 192 172 8421
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。
路易斯安那
缅因 马里兰 马萨诸塞 密歇根 明尼苏达
装置台数 独立的 联产的 0 15 2 0 64 30 4 3 1 0 12 15 0 5 2 13 1 6 0 1 0 7 2 1 1 4 1 1 1 12 4 22 2 2 2 9 3 13 3 23
装 机 容 量 MWe 独立的 联产的 0 375 45 0 736 255 155 14 13 0 314 474 0 36 70 129 0.2 116 0 2 0 36 11 2.2 2.4 10 1 1 11 300 88 704 214 94 38 252 78 247 63 161
10 哈工大生物质废料流化床锅炉获奖、专利
12 社会效益和经济效益
社会效益：燃生物质流化床锅炉，可大量减少SO2及烟尘对大气的污染， 并具有 “零排放”的特点，在保护环境方面有着不可估量的现实意义，
另一方面，生物质是可再生能源，只要太阳还存在，就不会枯竭。因此
被认为是清洁，很有前途的新能源。 经济效益：到目前为止，我们已有四种型号10余台燃生物废料流化床锅
量的热，这样使锅炉结构、燃料准备系统复杂化，
经济性不高。
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
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。
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10～20％， 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。
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。
表2 哈工大研制的燃生物废料流化床锅炉
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 安装地点 泰国坤敬糖厂 大连常荣常盛合板 有限公司(外资企 业) 衡阳西合国家粮库 泰国曼谷兴裕集成 泰火礱有限公司 辽宁抚顺实验林厂 马来西亚、恩纳社 节能技术公司 非洲、加纳共和国 加纳奴洛肯特公司 辽宁省清原县弯甸 子镇实验林场 某省 某省 容 量 12.5t/h 10t/h/350℃ 4t/h 4t/h 4t/h 14/2.5MPa 4t/h 4t/h 35t/h/450℃ /3.82MPa 75t/h/450 ℃ /3.82MPa 台数 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 燃 料 甘蔗渣 燃废木及木 屑 稻壳 稻壳 燃废木及木 屑 棕榈空果穗 燃废木及木 屑 燃废木及木 屑 糠醛渣与煤 混烧 糠醛渣与煤 混烧 投运或设计年份 1992投运 1992投运 1993投运 1994投运 1996投运 1998年10月投运 1998年7月投运
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
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。
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
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。
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้
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50～60％，但锅炉的热效率 仍可达到80％。
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
炉进入国际市场，为国家出口创汇。以装在大连外资企业的3台SHF101.25/350-M燃废木与木屑流化床锅炉为例，经济效益非常显著，表现在 （1）每年节省环保罚款10万元/台，12年三台节省环保费用近360万元 (以前采用层燃炉烧板厂废料，出现锅炉冒黑烟，环保每年每台罚款10万 元)；（2）原来以层燃方式燃烧，锅炉热效率只有40%，采用流化床锅 炉效率可达83.8%，节约了大量能源；（3）锅炉性能好，保证用户大批 量连续生产的需要，大大提高了生产效率。从原来日产3000张合板，提
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； 研制的产品进入国际市场，深受用户好评。
一台4t/h燃木屑流化床锅炉于1998年出口西非加纳。
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η =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。
0 0 18 15 14 154 60 17 8 69 0 49 6 2
230 60 340 65 0 425 351 90 17 185 144 46 43 146
230 60 358 80 14 579 411 107 25 254 144 95 49 148
新泽西 纽约
北卡罗来纳
俄亥俄
俄克拉何马
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NOx和SO2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
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
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旋风分离器，将飞灰 分离下来，送入炉内进一步燃尽，提高燃烧效率。 4.采用了取得国家专利的风力给料装置 将我取得的此项专利用于4、10、12.5、14t/h燃生 物质流化床锅炉上，对播散燃料，使其均匀分散 在床层表面，及时补充给料口附近燃料燃烧所需 的确空气等方面都起到至关重要的作用，使锅炉 对燃料的粒度组成，水份的变化具有较强的适应 性，运行结果证明效果良好。 5.燃料适应性 我们对布风系统、密相区受热面、辅机选型等方 面对燃料适应性都有考虑。使燃生物质流化床锅 炉可与煤、生物质混烧，或单独烧任一种燃料。
2002年10月投运 2003年12月投运
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。
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。
表1 美国燃生物燃料的发电站 （1989年资料）
州 名 亚拉巴马 亚利桑那
加利福尼亚
康涅狄格 特拉华 佛罗里达 佐治亚 夏威夷 爱达荷 伊利诺伊 印地安那 艾奥瓦 堪萨斯 肯塔基
总量 375 45 991 169 13 788 36 199 116 2 36 13 12 1 311 792 308 290 325 224
续表1
密西西比 密苏里 蒙大拿
新罕布什尔
0 0 2 3 2 11 3 1 2 3 0 1 2 1
10 2 17 5 0 17 27 6 1 24 9 13 12 9
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
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1011～1012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
义。
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4.5～50t/h，供热锅炉出力为 1.06×107～1.32×108 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。