第28卷第12期水利电力机械
V o l .28 N o .12 2006年12月
W A T E RC O N S E R V A N C Y ＆E L E C T R I CP O W E RM A C H I N E R Y
D e c .2006
生物质-煤混合燃烧技术的进展研究
R e s e a r c h o n c o -f i r i n g o f b i o m a s s a n d c o a l
田宜水,赵立欣,孟海波,袁艳文T I A NY i -s h u i ,Z H A OL i -x i n ,M E N GH a i -b o ,Y U A NY a n -w e n
(农业部规划设计研究院,北京 100026)
(C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g o f M i n i s t r y o f A g r i c u l t u r a l B e i j i n g 100026,C h i n a )
摘 要:生物质-煤混合燃烧是指将生物质在传统的燃煤锅炉中与煤混合燃烧,充分地利用现有燃煤发电厂的巨额投资和基础设施。讨论了生物质-煤混合燃烧的技术进展,包括直接混合燃烧、并联燃烧和间接燃烧的技术方案及其优缺点;分析了混合燃烧对系统运行和排放的影响;指出了混合燃烧在现阶段是一种低成本、低风险可再生能源利用方式,并提出了有关政策建议。关键词:生物质;煤;混合燃烧
中图分类号:T K 6 文献标识码:A 文章编号:1006-6446(2006)12-0087-05
A b s t r a c t :T h e c o -f i r i n g o f b i o m a s s a n d c o a l m e a n s t o m a k e u s e o f b i o m a s s a s f u e l .T h e c o m b u s t i o nh a p p e n s i na t r a -d i t i o n a l t y p e o f c o a l b u r n i n g b o i l e r t h e r e b y m a k i n g t h e m o s t b e s t u s e o f t h e s u b s t a n t i v e i n v e s t m e n t a n d i n f r a s t r u c t u r e s o f a m o d e r n c o a l b u r n i n g p o w e r p l a n t .I nt h i s a r t i c l e ,t h e a u t h o r d e m o n s t r a t e s t h e l a t e s t t e c h n i q u e d e v e l o p m e n t ,i n -c l u d i n g a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s o f t e c h n o l o g i e s r e g a r d i n g d i r e c t m i x e df i r i n g ,c o l l a t e r a l b u r n i n ga n di n d i r e c t b u r n i n g .I np a r t i c u l a r ,t h e a u t h o r a n a l y z e s t h e i n f l u e n c eo f t h em i x e df i r i n g t e c h n o l o g yo nt h eo p e r a t i o na n d e m i s -s i o n s o f t h e w h o l e s y s t e m .I n c o n c l u s i o n ,t h e a u t h o r i n d i c a t e s t h a t t h e m i x e d f i r i n g t e c h n o l o g y i s c u r r e n t l y a w a y o f u -s i n g r e n e w a b l e e n e r g y w i t hl o wc o s t a n d l o wr i s k s .R e c o m m e n d a t i o n s o nt h e a p p l i c a t i o n p o l i c ya r e a l s o p r e s e n t e d .K e y w o r d s :b i o m a s s ;c o a l ;c o -f i r i n g
收稿日期:2006-07-19
作者简介:田宜水(1972-),男,辽宁阜新人,农业部规划设计研究院高级工程师,主要从事节能和可再生能源技术和设备的研究、开发与推广及能源政策的研究等工作。
0 引言
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。生物质能是太阳
能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,具有可再生和环境友好的双重属性。我国是世界上最大的农业国家,具有丰富的生物质资源。据估计,目前我国农作物秸秆年产总量约6亿t ,相当于3亿t 标煤,预计到2010年会增至8亿t ,相当于3.5～4亿t 标煤,年可提供林业生物质约9亿t ,其中可作能源用途的资源约3亿t :林加工剩余物约2000万t ,薪炭林约2270万t ,
用材林约11790万t ,灌木林约3390万t ,疏林约720万t 以及其他林业废弃物。
由于农作物秸秆松散,能量密度低
[1,2]
,大规模
收集、运输和贮存的费用较高。以秸秆为燃料的生物质发电厂规模受到原料收集半径的限制,装机容量通常为兆瓦级,与煤电相比有较大差距,因而发电效率较低,通常在20%～30%之间
[3]
。此外,农作物
秸秆供应具有周期性,每年集中在农作物收获的几个月内。为了保证常年供电需存储大量秸秆,这样就需要大量的贮藏空间,进一步增加了投资和运行成本,且存在着天气影响和火灾隐患等问题。因此,与常规燃煤电厂相比,生物质能发电存在着投资高、成本高和效率低等缺点。
·88·水利电力机械2006年12月
生物质-煤混合燃烧是将生物质在传统的燃煤锅炉中与煤混合燃烧的技术,属于可再生能源和化石能源的综合利用范畴[4]。它充分地利用了现有燃煤发电厂的巨额投资和基础设施,在现阶段是一种低成本、低风险的可再生能源利用方式,不但有效弥补了化石燃料的短缺,减少了传统污染物(S O2,N O x 等)[5～7]和温室气体(C O2,C H4等)的排放,保护了生态环境,而且促进了生物质燃料市场的形成,发展了区域经济,提供了就业机会[8～10]。在许多国家,混合燃烧是完成C O2减排任务最经济的技术选择。
1 生物质-煤混合燃烧技术进展
1.1 国外技术进展
国外的生物质-煤混合燃烧技术处于起步阶段,在美国[11～13]和欧盟[14,15]等发达国家已建成一定数量生物质-煤混合燃烧发电示范工程。电站装机容量通常在50～700M W之间,少数系统在5～50 M W之间。燃料包括农作物秸秆、废木材、城市固体废物以及淤泥[16]等。混合燃烧的主要设备是煤粉炉,亦有发电厂使用层燃炉[17]和流化床技术。另外,将固体废物(如生活垃圾或废旧木材等)放入水泥窑中焚烧也是一种生物质混合燃烧技术,并已得到应用。
以荷兰G e l d e r l a n d电厂为例[4],它是欧洲在大容量锅炉中进行混合燃烧最重要的示范项目之一,以废木材为燃料,锅炉机组选用635M W煤粉炉。木材燃烧系统独立于燃煤系统,对锅炉运行状态没有影响。系统于1995年投入运行,现已商业化运行。每年平均消耗约6万t木材(干重),相当于锅炉热量输入的3%～4%,替代燃煤约4.5万t,输出电力20M W,为未来混合燃烧项目提供了直接经验。
1.2 国内技术进展
我国生物质混合燃烧发电技术的研究起步较晚,目前缺乏先进的技术和设备,仅有一些试验研究。刘豪[18,19]通过对1种煤样和2种生物质样及其以不同的比例混合所得的试样进行了燃烧特性分析,结果表明,在煤中加入生物质后着火燃烧提前;当在试验用煤中加入生物质(质量比为1∶1)后, N O x转变率降低了2%～33%,S O x转变率降低了10%～17%。
肖军[20,21]研究了低温热解生物质和煤混燃的特性,发现热解生物质的燃烧性能相近,组成结构相似,长焰煤与热解锯屑混燃可以有效地降低着火温度,而热解锯屑与无烟煤混燃时分别燃烧,不产生协同效果;热解锯屑与长焰煤、无烟煤混燃能够有效地提高煤的着火性能。
闵凡飞[22]研究了不同变质程度煤、生物质以及煤和不同比例生物质的混合燃料的燃烧特性,结果表明,在褐煤和烟煤中加入生物质后,燃烧特征温度降低,燃烧速率增大;无烟煤中加入生物质后,对其着火温度影响较小,燃尽温度降低。
2005年12月26日,首个农作物秸秆与煤粉混烧发电项目在山东枣庄十里泉发电厂竣工投产,引进了丹麦B W E公司的技术与设备,对发电厂1台14k W 机组的锅炉燃烧器进行了秸秆混烧技术改造,预计年消耗秸秆10.5万t,可替代原煤约7.56万t[23]。
2 生物质-煤混合燃烧方式
混燃技术可分为直接混合燃烧、间接混合燃烧和并联燃烧3种方式,其各具优缺点,且都已在示范或商业化项目中得到实施。
2.1 直接混合燃烧
直接混合燃烧是指经前期处理的生物质直接输入燃煤锅炉中使用,可分为4种基本形式。
(1)生物质燃料与煤在给煤机的上游混合,然后被送入磨煤机,按混合燃烧要求的速度分配至所有的粉煤燃烧器。原则上这是最简单的方案,投资成本最低。然而有降低燃煤锅炉出力的风险,仅用于有限类型的生物质和非常低的混合燃烧比例。
(2)将生物质搬运、计量和粉碎设备独立配置,生物质粉碎后输送至管路或燃烧器。这需要在锅炉正面安装生物质燃料输送管道,使锅炉正面显得更加拥挤。
(3)将生物质的搬运和粉碎设备独立配置,并使用专用燃烧器燃烧,其投资成本最高,但对锅炉正常运行影响最小。
(4)将生物质作为再燃燃料,控制N O x的生成。生物质在位于燃烧室上部为特定目的而设计的燃烧器中燃烧。目前仅进行了小规模的试验工作[24,25],是未来的发展方向。
2.2 间接混合燃烧
间接混合燃烧是指生物质气化之后,将产生的生物质燃气输送至锅炉燃烧。这相当于用气化器替代粉碎设备,即将气化作为生物质燃料的一种前期处理形式。大多数混合燃烧锅炉机组选用以空气为气化剂,常压循环流化床木屑气化炉技术。间接燃烧无需气体净化和冷却,其投资成本较低,气化产物在800～900℃时通过热烟气管道进入燃烧室,锅炉
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运行时存在一些风险。替代方案是在生物质燃气进入锅炉燃烧室前先冷却和净化。
2.3 并联燃烧
并联燃烧是指生物质在独立的锅炉中燃烧,将生产的蒸汽供给发电机组。并联燃烧使用了完全分离的生物质燃烧系统,产生的蒸汽用于主燃煤锅炉系统,提高工质参数,转化效率高。间接混合燃烧和并联燃烧装置的投资高于直接混合燃烧装置,但可利用难以使用的燃料(高碱金属和氯元素含量的生物质),且分离了生物质灰和煤灰,利于后期处理。
3 混合燃烧对系统运行和排放物的影响
选择混合燃烧方案时应尽可能不干涉整个系统的正常运行,需要安装专用的生物质搬运、处理和点火设备,增加了投资。农作物秸秆中碱金属和C l元素含量较高[26,27],运行过程中可能出现问题,如增加了锅炉燃烧室和对流传热管束的灰分沉积速度,加快了烟气侧的腐蚀速率[28],这不仅是一个复杂的物理化学过程,也是一个复杂的气固两相流湍流输送问题,而且受锅炉设计和锅炉运行条件等因素的影响。生物质燃烧生成的污染物与煤有较大不同,有可能干扰脱硫、除尘和脱硝设备的正常运行。
3.1 混合灰的特性和对灰分沉积的影响
煤灰属于铝硅酸盐,其中F e,C a,K和M g等造渣元素含量相对较低,难以溶解,具有较低的结渣和腐蚀趋向。秸秆灰是由石英和简单无机物(如F e, C a,M g和N a等)以及S、磷酸盐和C l组成,溶解温度较低,具有较高的结渣、结垢和腐蚀趋向。木材灰的化学成分在许多方面与秸秆灰类似,但S i O2,C a O 和P2O5含量有较大不同。丹麦S t u d s t r u p电站#1机组1996年进行的秸秆-煤混合燃烧示范试验用煤和秸秆的基本化学分析数据见表1[29]。
影响生物质灰沉积的因素可分为与固体颗粒有关因素(热迁移和惯性撞击)和与气体有关因素(凝结和化学反应)。热迁移是由于炉内存在温度梯度而驱使灰分颗粒从高温区向低温区运动,这对直径小于10μm的颗粒尤为重要。对于直径大于10μm 的颗粒,惯性力是造成灰粒向受热面的壁面输送的重要因素,当含灰粒气流转向时,具有较大惯性动量的灰粒离开气流而撞击到受热面的壁面上。凝结和化学反应[30]是指在火焰中,燃料中无机物组分处于极高温度状态,许多无机物发生反应,然后以硫酸盐或氯化物的形式冷凝在飞灰颗粒和受热面的壁面上,从而使积灰层增厚。表1 1996年S t u d s t r u p试验用煤和秸秆的基本化学分析%组分煤灰
秸秆灰
(最小值)
秸秆灰
(最大值)
木材灰
(典型值)
S i
2
O
2
59.819.738.910
A l
2
O
3
19.10.240.522
F e
2
O
3
8.10.130.191
C a O2.06.358.4535
M g O1.71.501.905
T i O
2
N.D.N.D.N.D.-
N a
2
O0.60.291.003
K
2
O2.228.734.6020
P
2
O
5
0.22.453.0012
S O
3
2.1
3.405.0012
C l<0.14.557.06-
S t u d s t r u p试验发现秸秆混合燃烧比达到热输入
的20%时,其主要影响为:释放钾化合物进入气相,这些化合物随后冷凝在灰颗粒和沉积物表面。通过对收集到的飞灰和沉积物样品的详细矿物学分析,观察到的最重要改变是钾铝硅酸盐的含量动态增加,高温下冷凝的钾化合物和铝硅酸盐组分之间形成交错结构。在飞灰和沉积物样品的颗粒表面也观察到富集K元素和S元素,在颗粒表面形成了薄薄一层K2S O4,这在扫描电子显微镜X射线图中清晰可见。
在许多实例中,对于过多积灰引起运行问题所采取的适当措施是降低生物质混合燃烧比[31],或者增加在线净化系统的能力,使积灰控制在可接受水平。欧洲有限的经验表明,混合燃烧比占热输入的5%～10%没有明显问题,但比例超过10%就可能出现问题。另外,收割后的秸秆如果仍然放置在农田内,其含有的大部分K元素会被雨水冲洗掉,使用经过雨水冲洗的秸秆,结渣问题会大大减轻。3.2 锅炉烟气侧的腐蚀
由于金属表面起保护作用的氧化层溶解在硅酸盐熔渣中,使金属暴露在化学成分的侵蚀中,灰分沉淀物包含的化学成分可能引起金属表面的腐蚀[32,33]。另外,在非常高的碱金属环境中,可导致如下的腐蚀反应
K2O+F e F e O+K。
在日德兰半岛G r e n a a的80M W循环流化床锅炉进行了烟气测腐蚀试验[4],煤和秸秆的热输入比为1∶1,结果表明过热器管壁腐蚀速率比单独使用煤时的速率快5～25倍。在最初运行的6个月,系
·90·水利电力机械2006年12月
统运行从未超过额定负荷的80%,没有出现过热器结垢等问题。当增加出力至100%时,锅炉温度从850℃增至约900～1000℃,锅炉和过热器表面出现了严重的结垢问题。运行18个月以后,发现腐蚀损害了过热器元件,而此时蒸汽温度是505℃。损害非常严重,需要更换过热器元件。
3.3 对除尘效率的影响
生物质的含灰量较低,生物质与煤混合燃烧通常导致烟尘总量降低。但生物质燃烧产生的固体颗粒与煤有较大不同,其无机物特性决定了在火焰中可能产生大量的亚微粒烟尘,混合灰中会包括大量非常细的悬浮微粒[34],可能导致传统除尘设备出现问题。当采用静电除尘器时,与单独燃煤对比,增加了烟气中颗粒物含量。当采用布袋除尘器时,非常细小的悬浮微粒可能堵塞布袋,清洁时非常困难,且增加了系统压力。
3.4 混合灰的利用和处理
生物质与煤混合燃烧将产生混合灰,即由煤灰和生物质灰所组成。混合灰的物理和化学性质主要由煤灰和生物质灰的成分和性质以及混合燃烧比所决定。利用和处置这些混合灰应仔细分析其成份和性质,对于高附加值部分(特别是飞灰)的利用,需要符合相应的标准和规范。目前,缺乏农作物秸秆燃烧特性的完整数据,但已有数据和理论认为碱、氯和其他组分会降低混凝土的几个重要特性,具体的相关研究正在进行之中。
4 结束语
目前,我国尚有总装机容量约1亿k W的小火电厂,平均发电煤耗在400g标煤以上,有的甚至超过500g标煤,比大型先进发电机组的煤耗高约30%～40%,既是能源浪费大户,又是环境污染大户。在各工矿企业的自备电厂、供热供汽动力站中还有大量的中小容量锅炉。国家产业政策将限制和逐步淘汰小火电机组,并将其列为结构调整的重点领域。2005年12月国家发改委发布了《产业结构调整指导目录》,将单机容量5万k W及以下的常规小火电机组列入淘汰范围。但是,简单地关停和淘汰小火电机组,不仅造成大量资产浪费,而且影响地方经济发展和社会稳定。如果采用生物质-煤混合燃烧技术,既节约了大量的基础投资,又节约了能源,保护了环境,为我国小火电机组的技术改造和再利用开辟了一条新的途径,是一举多得的好事。
生物质-煤混和燃烧发电技术是新生事物,需要国家制定生物质发电电价优惠政策和税收优惠政策等给予大力支持。但是,由于难以准确计量等问题,发改委2006年1月出台的《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》中规定“发电消耗热量中常规能源超过20%的混燃发电项目,视同常规能源发电项目”,使混合燃烧无法享受到补贴电价,制约了技术进步和推广。因此,建议国家有关部门组织科技攻关彻底解决计量问题,制定鼓励与支持生物质-煤混合燃烧发电的产业政策(如调整为混合燃烧的小火电机组允许其继续运行),研究相关电价扶持(如与生物质能发电享受同等待遇等)和税收优惠政策,以及全额收购上网电量等办法,引导各种经济成份投资生物质能的开发利用,加快我国资源节约型社会和环境友好型社会建设。
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(编辑:白银雷)
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(实习编辑:孔路辉)
生物质与煤混合燃烧技术 摘要：生物质与煤混合燃烧技术是一种低成本、低风险可再生能源利用方式。依据给料方式的不同，混燃可以分为直接混燃和间接混燃两种方式。受生物质特性的影响，混燃会对原有的锅炉系统产生一定的影响。系统介绍了混燃过程对系统燃烧特性的影响、对SO2、NOx等污染物排放的影响、以及混燃对锅炉系统的积灰、结焦及腐蚀的影响；并在此基础上对混燃的经济性进行了评价，最后给出了目前的混燃研究中存在的问题以及发展的方向。 生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，生物质具有高挥发分，低N、S含量、低灰份的特性。其燃烧过程具有CO2零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。我国是一个农业资源大国，具有丰富的生物质资源，研究生物质资源的充分利用具有十分重要的意义。常规的生物质直燃发电技术受原料收集储运等条件的限制，存在着投资运行成本高和效率低等缺点。生物质与煤混燃技术不仅对生物质进行了资源化利用，同时减少了常规污染物和温室气体的排放，是一种低成本、低风险的可再生能源利用方式。 国外从20世纪90年代开始进行生物质和煤混燃技术的相关研究及测试，迄今为止已经在多种炉型上进行了尝试，机组的规模从50MW一直到500MW以上。荷兰Gelderland电厂635MW煤粉炉是欧洲大容量锅炉混燃技术的示范项目之一，以废木材为燃料，其燃烧系统独立于燃煤系统，对锅炉运行状态没有影响。系统于1995年投入运行，每年平均消耗约60000t 木材(干重)，相当于锅炉热量输入的3%～4%，年替代燃煤约45000t。芬兰Fortum公司于1999年在电厂的一台315MW四角切圆煤粉炉上进行了为期3个月的混燃测试，煤和锯末在煤场进行混合后送入磨煤机，采用含水率50%～65%（收到基）的松树锯末，锯末混合比例为9%～25%的质量比（体积混合比为25%～50%）。系统基本上运行良好，但是磨煤机系统出现一些问题。 我国生物质混燃技术的研究起步较晚，目前也已经先后进行了理论及工业混烧试验。国内首套混烧发电项目于2005年在山东十里泉发电厂投产，在原锅炉系统的基础上增加一套秸秆输送、粉碎设备，增加两台30MW的秸秆燃烧器，增加一个周转备料场。改造结果表明，混烧不会对机组的安全稳定运行造成影响。此后，山东通达电力公司将一台130t/h循环流化床锅炉的左右侧下部的各一个二次风喷嘴改造为秸秆输送喷嘴，同时增加一套物料输送系统，使改造后的锅炉可以同时燃烧煤矸石和秸秆。除试验分析外，国内外的很多研究者也针对不同炉型内的混燃过程进行了相关的理论分析及模拟。下面将对生物质和煤混燃的技术现状进行系统的分析。 1生物质与煤混燃技术的分类 关于生物质和煤混燃的技术分类并不一致，大体上可以分为如下几种： 1.1生物质与煤直接混燃 根据混燃给料方式的不同，直接混燃分为以下几种方式： (1)煤与生物质使用同一加料设备及燃烧器。生物质与煤在给煤机的上游混合后送入磨煤机，按混燃要求的速度分配至所有的粉煤燃烧器。原则上这是最简单的方案，投资成本最低。但是有降低锅炉出力的风险，仅用于特定的生物质原料和非常低的混燃比例。对于煤粉炉，如果采用木质生物质，生物质的混合比例应该小于5%质量比；对于旋风炉，生物质的混合比例可以高达20%的质量比。因为多数生物质含有大量纤维素并且容积密度非常小，会影响原有磨煤系统的效率，容易产生加料系统堵塞问题；如树皮由于富含纤维可能会造成磨煤机故障；当柳枝稷和稻草的给料尺寸为25～50mm时，很容易导致煤仓堵塞等[2]。生物质和煤混燃时，其比例宜控制在20%热值以下。此外，生物质和煤混燃时还应注意其混合流动特性，二者的混合流动特性取决于生物质的形态。 (2)生物质与煤使用不同的加料设备和相同的燃烧器。生物质经单独粉碎后输送至管路或燃烧器。该方案需要在锅炉系统中安装生物质燃料输送管道，容易使混燃系统的改造受限。
生物质能发电技术与装备 序言 能源是国民经济重要的基础产业，是人类生产和生活必需的基本物质保障。目前，能源供应主要依靠煤炭、石油和天然气等化石能源，化石能源资源的有限性和化石能源开发利用过程中引起的环境问题，对经济和社会的可持续发展产生了严重的制约。我国已成为能源生产和消费大国，在全国建设小康社会的进程中，如何改善能源结构，保障能源安全，减少环境污染，促进经济和社会的可持续发展，是我国面临的一个重大战略问题。 生物质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，每年净光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1%。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐节将能量和碳素释放，放回自然界中。另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放出大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，更加剧了环境和全球气候恶化。 通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料生产电力，从而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物智能利用技术，以达到保护矿产资源，保障国家能源安全，实现CO2减排，保持国家经济可持续发展的目的。 一、生物质 生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。 二、生物质能 生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、
======================================== 生物质与煤混燃 技 术 与 现 状 赵明世 1081170426 热能0804 2010-10-24
====================================== 生物质与煤混燃 １生物质利用意义及现状 ①意义 生物质作为燃料时，由于生物质在生长时消耗的ＣＯ：量相当于它燃烧时排放的ＣＯ：量，因此ＣＯ：排放量近似为零。生物质的硫含量极低，基本上无硫化物排放。生物质作为替代能源，对改善环境、降低温室效应都有极大的好处。我国目前有工业锅炉约５０×１０４台，每年耗煤 量约为全国产煤总量的１／３。推广各种节能技术，提高工业锅炉热效率的工作已取得较大成绩，且是能源工业者继续努力的方向。但从矿物能源资源有限和因大量使用会造成环境恶化的战略观点出发，结合我国拥有丰富生物质资源的现实，逐步发展工业锅炉生物质燃烧技术，对节约常规能源、优化我国能源结构，将有积极意义。燃煤锅炉混燃生物质将是我国降低ＣＯ：排放、减轻环境污染的有效措施，而且与煤混燃的生物质所含的碱性氧化物有助于脱除煤燃烧产生的ＳＯ：。 ②现状 生物质资源是指以木质素或纤维素及其他有机质为主的陆生植物、水生植物及人畜禽粪便等。我国有着丰富的生物质资源，据统计，全国秸秆年产量约５．７×１０８ｔ／ａ，人畜粪便约３．８×１０８ｔ／ａ，薪柴年产量（包括木材砍伐的废弃物）为１．７×１０８ｔ／ａ，还有
工业排放的大量有机废料、废渣，每年生物质资源总量折合成标准煤约３×１０８ｔ／ａ。我国一直以直接用生物质能为主，但利用效率极低，即使是目前农村已较普遍推广的省柴节煤灶，热效率也仅为２０％左右。近年来，在一些经济发达的城市周边地区，农民大量使用优质高效燃料，用于炊事、取暖，而将秸秆直接放在农田焚烧，不仅浪费了能源，还污染了环境。我国生物质资源结构疏松，能量密度低，仅是标准煤的１／２，且不易储运。 ２０世纪８０年代以来，我国生物质能利用技术有了很大的发展。鉴于生物质资源分布区域广、适宜就地开发利用的特点，目前开发适用于工业锅炉的生物质燃烧技术，是生物质有效利用的重要途径。 ２生物质与煤的混燃技术 ２．１混燃技术分类 生物质与煤的混燃技术可分为直接燃烧利用和气化利用两种形式。直接燃烧先对生物质进行预处理，然后直接输送至锅炉燃烧室燃烧。有层燃、流化床和煤粉锅炉等燃烧形式，主要应用于工业、区域供热、发电以及热电联产等。根据２００１年对欧盟２ｌ座生物质电厂燃烧设备的统计，采用以上３种燃烧形式的比例分别为４７％、２９％、１４％，其余１０％为气化利用¨ｏ。气化利用方式先将生物质在气化炉内气化产生低热值燃气，经净化处理后输送至锅炉与煤进行混合燃烧。 ２．２直接燃烧技术 ①层燃燃烧 生物质平铺在炉排上形成一定厚度的燃料层，进行干燥、干馏、燃烧及还原。一次风从下部通过燃料层为燃料提供氧气，可燃气体与二次风在炉排上方
生物质发电锅炉技术比较 1.技术比较 生物质锅炉主要有水冷振动炉排炉和循环流化床锅炉,现将它们的部分性能对比如下： 1)应用情况： 水冷振动炉排炉在国内外均有成熟的长期运行经验，使用数量最多，市场占有率高，生产、安装、调试、运营的经验均较其它炉型丰富。中国第一座生物质发电厂-单县生物质发电厂即采用我公司的源自丹麦的水冷振动炉排炉技术。 而循环流化床锅炉最早是为解决燃煤机组烟气炉内脱硫的问题而在中国采用，虽然近年开始尝试用于生物质发电，但基于未解决的技术问题较多，且CDM指标难申请等因素，还未能广泛应用。 2)燃料适应性： DPCT水冷振动炉排炉，较好的结合了国外先进技术和中国燃料的实际状况，可以适应多达60多种的农林废弃物，既可纯烧某种燃料，也可掺烧多种燃料。在燃料水分高达40%时亦可稳定燃烧。 循环流化床仅适用于燃料粒径和密度差别不大的燃料，对燃料的要求较为苛刻。 3)燃料预处理： DPCT水冷振动炉排炉基本无需燃料预处理系统。 而循环流化床燃烧炉对燃料预处理要求较高，对燃料粒径具有较严格
要求，需要将秸秆进行一系列破碎、筛分等处理，使其尺寸、状况均一化，入炉秸秆尺寸一般要求为150到200mm，该部分投资费用较高。 4)磨损情况： 炉排炉中由于秸秆燃烧过程均发生在炉排表面上，炉排相对较长，炉型较大，磨损较轻； 循环流化床炉的布风板、周围水冷壁及后面尾部受热面和炉墙的磨损严重。 5)安装方案： 焊口比较少：水冷振动炉排锅炉，以德普新源公司的产品为例，省煤器和烟冷器都是模块化的，三四级过热器都是直接跟小集箱焊接在一起的。 水冷振动炉排锅炉，以德普新源公司的产品为例，安装方式是底部支撑的，从下往上安装的。CFB锅炉是吊装的，从上往下安装的，难度较大。 表一： 优缺点比较
生物质直接燃烧技术 、引言 目前，生物质直接燃烧技术是最简便、最具潜力的生物质资源有效利用方式之一。但由于生物质燃料与化石燃料相比，在物理、化学性质等方面存在着较大的差异，因此对燃烧设备的设计要求和燃烧方式的选择也不同于化石燃料。 、生物质燃烧的特性 了解生物质燃料的组成成分，有助于对其燃烧特性的研究，从而进一步科学、合理地开发利用生物质能。 由上表可以看出，生物质燃料组成成分的特点是：（1）生物质含水分多，含硫量低；（2）生物质含碳量少，固定碳含量更少，热值普遍偏低； 3）生物质含氧量高，挥发份明显较多；（4）生物质灰份少、密度小， 尤其是农作物秸秆。因此，生物质燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程，又是燃料和空气间的传热、传质的过程，主要分为挥发份的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立的阶段。 三、生物质燃料直接燃烧技术 直接燃烧是目前最简便的生物质能源转化技术，即将生物质直接作为燃料燃烧，燃烧过程所产生的能量主要用于发电或集中供热。作为燃料的生物质包括各种农林业废弃物、城市生活垃圾等。 目前，生物质直接燃烧技术主要有以下几种： 3.1 生物质直接燃烧流化床技术 采用流化床技术开发生物质能是考虑到流化燃烧效率高，有害气体排放少，热容量大等一系列优点，适合燃用水分大、热值低的生物质燃料。 生物质直接燃烧流化床技术是采用细砂等颗粒作为媒体床料，以保证形成稳定的密相区料层，为生物质燃料提供充分的预热和干燥热源；采用风力给料装置，使生物质燃料均匀散布在床层表面，有助于燃料的及时着火和稳定燃烧；采用稀相区强旋转切向二次风形成强烈旋转上升气流，可以使高温烟气、空气和生物质物料颗粒混合强烈，并延长物料颗粒在炉内的停留时间；采用稀相区后设置卧式旋风燃烬室，使可
（冶金行业）生物质与煤混燃技术于现状
========================================生物质和煤混燃 技 术 和 现 状 赵明世 1081170426热能0804 2010-10-24 ========================= ============= 生物质和煤混燃 １生物质利用意义及现状 ①意义 生物质作为燃料时，由于生物质在生长时消耗的ＣＯ：量相当于
它燃烧时排放的ＣＯ：量，因此ＣＯ：排放量近似为零。生物质的硫含量极低，基本上无硫化物排放。生物质作为替代能源，对改善环境、降低温室效应都有极大的好处。我国目前有工业锅炉约５０×１０４台，每年耗煤 量约为全国产煤总量的１／３。推广各种节能技术，提高工业锅炉热效率的工作已取得较大成绩，且是能源工业者继续努力的方向。但从矿物能源资源有限和因大量使用会造成环境恶化的战略观点出发，结合我国拥有丰富生物质资源的现实，逐步发展工业锅炉生物质燃烧技术，对节约常规能源、优化我国能源结构，将有积极意义。燃煤锅炉混燃生物质将是我国降低ＣＯ：排放、减轻环境污染的有效措施，而且和煤混燃的生物质所含的碱性氧化物有助于脱除煤燃烧产生的ＳＯ：。 ②现状 生物质资源是指以木质素或纤维素及其他有机质为主的陆生植物、水生植物及人畜禽粪便等。我国有着丰富的生物质资源，据统计，全国秸秆年产量约５．７×１０８ｔ／ａ，人畜粪便约３．８×１０８ｔ／ａ，薪柴年产量（包括木材砍伐的废弃物）为１．７×１０８ｔ／ａ，仍有 工业排放的大量有机废料、废渣，每年生物质资源总量折合成标准煤约３×１０８ｔ／ａ。我国壹直以直接用生物质能为主，但利用效率极低，即使是目前农村已较普遍推广的省柴节煤灶，热效率也仅为２０％左右。近年来，在壹些经济发达的城市周边地区，农民大量
生物质发电主要形式 一、直接燃烧发电 生物质直接燃烧发电是将生物质在锅炉中直接燃烧，生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。生物质直接燃烧发电的关键技术包括生物质原料预处理、锅炉防腐、锅炉的原料适用性及燃料效率、蒸汽轮机效率等技术。生物质直接燃烧发电技术主要采用固定床或流化床燃烧，固定床燃烧对生物质原料的预处理要求较低，生物质经过简单处理甚至无需处理就可没入炉排炉内燃烧。流化床燃烧要求将大块的生物质原料预先粉碎至易于刘华的粒度，其燃烧效率和强度都比固定床高。 二、混合燃料发电 生物质还可以与煤混合作为燃料发电，称为生物质混合燃烧发电技术。混合燃烧方式主要有三种。一种是生物质直接与煤混合后投入燃烧，该方式对于燃料处理和燃烧设备要求较高，不是所有燃煤发电厂都能采用；一种是生物质气化产生的燃气与煤混合燃烧，这种混合燃烧系统中燃烧，产生的蒸汽一同送入汽轮机发电机组。混合燃烧方式对生物质原料预处理的要求都较高，在技术方面，混合燃烧发电一般是通过改造现有的燃煤电厂实现的，只需在厂内增加储存和加工生物质燃料的设备和系统，同时对原有燃煤锅炉燃烧系统进行适当改造。 三、气化发电 生物质气化发电技术是指生物质在气化炉中转化为气体燃料，经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。气化发电的关键技术之一是燃气净化，气化出来的燃气都含有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化系统把杂质除去，以保证发电设备的正常运行。 生物质气化发电可以分为内燃烧机发电、然汽轮机发电、燃气-蒸汽联合循环发电系统和燃料电池发电系统等。内燃机一般由柴油机或天然气机改造而成，以适应生物质燃气热值较低的要求；燃气轮机适用于燃烧高杂志、低热值并且规模较大的生物质燃气；燃气-蒸汽联合循环发电可以提高系统发电效率；燃料电池发电是在一定条件下使燃料和氧化剂发生化学反应，将化学能转换为电能和热能的过程，燃料电池本体的发电效率高，热电联产的总热效率可达80%以上， 四、沼气发电
水电0902 许鑫学号:1091420231 1 生物质混燃的定义 生物质混燃技术是指用生物质燃料和化石燃料(多数是煤)共同作为锅炉燃 料的应用技术。 最初，生物质混燃技术主要应用于有大量生物质副产品的企业，如造纸厂、木材加工厂、糖厂等，使用生物质替代部分化石燃料，其产生的热量和电量可以自用，也可以输出到电网，经济性较好。随着技术的日渐成熟，生物质混燃技术已经越来越多地用于大型高效的电厂锅炉。 生物质混燃的方式有： 燃前混台法事先把生物质与煤按比例进行混合，再投入锅炉燃烧。 直接混燃法不经过与煤混合，生物质与煤通过各自的入口直接进入锅炉，在锅炉内与煤混燃。 问接混燃法先把生物质气化为清洁的可燃气体，再通入燃煤炉。用这种方法可燃用难于粉碎的或杂质含量高的生物质，大大扩大了混燃的范围。 并行燃烧生物质直燃锅炉和化石燃料锅炉同时使用。 2 生物质混燃发电的发展现状 很多国家已经有了生物质混燃技术的开发经验。根据国际能源机构2006年发布的研究报告，全球有154个生物质混燃发电项目，生物质混燃应用领先的国家有美国、德国、荷兰、英国、瑞典、澳大利亚和荷兰等。 大部分混燃案例采用的是直接混燃技术，也有一些间接混燃、并行燃烧的案例。国际经验显示，多数电厂开始时仅安装一些非常基础的设施，大部分配套设施采用临时装置以进行试验性的混燃发电。只有在确信政府对生物质混燃发电的支持以及保证了混燃生物质原料的稳定供应和项目的经济性后，电厂才可能对运输、储存及处理等配套设施进行长期的投资。 2006年以来，我国的生物质发电项目取得了巨大进展，但多数项目是生物 质直燃项目。生物质混燃项目非常少，目前仅有山东枣庄的华电国际十里泉电厂、以及上海协鑫(集团)控股有限公司下属的7个热电厂实施了生物质混燃发电。 国际和国内的经验均表明，生物质混燃发电在技术上是可性的，与生物质直燃发电相比，发电具有投资小、建设周期对原料价格控制能力强、技单等优势。当生物质燃料的小于20％时,只须增加生燃料处理和上料系统，无须对锅炉系统做大的调整，简单易行。生物质混燃发电技术难度大于直燃发电，国内完全有能力自主研发。通过对现有小型燃厂改造的方式进行生物质还可以盘活部分固定资产、减少失业人数、稳定社会，其社益不可低估。 3 生物质混燃项目设计时要注意的问题 生物质混燃的原料来源广泛，包括木材(木屑，木材等)，能源作物，林业和农业废弃物以及其他废弃物(如棕榈壳和橄榄块）。在我国，农作物秸秆的产量大、资源稳定，是未来用于生物质混燃发电的主要来源，包括稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、棉花及油料等作物的秸秆。林业废弃物主要是修枝、间伐、采伐和木材加工过程中的剩余物，来源渠道多样，但都与采伐有关，要充分考虑到森林的生长和保护的需要，否则会带来严重的生问题。 这些生物质能资源的特性不尽相同，与煤的特性也有较大的差异。在设计生物质能混燃发电项目时要注意以下几个方面的特性： 可粉碎性在传统的燃煤电厂，燃料通常先粉碎成粉状，以便于其快速、稳定、完全燃烧，因此需要保证混燃生物质的可粉碎性。
生物质发电技术论文 摘要：生物质能作为可再生的清洁能源，将其用于发电，不仅可以解决日趋增大我国的供电需求、能源缺乏及环境污染等问题，同时可以有利于解决三农问题，提高农民收入，具有广阔的应用前景。 前言 在社会经济和科学技术飞速发展的推动下，人们对能源需求量也日趋增大，而不可再生能源有限，能源衰竭和环境污染成为世界各国面临的主要生存危机[1]。探寻安全环保无污染的、可再生的替代性新型能源是当今社会研究的热门课题之一。在这些新型的清洁能源中，太阳能、风能及水能由于受到时间、季节及地理位置等自然条件的影响，其不稳定性很大程度阻碍了其发展[2]。 生物质可再生能源总量巨大；环境友好，与煤炭石油相比，生物质资源的硫、氮含量低，对环境污染小，二氧化碳即排放量近似为0；其开发利用能与传统化石燃料具有很好的兼容性。生物质能源由于具有可再生、绿色环保及良好的兼容性（煤粉炉共燃生物质技术）等特点，有望替代传统的化石燃料发电（火力发电），因此生物质发电技术的研究受到人们极大的关注。我国生物质资源丰富，人口众多耗电量大，然而我国生物质发电技术仍处于起步阶段，因此开发生物质能发电的技术对我国供电、节能减排及可持续发展都有深远的意义。 1生物质发电技术的研究现状 生物质发电技术是采用燃烧、气化及发酵等方式将生物质资源转化为电能的一种技术，作为新型的可替代型新能源，生物质发电技术引起全世界人们的关注及研究。生物质发电是分布式发电系统，能很好的解决供电的质量及安全，也可以解决传统单一供电的各种弊端。 国外发达国家生物质发电技术发展起步较早、发展较快，生物质能在这些国家的总能耗迅速增加。欧洲是生物质发电技术的发源地，而且发展迅速，新技术不断出现，并向其他国家提供了技术及生产设备上的支持。美国后来居上，目前在生物质发电技术处于世界领先地位，生物质发电站有1000多家，装机容量（2010年，13000MW）及年发量世界之最。 我国对生物质发电技术研究起步较晚，直到1987年，我国才开始尝试利用生物质（甜菜渣或蔗渣）发电。目前全国已建成投产的和在建的生物质发电厂还不到50家，大规模的生物质发电厂就更少了，装机容量约为550MW（2010年）。目前，
生物质直接燃烧技术 一、引言 目前，生物质直接燃烧技术是最简便、最具潜力的生物质资源有效利用方式之一。但由于生物质燃料与化石燃料相比，在物理、化学性质等方面存在着较大的差异，因此对燃烧设备的设计要求和燃烧方式的选择也不同于化石燃料。 二、生物质燃烧的特性 了解生物质燃料的组成成分，有助于对其燃烧特性的研究，从而进一步科学、合理地开发利用生物质能。 由上表可以看出，生物质燃料组成成分的特点是：（1）生物质含水分多，含硫量低；（2）生物质含碳量少，固定碳含量更少，热值普遍偏低；（3）生物质含氧量高，挥发份明显较多；（4）生物质灰份少、密度小，尤其是农作物秸秆。因此，生物质燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程，又是燃料和空气间的传热、传质的过程，主要分为挥发份的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立的阶段。 三、生物质燃料直接燃烧技术 直接燃烧是目前最简便的生物质能源转化技术，即将生物质直接作为燃料燃烧，燃烧过程所产生的能量主要用于发电或集中供热。作为燃料的生物质包括各种农林业废弃物、城市生活垃圾等。 目前，生物质直接燃烧技术主要有以下几种：
3.1生物质直接燃烧流化床技术 采用流化床技术开发生物质能是考虑到流化燃烧效率高，有害气体排放少，热容量大等一系列优点，适合燃用水分大、热值低的生物质燃料。 生物质直接燃烧流化床技术是采用细砂等颗粒作为媒体床料，以保证形成稳定的密相区料层，为生物质燃料提供充分的预热和干燥热源；采用风力给料装置，使生物质燃料均匀散布在床层表面，有助于燃料的及时着火和稳定燃烧；采用稀相区强旋转切向二次风形成强烈旋转上升气流，可以使高温烟气、空气和生物质物料颗粒混合强烈，并延长物料颗粒在炉内的停留时间；采用稀相区后设置卧式旋风燃烬室，使可燃气体和固体颗粒进一步燃尽，同时可以将烟气中所携带的飞灰、床料分离下来，减轻尾部受热面和除尘设备的磨损。现在我国部分锅炉厂家与高等院校合作，已开发出甘蔗渣、稻壳、果穗、木屑等生物废料的流化床锅炉，并取得成功运行。 3.2生物质直接燃烧层燃技术 生物质直接燃烧层燃技术使用的燃料主要可分为农林业废弃物及城市生活垃圾，由于这两种生物质燃料的燃烧特点不同，因此，所设计的层燃锅炉结构也有所不同。 3.2.1农林业废弃物焚烧技术 一般农林业废弃物的挥发物含量高，析出速度快，着火迅速，而固定碳的燃烧则比较慢，因此对于此类锅炉的设计主要采用采用风力吹送的炉内悬浮燃烧加层燃的燃烧方式。农林业废弃物进入喷料装置，依靠高速喷料风喷射到炉膛内，调节喷料风量的大小和导向板的角度以改变草渣落入
生物质发电技术 1．概述 我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿t，其中6.04亿t可作能源使用。秸秆资源是新能源中最具开发利用规模的一种绿色可再生能源，如果将这些秸秆资源用于发电，相当于0.9亿kw火电机组年平均运行5000h，年发电量为4500亿kWh。秸秆为低碳燃料，且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低，是一种较为“清洁”的燃料，在有效的排污保护措施下发展秸秆发电，会大大地改善环境质量，对环境保护非常有利。在农村推广实施秸秆发电技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要意义。 1.1 我国利用秸秆发电的市场分析 目前生物质能秸秆发电技术的开发和应用，已引起世界各国政府和科学家的关注。它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标，至2010年，我国生物质能发电装机容量要超过：300万kw。因此，从中央到地方政府都制定了一系列补贴政策支持生物质能技术的发展，加快了技术商业化的进程。随着我国国民经济的高速发展和城乡人民生活水平的不断提高，既有经济、社会效益，又能保护环境的秸秆发电技术的利用前景将会越来越广阔。 根据国家对可再生能源发电的一系列优惠政策，秸秆发电厂所发电量由电网全额收购；上网电价经当地省政府价格主管部门按现行电价政策提出上报国家发展和改革委员会核批后，一般在0.50～0.60元左右；进口设备的关税和进口环节增值税全免，同时，各地方省市还因地制宜地制定了其它的补贴政策。这些政策的出台为秸秆发电在农村的推广利用提供了有力的保障。可以预见，在我国农村推广生物质能秸秆发电技术市场广阔，前景光明。2．生物质秸秆发电秸秆燃烧方式： 2.1秸秆直接燃烧发电 直接燃烧发电的过程是：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能。 秸秆直接燃烧发电技术已基本成熟，进入推广阶段，这种技术在规模化情况下，效率较高，单位投资也较合理；但受原料供应及工艺限制，发电规模不宜过大，一般不超过30MW。 2.2 秸秆混燃发电 混合燃烧发电包括：直接混合燃烧发电、间接混合燃烧发电和并联混合燃烧发电，其中直接混合燃烧发电是主要的应用方式。直接混合燃烧发电是将秸秆燃料与化石燃烧在同一锅炉内混合燃烧产生蒸汽，带动汽轮机发电。 2.3 气化发电 气化发电是在气化炉中将秸秆原料气化，生成可燃气体，经过净化，供给内燃机或小型燃气轮机，带动发电机发电。一般规模较小，多数不大于6MW。 3. 生物质能秸秆发电的工艺流程 3.1 秸秆的处理、输送和燃烧 发电厂内建设独立的秸秆仓库，秸秆要测试含水量。任何一包秸秆的含水量超过25％，则为不合格。在欧洲的发电厂中，这项测试由安装在自动起重机上的红外传感器来实现。在国内，可以手动将探测器插入每一个秸秆捆中测试水分，该探测器能存储99组测量值，测量完所有秸秆捆之后，测量结果可以存入连接至地磅的计算机。然后使用叉车卸货，并将运输货车的空车重量输入计算机。计算机可根据前后的重量以及含水量计算出秸秆的净重。 货车卸货时，叉车将秸秆包放入预先确定的位置；在仓库的另一端，叉车将秸秆包放在
生物质直接燃烧技术的发展研究 摘要：随着能源危机和环境问题的日益严重，人们不断致力于开发研究低污染、可再生的新能源。在众多的可再生能源中，生物质能是一种储量丰富、清洁方便的绿色可再生能源，具有极大的开发潜力。为了大力开发利用生物质资源，分析比较了国内外生物质直接燃烧技术发展现状，提出应根据生物质燃料的燃烧特性，开发相应的燃烧技术和燃烧设备，以实现生物质资源的大规模集中高效利用。关键词：生物质；燃烧；锅炉 众所周知，人类的生存和发展离不开能源。随着世界能源需求量的迅猛增长，以煤、石油、天然气为代表的常规能源将最终被开采殆尽，同时大量使用这些化石燃料会导致一系列严重的环境污染问题。因此，大力提高能源的利用效率，以高新技术开发低污染、可再生的新能源，逐步取代石油、煤、天然气等不可再生能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径。在众多的可再生能源中，生物质能以其资源储量丰富、清洁方便和可再生的特点，具有极大的开发潜力。 生物质能是指绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量，其主要来源是：农林废弃物、工业废水和废渣、城市生活垃圾以及人畜粪便等。目前，生物质的开发利用技术主要包括生物质的固化、气化、液化，以及生物质直接燃烧。国外许多国家都相继制定了各自的生物质能源研究开发计划，如美国的能源农场、日本的阳光计划、巴西的酒精能源计划以及印度的绿色能源工程等。就我国的基本国情和生物质利用开发水平而言，生物质直接燃烧技术无疑是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。 1生物质燃料的燃烧特性 研究生物质燃料的组成成分，掌握其燃烧特性，有利于进一步科学、合理地开发利用生物质能。从对生物质燃料特性的研究中可以发现，生物质燃料与化石燃料相比存在明显的差异，如表1所示。由于生物质燃料特性与化石燃料不同，从而导致了生物质燃料在燃烧过程中的燃烧机理、反应速度以及燃烧产物的成分与化石燃料相比也都存在较大差别，表现出不同于化石燃料的燃烧特性。生物质
一生物质气化合成气与煤混合燃烧发电技术 间接混合燃烧是先把生物质气化为清洁的可燃气体，然后与煤粉混燃。 在欧洲，生物质与煤间接混合燃烧技术目前已进入商业化运行，技术上被认为是相当成熟。例如，位于奥地利Styria的Zeltweg电厂，采用循环流化床技术，以空气为气化剂气化木柴，产生可燃气体输入锅炉的燃烧室和烟煤一起燃烧，超过5000t 的生物质被气化和燃烧，目前系统运行效果良好。此外，芬兰的Lahti 电站与荷兰的Amer电站的9号机组，均是生物质与煤间接混燃技术成功运用的案例。 目前国内已建的生物质电厂主要以生物质直接燃烧发电和并联燃烧发电为主。气化混燃电厂大多还处在示范工程研究阶段。在气化混燃电厂中，从气化炉中产出的生物质气是由N2、CO、CO2、CH4、C2H2-6、H2 和H2O 组成的混合气体，其中N2 占到50%。生物质气的热值决定于给料的水分含量。 与其它混燃技术相比，生物质间接混燃具有生物质燃料适用范围广的优点，同时基于气化的混燃能够避免直燃过程中燃料处理、燃料输送等带来的问题、还可缓解锅炉结渣等问题。另外，采用这种方法，使得煤灰和生物质灰分开了，煤灰成分不受影响。 生物质与煤间接混燃技术可以应用于现有不同容量的电站燃煤锅炉，并且对现有锅炉的改动很小，运行灵活性较高。目前，我国的生物质储量巨大，国内许多小型火电厂效率低、污染严重，可以通过增加生物质气化系统实现生物质气与煤混合燃烧，既可以大规模地处理富余的生物质资源，又可以与我国现有的小型燃煤电站的改造结合起来，非常符合我国的国情。 二国内外生物质整体气化联合循环发电 2.1国外生物质整体气化联合循环发电示范项目介绍 2.1.1 美国Battelle 美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位。美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平，生产一种中热值气体，不需要制氧装置，此工艺使用两个实际上分开的反应器：①气化反应器，在其中生物质转化成中热值气体和残炭； ②燃烧反应器，燃烧残炭并为气化反应供热。两个反应器之间的热交换载体由气化炉和燃烧室之间的循环沙粒完成。表1 给出了Battelle示范电厂气化炉的产气组分和热值，图1的工艺流程图则表明了两个反应器以及它们在整个气化工艺中的配合情况。 这种Battelle/FERCO工艺与传统的气化工艺不同，它充分利用了生物质原料固有的高反应特性。生物质的气化强度超过146000kg/ h·m2，而其他气化系统的气化强度通常小于1000 kg/h·m2。Battelle 气化工艺的商业规模示范建在弗蒙特州的柏林顿McNeil电站，该项目的一期工程，用Battelle技术建造日产200吨燃料气的气化炉，在初始阶段生产的燃料气用于现有的McNeil电站锅炉。二期工程，将安装一台燃气轮机来接受从气化炉来的高温燃气，组成联合循环。该气化设备于1998年完成安装并投入运行。 表 1 Battelle示范电厂气化炉产气组分和热值 气体组分（%） 热值(MJ/m3) CO H2 CH4 CO2 C2H4 C2H6
生物质燃烧技术的研究进展 摘要：生物质燃烧技术是生物质能转化利用途径研究较成熟的一种主要方式。从影响生物质燃烧特性的因素出发，综述了生物质燃料组分、理化特性和运行条件在生物质燃烧技术中的作用，介绍了生物质燃烧过程的动力学模拟研究现状，对生物质燃烧过程中存在的问题进行了总结和探讨，并对今后生物质燃烧技术的发展进行了展望。 生物质是指来源于生物有机体的材料，尤其是基于植物体的材料，包括大量的草本植物、淀粉、纤维素、木质素等。但目前生物质原料不仅仅局限于植物类的废弃物，还包括农林畜产品废弃物、食品加工产业废弃物、餐饮废弃物和城市有机生活垃圾等。生物质能是绿色植物通过光合作用将光能储存为生物有机体内的化学能，与煤相比，生物质能作为新兴能源，受到全世界越来越多的关注，主要因其具有如下特点：①生物质能是一种绿色能源，符合可再生、可持续利用能源的目标，成为当前最洁净的能源之一，对环境污染小，可以降低对传统化石能源的依赖性;②生物质能在成长过程中吸收环境中的CO2，在生命周期内可以实现CO2的零排放或零增长，降低使用化石燃料造成的温室气体排放量;③生物质中灰分比重低、含硫量少和挥发分含量高;④生物质种类繁多、来源广泛、总量丰富，且具有本土特性。 生物质能由于其在社会效益、环境效益和经济效益中的可持续发展而备受世界各方重视并得以大力推广。目前生物质能提供全球总量10%～15%的能源供应，是世界上排名第四的能源。在工业发达国家中，生物质能占到能源总量的9%～14%，而在发展中国家则更高，占到25%～30%，部分地区甚至高达50%～90%。但在这些国家中，大部分生物质能被当地低收入者用于炊事和供暖用能，商业化程度并不高，且热利用效率极低。 随着科技的进步，生物质能的转化利用形式也多种多样，改变了简单的直燃模式下利用效率低的缺点。当前生物质能转化的方式主要可以归结为：热裂解、气化、液化、超临界流体提取、厌氧消化、厌氧发酵、酸解、酶解和酯化降解等，但这些生物质转换技术由于成本、技术的成熟度和使用效率等方面的原因，难以大面积推广，生物质能的应用仍以直接燃烧为主。到目前为止，生物质燃烧所利用的能源约占全球生物质能利用的95%。为了提高热利用效率，如何对其燃烧利用技术进行深入地研究，已成为国内外各方相关人员普遍关注的问题。 1生物质燃烧特性的影响因素
生物质燃烧灰渣利用概述 XXX 摘要：在人类面临着能源与环境双重压力的今天，生物质能作为一种清洁、可再生的能源日益受到人们的亲睐，于是生物质发电作为一种清洁的电力生产方式得到了迅速发展。生物质燃烧发电是一种简单直接的方式，我国也已建立了多家生物质直燃、混燃发电厂。生物质电厂运行过程中会产生大量的灰渣，其填埋不仅会占据大面积土地，还给环境带来了巨大的压力，且生物质灰渣中含有较多的K、N、S、P等无机元素，有一定的回收利用价值，因此，研究对生物质灰渣更加合理、高效的利用是十分必要的。本文将对目前生物质灰渣的利用情况做简要概述。 关键词：生物质电厂、灰渣特性、综合利用 1. 前言 随着化石能源的大量开采、利用，能源危机与随之而来的环境污染问题已成为全世界关注的焦点，此两点问题的重要性已不必再多加赘述。在这个全球大背景下，化石能源的清洁高效利用和开发清洁、可再生的新能源也成为了研究的两大热点领域。电力行业是典型的能源行业，传统的火电更是要消耗大量的化石燃料。我国是煤炭大国，火力发电一直以燃煤为主。但是煤炭作为一种不可再生的能源，总会面临资源枯竭的一天。而且煤炭在燃烧过程中会产生SO2、NOx等气态污染物以及粉尘灰渣等固态废弃物，需要在后续过程中进行脱硫、脱硝、除尘等污染物减排处理。因此、用更加清洁的燃料代替煤炭或者研究煤炭的清洁高效利用是十分必要的。 风能、太阳能、水能、地热能、潮汐能和生物质能都是典型的可再生清洁能源，其中生物质能是唯一可再生的碳源，有着很广阔的研究和发展空间。生物质能是指蕴藏在生物质中的能量，能够作为能源使用的生物质资源有很多种，大体可以分为植物和非植物两大类。其中植物类主要包括森林、农作物、草类等陆生植物和水草、藻类等水生植物；而非植物类主要有动物粪便、有机废水、生活垃圾等。我国拥有丰富是生物质资源，据测算，我国理论生物质资源量约为50亿吨/年。如果这些生物质资源得到充分的利用，将大大缓解我国的能源和污染物治理问题。
生物质燃烧技术的研究进展 摘要:生物质燃烧技术是生物质能转化利用途径研究较成熟的一种主要方式?从影响生物质燃烧特性的因素出发,综述了生物质燃料组分?理化特性和运行条件在生物质燃烧技术中的作用,介绍了生物质燃烧过程的动力学模拟研究现状,对生物质燃烧过程中存在的问题进行了总结和探讨,并对今后生物质燃烧技术的发展进行了展望? 关键词:生物质燃烧;转化利用途径;动力学模拟 Progress of Biomass Combustion Technology Abstract: Biomass combustion is a mature and major way of biomass utilization. Based on the characteristics of biomass combustion, the effects of biomass fuel constitutes, physicochemical properties and operation conditions on biomass combustion technology were reviewed. The research status of kinetics numerical simulation on biomass combustion was introduced. The problems in biomass combustion were summarized and discussed. The development prospects of biomass combustion technology were also put forward. Key words: biomass combustion; way of utilization; kinetics simulation 生物质是指来源于生物有机体的材料[1],尤其是基于植物体的材料,包括大量的草本植物?淀粉?纤维素?木质素等?但目前生物质原料不仅仅局限于植物类的废弃物,还包括农林畜产品废弃物?食品加工产业废弃物?餐饮废弃物和城市有机生活垃圾等?生物质能是绿色植物通过光合作用将光能储存为生物有机体内的化学能,与煤相比,生物质能作为新兴能源,受到全世界越来越多的关注,主要因其具有如下特点[1-4]:①生物质能是一种绿色能源,符合可再生?可持续利用能源的目标,成为当前最洁净的能源之一,对环境污染小,可以降低对传统化石能源的依赖性;②生物质能在成长过程中吸收环境中的CO2,在生命周期内可以实现CO2的零排放或零增长,降低使用化石燃料造成的温室气体排放量;③生物质中灰分比重低?含硫量少和挥发分含量高;④生物质种类繁多?来源广泛?总量丰富,且具有本土特性? 生物质能由于其在社会效益?环境效益和经济效益中的可持续发展而备受世界各方重视并得以大力推广?目前生物质能提供全球总量10%~15%的能源供应[1],是世界上排名第四的能源[5]?在工业发达国家中,生物质能占到能源总量的9%~14%,而在发展中国家则更高,占到25%~30%,部分地区甚至高达50%~90%[1]?但在这些国家中,大部分生物质能被当地低收入者用于炊事和供暖用能,商业化程度并不高,且热利用效率极低[1,6]?
第46卷 第12期 热 力 发 电 V ol.46 No.12 2017年 12月 THERMAL POWER GENERA TION Dec. 2017 收稿日期：2017-04-13 第一作者简介：高佳佳(1987—)，男，硕士，工程师，主要研究方向为高效洁净燃烧技术，jiajia-gao@https://www.doczj.com/doc/073603540.html, 。 新型低煤份生物质混合燃料燃烧特性实验 高佳佳1，覃建果2，魏小林3，吴桂福1 （1.华电电力科学研究院，浙江 杭州 310000； 2.华东电力设计院有限公司，上海 200000； 3.中国科学院力学研究所，北京 100190） ［摘 要］针对生物质在电厂应用中的诸多问题及困难，提出了一种新型的低煤粉成分生物质混合燃 料，并通过实验研究了其燃烧特性，建立了该燃料的污染物排放模型。结果表明：该燃料最大燃烧速率发生在反应的前期，其高挥发分和反应速率改善了燃料的燃烧、燃尽及污染物排放特性，能有效减少NO x 排放；建立的污染物排放模型可用于预测不同工况下污染物的排放量。该混合燃料加工形式及实验结果可为煤和生物质混燃在火力发电行业的应用提供参考和理论依据。 ［关 键 词］煤；生物质；混燃；燃烧特性；燃尽；污染物排放；低煤粉成分 ［中图分类号］TK16 ［文献标识码］A ［文章编号］1002-3364(2017)12-0061-07 ［DOI 编 号］10.3969/j.issn.1002-3364.2017.12.061 Experimental study on combustion characteristics of a new biomass fuel blended with small proportion of pulverized coal GAO Jiajia 1, QIN Jianguo 2, WEI Xiaolin 3, WU Guifu 1 (1. Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310000, China; 2. East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200000, China; 3. Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences (CAS), Beijing 100190, China) Abstract: In view of the problems and difficulties during biomass application in the power plants, a new kind of biomass fuel blended with small proportion of pulverized coal was put forward, and experiments were carried out to study the fuel’s combustion characteristics. Moreover, the pollutant emission model of the fuel was also established. The results show that, the maximum combustion rate of the fuel occurred in early period of the combustion phase. The high volatile content and reaction rate of the fuel improved the combustion, burnout and pollutant emission characteristics, the NO x emission concentration reduced dramatically. The established pollutant emission model can be used to predict the emissions under different combustion conditions. The experimental results can provide theoretical basis and reference for co-firing biomass and coals in thermal power units. Key words: coal, biomass, co-firing, combustion characteristics, burnout, pollutant emission, low coal property 传统化石燃料如煤、石油、天然气等大量燃烧被认为是温室气体的主要来源。为了降低温室气体排放，可持续能源的开发利用得到鼓励和发展。其中，生物质燃料于20世纪90年代用于电力行业[1]。然而，由于生物质具有低密度、难成型和流动性差等特点，加之其运输、存储困难，所以纯生物质电厂的运行和管理存在诸多困难[2-3]。因此，除直接燃用生物质或生物质气外，固体生物质与煤混燃将成为生物质应用中一种较为廉价和直接的方式[4-5]。 关于煤和生物质的混烧，国内外学者进行了一定的理论研究。其中，主要以煤燃烧为主体，通过掺混低比例的生物质（最高不超过50%），以辅助 并改善煤的燃烧特性[6]。另外，还有学者对混烧后 灰的烧结、熔融、黏温及荷电特性进行了研究[7-9]。对此，本文提出了一种新型的低煤粉成分生物质混合燃料，并对其燃烧特性进行了实验研究。 1 实验内容 1.1 混合燃料 本文采用一种新型的加工设备，将75%木屑、20%烟煤和5%黏合剂（黏土和植物油的混合物）混合后，在环境温度下通过85~102 MPa 的压力压制成平均直径为25 mm 、长为30 mm 的混合燃料颗粒。该混合燃料颗粒中木屑的平均粒径为3~5 mm ， 万方数据