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========================================生物质与煤混燃技术与现状赵明世1081170426热能08042010-10-24======================================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充分混合燃烧。层燃锅炉包括固定床、移动炉排、旋转炉排和下饲式锅炉等。移动炉排式锅炉具有操作简单、坚固耐用和运行可靠等特点，被广泛应用于生物质燃烧或垃圾焚烧中。采用移动炉排以及合理的配风系统，可使燃料层在炉排上的传输较为平滑，从而保障一次风的均匀分布，降低由于空气分布不均匀造成的过度结渣、飞灰损失和空气系数增加等问题。而且炉排系统可以采用水冷的方式，以减轻结渣现象的出现，延长设备使用寿命。如瑞典的Ｌｉｎｋｏｐｉｎｇ热电厂，就采用移动炉排式锅炉。该热电厂的燃烧系统根据各种生物质特点采用３个不同的燃烧器，分别用于燃烧煤（或橡胶）、木材、油，其中烧煤和木材的层燃锅炉均采用移动炉排锅炉。但是，包括移动炉排式锅炉在内的层燃锅炉普遍存在燃烧效率较低（一般都在７０％以下）的问题。另外，目前移动炉排式锅炉的控制系统大多以电气机械装置为基础，不足以使锅炉保持适当的空气量与煤量比，以达到最佳燃烧和排放性能，尤其是在负②流化床燃烧生物质含水率较高，如秸秆为３５％一６５％。因此，采用层燃方式难以保持稳定、充分的燃烧。采用流化床技术，有利于生物质的完全燃烧，提高锅炉的热效率。生物质流化床可以采用砂子、燃煤炉渣等作为流化介质，形成蓄热量大、温度高的密相床层，为高水分、低热值的生物质提供优越的着火条件。依靠床层内剧烈的传热传质过程和燃料在床内较长的停留时间，使难以燃尽的生物质也能充分燃尽。如在密相区上部稀相区供入二次风，组织两段燃烧，能迸一步提高燃烧效率。１９９１年，哈尔滨工业大学就与长沙锅炉厂合作研制了多台生物质流化床锅炉，可适用于甘蔗、稻壳、碎木屑等多种生物质。锅炉热功率高，低负荷运行稳定，热效率高达８０％以上［２ｊ。流化床燃烧是基于气固流化态的一项技术，对燃料适应性好，有害气体排放量低，而且在流化床燃烧过程中加入脱硫剂可直接脱硫，可以大幅降低烟气中ＳＯ：的含量。目前，发展比较迅速的循环流化床燃烧技术对燃料的适应性很好，能够同时燃烧几种不同特性的燃料，非常适合生物质与煤的混燃。而且燃料的选择以及混燃的比例灵活，能够根据燃料的市场价格进行选择，确保燃料的经济性。采用循环流化床技术的生物质与煤混燃，燃烧效率可达９５％以上，能与煤粉锅炉媲美，由于采用分级燃烧，温度控制在８３０—８５０℃，ＮＯ。的生成量很少。目前，采用循环流化床技术的生物质与煤混燃也存在着一些问题。虽然ＮＯ，排放总量有所减少，但由于流化床燃烧温度较低，Ｎ：Ｏ的排放浓度一般比其他燃烧方式高。为使飞灰再循环燃烧，常导致一次风机压头要求高、耗电量较大等。③煤粉锅炉燃烧煤粉锅炉具有燃烧效率高、燃烧完全等优点，是目前最为常见的一种大型燃煤锅炉，采用现有煤粉锅炉混燃生物质，只需要对现有设备进行改造。一方面，尽管采用煤粉锅炉混燃生物质和煤，可以适当减少污染，但是受到生物质混燃比例不能过大的限制，与流化床混燃相比，煤粉锅炉混燃的ＣＯ：和ＮＯ。等气体排放物还是较多，在气体污染物的控制方面有待提高。另一方面，煤粉锅炉对燃料的颗粒尺寸和含水率要求较为严格，一般粒径要求小于２ｍｍ，含水率不能超过１５％，因此生物质预处理系统就比较复杂，造价较高。由于粒径较小，高燃烧强度还会导致炉墙表面温度较高，易损坏炉墙的耐火材料。３气化利用技术生物质气化是一种热化学处理技术。将薪柴、秸秆等农业废弃物置于气化炉中通过热解反应转化成ＣＯ等混合可燃气体，以连续生产的工艺和工业生产的方式将生物质能转化为高效的锅炉燃料。当以含水量为１５％一４０％、低热值为１９～２０ＭＪ／ｔ的生物质作为原料时，可产生低热值为５ＭＪ／ｍ３的可燃气体。我国在２０世纪８０年代初已开始了生物质气化技术的研究，近几年已研制出可使用多种生物质的不同容量、不同用途的气化炉。一般气化炉采用固定床，固定床对原料适应性强，基本上不需预处理，设备结构简单，但气化率较低。中科院广州能源所研制的上吸式生物质气化炉气化强度为２４０ｋｓ／（ｎ１２・ｈ）Ｅ３］。流化床气化炉，特别是循环流化床气化炉由于具有床内混合均匀、传热传质强烈等优点，使生物质热解气化更充分，气化时生物质的份额不能太高。生物质燃料引起的结渣和腐蚀生物质的灰熔点较低，燃烧过程中设备易结渣。特别是燃用含氯较多的生物质，如秸秆和稻草等，当换热器表面温度超过４００℃时，还会产生高温腐蚀。④污染在气化利用中还会产生焦油、灰分、废水等二次污染物。４结论①我国有丰富的生物质资源，从环境保护和充分利用资源的角度出发，生物质与煤的混燃技术应得到国家的政策扶持和财政支持。②我国生物质资源量大面广，种类多样。对不同的资源种类和不同的用户对象，需要采用不同的技术路线和设备，才能更有效地加以利用。因此，我国应因地制宜地开发适合我国国情的生物质与煤的混燃技术。在加强国际合作与交流，引进发达国家成熟的混燃技术和设备的同时，应加强生物质与煤混燃技术的基础研究，组织高校及科研单位对该效率可达７５％一８５％，气化强度可达２０００ｋｓ／・ｈ）且可燃气体的焦油含量低。湛江模压木制厂利用加工过程废弃的细木粉，采用循环流化床生物质气化装置转换成可燃气，用作锅炉燃料，每日节煤１０ｔ／ｄ③针对生物质存在经济收集半径的特点，我国应优先发展小容量生物质与煤的混燃设备，满足生物质产地的用能需要。我国对小容量层燃和流化，取得了明显的经济效益Ｍ１。生物质气化后床锅炉方面有丰富的技术积累，发展层燃和流化床的产品，还可用于发电或直接为居民提供燃气。固定床气化技术以农业、林业废弃物为原料，可用于小规模气化发电系统，面向农村、林区及偏远地区，操作方便。流化床气化发电系统适用于大中规模，可以农业和林业废弃物作为原料，面向工业企业，生产的电可供企业自身使用，也可并人电网。３混燃存在的问题①生物质原料的供应在自然生态中，生物质分布广泛但不集中，并且生物质的能量密度较小，储运较困难。因此，对于物质的利用存在一个经济收集半径，一般电站的规模取决于距其８０～１２０ｋｍ内可获取的生物质原料生物质与煤的混燃技术具有明显的技术优势。