第2章生物质燃烧技术进展课件2

生物质燃烧技术研究与进展主要内容1.背景2.生物质燃烧特性3.生物质燃烧技术概况4.存在的问题及解决方法5.华中科技大学相关工作6.建议与展望——《BP世界能源统计2006》全球石油探明储量可供生产40多年，天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年我国石油探明储量可供生产15年、天然气仅可供生产30年、煤炭81年35.80%23.70%28.40%12.10%21.10%3%69.70%6.20%石油天然气煤炭其它世界中国化石燃料，储量有限，不可再生！背景自工业革命以来，人类燃烧化石燃料使二氧化碳含量急剧增加。背景海平面上涨冰川消融背景背景生物质资源现状能源作物和能源植物产业仍未形成！农业秸秆总量6.5亿吨，其中50%可作开发利用，约2.1亿吨标准煤林业及木材加工废弃物约2.7亿吨，30%可开发利用，约0.5亿吨标准煤畜禽粪便及污水资源可转化沼气约1.0亿吨标准煤城市生活垃圾清运量约1.55亿吨，可用量约0.25亿吨标准煤我国生物质可用资源量约4.0亿吨标煤背景我国发展生物质能的地域图景我国农作物种植面积情况统计图(2005)我国主要农作物种植结构图(2005)农作物以粮食作物为主数据来源：国家统计局背景我国林业资源面积情况统计图(2006)生物质以农业废弃物为主我国发展生物质能的地域图景数据来源：国家统计局背景我国生物质能利用重点领域和总体布局表注：表格由《可再生能源发展“十一五”规划》整理而成背景背景生物质燃烧技术——最成熟、最简便可行的方式之一24.423.190.510.992.6465.6565.137.8519.028.00无烟煤24.307.160.460.933.8157.4231.3038.4821.378.85烟煤13.6737.310.060.706.1538.0914.5467.7713.564.13稻草15.4137.850.000.076.7445.7615.8274.63.476.11松木屑16.2834.040.122.246.5443.5317.9968.484.698.84花生壳13.3835.360.091.775.4335.3425.1051.9816.926.00稻壳15.5052.820.261.183.2742.4716.3068.097.098.52玉米杆18.4035.470.001.207.5044.9016.8973.003.186.93棉花秆15.8340.720.080.285.2444.6516.6572.481.859.02麦秆OSNHCFCVAW低位热值/MJ·kg-1元素组成/%工业分析/%燃料种类典型生物质与煤的常规分析（ad）采用煤的测试标准，需调整生物质燃烧特性试样K2ONa2OAl2O3Fe2O3CaOMgOTiO2SiO2木屑10.451.504.971.2117.544.910.7752.66花生16.841.716.784.6610.786.321.3549.61谷壳3.500.051.232.461.570.760.7883.15稻秸15.581.400.765.638.333.901.6555.39试样K2ONa2OAl2O3Fe2O3CaOMgOTiO2SiO2木屑9.550.335.071.6819.207.620.2251.28花生9.180.209.675.959.845.660.6252.34谷壳4.850.080.482.361.643.540.0975.72稻秸12.420.211.853.826.263.240.2662.27ASTM方法下生物质的灰成分分析(%)GB方法下生物质的灰成分分析(%)生物质燃烧特性玉米秆空气气氛失重曲线100200300400500600700800900020406080100-16-14-12-10-8-6-4-202DTG(%/min)TG(%)温度（℃）TGDTG265.6℃306.8℃A10020030040050060070080090010005060708090100110-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.0628.1℃DTG(%/min)TG(%)温度（℃）TGDTG506.8℃A某贫煤空气气氛失重曲线生物质燃烧特性在100℃左右均有一个水分的析出峰，且玉米秆的挥发分开始析出温度和析出峰值温度都远低于煤。生物质燃烧过程特点：三个阶段：1）预热干燥；2）挥发分的析出、燃烧与焦炭形成；3）残余焦炭燃烧。含水量高且多变，热值低，炉前热值变化快，燃烧组织困难；密度小，空隙率高，结构松散，迎风面积大，悬浮燃烧比例大；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；着火容易，燃尽困难；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！生物质燃烧特性层燃技术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炉膛高温难以避免流化床技术高效低污染、传热传质强、燃料适应性好低温运行技术成熟，已进入商业运行。受热面积灰、结渣未来发展方向生物质直接燃烧技术直燃发电的两种不同燃烧方式比较燃烧方式主要优点主要缺点发展水平典型炉型示意图层燃结构简单,操作方便,磨损较小,投资与运行费用相对较低燃料分布不均匀,空气容易短路,燃烧温度高,燃烧效率低等丹麦BWE公司技术领先,国产化步伐加快流化床燃烧温度低,燃料适应广(高水分、低热值),燃烧效率高,环境污染小,负荷调节范围大燃料尺寸要求严格;生物质灰分含量少,需添加床料;床料烧结团聚;磨损、粘结和腐蚀;灰渣因掺杂床料难以利用;耗电量大,运行费用较高尚无国际通用示范技术,各研究机构各自推进生物质直接燃烧技术特点：体积小，密度大，储运方便燃料致密，燃烧持续稳定、周期长，燃烧效率高燃烧后的灰渣及烟气中污染物含量小与常规生物质及煤差别大，燃烧设备需重新设计（包括：炉内空气动力场、温度场和浓度场分布、过量空气系数大小、受热面布置等）国内：规模不大，成本高，压制设备不成熟，使用范围狭窄国外：燃烧设备已定型，加工工艺合理、专业化、自动化程度高、热效率高、排烟污染小；已产业化，在加热、供暖、干燥、发电等多领域推广应用引进技术不合国情国外：林业废弃物；国内：秸秆类生物质成型燃料燃烧技术成型机类型特点适用对象应用状况示意结构螺旋挤压式运行平稳,生产连续性好,但螺杆磨损严重,使用寿命短以及单位产品能耗高成型温度220-280℃;原料含水率控制在8-12%,成型压力在4900-12740Pa之间生产空心燃料棒,直径50-60mm,密度介于1.0-1.4t/m3活塞冲压式机械式和液压式;不用电加热,成型部件磨损较螺旋式有明显改善,但振动负荷较大,运行稳定性差,噪音较大,润滑油污染较严重成型物密度稍低,容易松散,液压式对原料的含水率的要求不高,允许原料含水率高达20%生产实心燃料棒或燃料块,密度介于0.8-1.1t/m3压辊式由压辊和压模组成,根据压模形状的不同,可分为平模成型机和环模成型机;设备比较简单,易操作,不需外部加热,但成型部件磨损较快可根据原料状况添加少量粘结剂,对原料含水率要求较宽(10-40%),但烘干费用高，燃烧性能较差用于大型木材加工厂木屑加工或造纸厂秸秆碎屑加工.密度为1.0-1.4t/m3生物质成型燃料燃烧技术生物质固体成型机型式分类表*指未进行初投资分摊的净收益直接燃燃技术固体成型燃料原料价格波动对固体成型收益影响的敏感曲线-150,000-120,000-90,000-60,000-30,000030,00060,00090,000120,0000246810121416年份净现值（万元）200-350250-390300-430利率波动对固体成型收益影响的敏感曲线-120,000-90,000-60,000-30,000030,00060,00090,000120,000150,0000246810121416年份净现值（万元）3.332.833.83数据来源：相关文献整理初投资不高，经济收益较好生物质的特点不利于长距离运输季节性、区域性生物质与煤混烧克服生物质原料供应波动影响，克服纯烧的缺点能够利用大型电厂的规模经济，热效率高低成本、低风险，污染物排放减少国外对秸秆类高碱金属生物质的掺混比例一般限制在10-20%（能量基）连续、稳定供应困难效率经济性生物质与煤混烧技术国内起步较晚，目前缺乏先进的技术与设备生物质与煤混烧难以计量和管理，导致政策支持不够生物质掺混比例低于80%（能量基）不享受政策优惠，按常规火电项目管理限制了我国生物质与煤混烧技术的发展生物质与煤混烧技术直燃发电混烧发电固体成型生物质与煤混烧垃圾及污泥焚烧产业化发展迅速、资源供应面临压力、加快装备技术国产化、能源利用品位提高，但未“资源化”技术上可行、但缺乏政策支持、资源供应稍显灵活、效益有待评估技术尚不成熟、符合垃圾减量化要求、但环境污染是规模化发展障碍资源供给充足、符合目前农村用能习惯、成型机械不能高效经济、持续稳定运行，制约推广应用生物质燃烧技术比较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丹麦政府已明令电力行业必须每年焚烧140万吨生物质；美国2010年生物质发电将达到13000MW装机容量；2002年日本提出计划2010年生物质能发电达330MW国内：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多个生物质燃烧发电概况我国生物质直燃发电项目列表（不完全统计）直燃发电发展迅速技术以引进为主秸秆直燃发电厂三大主机参数表以下以2×1.2万千瓦秸秆直燃发电厂为例，采用净现值方法对系统经济性做一简单分析。所谓净现值(netpresentvalue,通常用NPV表示)是指项目寿命期内每年发生的现金流量,按一定的折现率将各年净现金流量折现到同一时点（通常是初期）的现值累加值。其表达式为：直燃发电数据来源：相关文献整理秸秆直燃电厂投资收益表*指未进行初投资分摊的净收益数据来源：相关文献整理直燃发电年净现值流图直燃发电秸秆价格波动对直燃电厂收益影响的敏感曲线-30,000-25,000-20,000-15,000-10,000-5,00005,00010,00015,0000246810121416年份净现值（万元）200250300利率波动直燃电厂收益影响的敏感曲线-30,000-25,000-20,000-15,000-10,000-5,00005,00010,00015,00020,0000246810121416年份净现值（万元）3.332.833.83投资回收期较长受秸秆价格波动影响大生物质与煤间接混烧发电示意图我国首台煤粉秸秆混燃发电机组于2005年12月16日在华电国际电力股份有限公司所属的十里泉发电厂成功投产。该公司在1台14万千瓦原燃煤锅炉（400吨/小时）基础上加装了两台从丹麦BWE公司进口的输入热负荷为3万千瓦的秸秆专用燃烧器，并对供风系统及相关控制系统进行了优化，同时增加了1套秸秆收购、储存、粉碎和输送设备。然在实际运行过程中却面临着诸多困境：秸秆价格飞涨（由原100元/吨飚升到400元/吨）；不享受补贴电价；灰粉难以分离，对粮食生产造成一定影响。生物质与煤混烧发电循环流化床垃圾焚烧利用系统流程图江苏盐城垃圾焚烧发电有限公司投资2.58亿人民币，采用国内循环流化床技术，建设规模为三台75t/h循环流化床垃圾焚烧锅炉和配置二台15MW抽凝式汽轮发电机组，日处理垃圾达1000吨。北京最大的垃圾焚烧项目海淀区六里屯发电厂在建设初期，就遭到了附近居民的强烈反对。主要焦点在于环境污染，特别是二恶英等有毒气体排放对人体所造成伤害的潜在威胁垃圾及污泥焚烧发电存在发展空间面临污染