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生物质发电技术与系统林鹿EMAIL:lulin@xmu.edu.cn电话:133384586612第四章生物质燃烧发电（4学时）目录第二章生物质气化发电（4学时）生物质燃烧发电图第二章生物质气化发电（4学时）生物质燃烧发电图5第一节生物质收集、贮存及预处理1、生物质收集、运输和供应农林废弃物密度小，发热量低，电厂需求量大，在原料供应上应考虑：1）了解和确定当地生物质燃料特性；2）确定以电厂为中心一定半径内原料的可供应性；3）确定电厂容量和生物质需求量的匹配性；4）生物质收集方式；5）确定生物质燃料的运输量；6）确定运输方式；7）确定交通装况；8）计算总成本。第二章生物质气化发电（4学时）6第一节生物质收集、贮存及预处理1、预处理生物质水分变化大，能量密度低，需增加预处理，以增加能量密度。预处理可以改变生物质特性，如硬度、颗粒度、密度以及部份化学特性。生物质预处理包括干燥、破碎、造粒和固化成型。第二章生物质气化发电（4学时）7第一节生物质收集、贮存及预处理1、预处理1）干燥干燥是利用热有将农林生物质的水份排出，获得尽可能含水量低的干物质的过程。------自然干燥：利用空气流通或太阳能干燥生物质的过程；成本低廉。------人工干燥：利用一定的设备和热能干燥生物质的过程；不受气候条件影响，可缩短干燥时间，但成本高。第二章生物质气化发电（4学时）8第一节生物质收集、贮存及预处理1、预处理1）干燥------人工干燥方法有：I）流化床干燥：使用惰性介质和生物质充分混合，在流动状态下进行介质传热，蒸发水份，干燥物料；一般干物质较小，如花生壳，稻壳等；II）回转圆筒干燥：设备是一个缓慢转动的圆柱形壳体，壳体倾斜，物料由高到低缓慢前移过程中进行干燥；也适合较小体积的生物质。III）筒仓型干燥：将生物质堆垛在筒仓内干燥。第二章生物质气化发电（4学时）9第一节生物质收集、贮存及预处理2、破碎1）颚式破碎：是一种挤压式破碎式法；结构简单、工作可靠，制造容易，维修方便。2）冲击式破碎：进入冲击式破碎机的物料受到转子的猛烈撞击，受到第一次破碎；同时获得能量高速撞击机壁，受到第二次破碎；从壁弹回的物料再次受到转子的破碎，如此反复；最后在固定板和转子夹击破碎。第二章生物质气化发电（4学时）10第一节生物质收集、贮存及预处理2、破碎2）冲击式破碎：适应性强，适合不同类型的物料；构造简单，外形尺寸小，操作方便，易于维护。有反击式破碎机第二章生物质气化发电（4学时）11第一节生物质收集、贮存及预处理2、破碎錘式破碎机第二章生物质气化发电（4学时）12第一节生物质收集、贮存及预处理2、破碎2）剪切式破碎：通过固定刀和可动刀之间的啮合作用，将固体生物质破碎成适宜的形状和尺寸。有冯·罗尔型往复剪切破碎机、林德曼型剪切式破碎机（先压缩再剪切）、旋转剪切式破碎机（利用高速转动的旋转刃和固定刃的间隙挤压和剪切破碎）。第二章生物质气化发电（4学时）13第一节生物质收集、贮存及预处理2、储存生物质生产的周期性和电厂运行的连续性，建立合适的燃料储存系统是十分必要的。1）收集点储存：包括秸秆户存：在院落周围晾晒、存放，比较安全，适合于经济欠发达地区；2）集中存储：易于实施，适于连续性生产，但成本高。在发达地区较为适用。第二章生物质气化发电（4学时）14第一节生物质收集、贮存及预处理3、燃料输送和给料-----将燃料从仓储到炉膛生物质从仓库输送至燃烧系统的给料装置，对燃烧系统性能有一定的影响。应考虑因素：1)生物质颗粒大小、含水率等；2）输送距离和高度；3）输送量；4）初期投资、运行和维护费用等。原料输送分为：气力输送，适于长距离输送；带式输送：成本低；螺旋输送：距离短，一般约6m。第二章生物质气化发电（4学时）15第一节生物质收集、贮存及预处理3、燃料输送和给料-----将燃料从仓储到炉膛包括三个阶段：1）燃料借助重力或机械力的作用从储仓排出，根椐给料器不同可分为三种方式：重力作用给料器旋转给料器往复式给料器第二章生物质气化发电（4学时）16第一节生物质收集、贮存及预处理3、燃料输送和给料-----将燃料从仓储到炉膛包括三个阶段：2）燃料输送到炉前包括气力输送、管道内输送和槽内输送3）燃料加入到炉膛包括直接重力方式，非直接重力方式，气力输送方式，螺旋加料方式，活塞加料方式第二章生物质气化发电（4学时）17第一节生物质收集、贮存及预处理4、电厂输送给料工艺小型电厂多采用气力输送装置：通过倾斜臂式给料器将燃料排出仓库，由气力输送至气固分离装置，再经重力作用将燃料加入到炉膛。大型电厂多采用带式或活塞式给料系统，通过输送带送到活塞式给料器，加入到炉堂燃烧。燃烧后的烟气经受热面降温和除尘后排出。第二章生物质气化发电（4学时）181、压缩原理压缩又称压实，是通过外力加压于松散的固体物上，以缩小其体积，增加密度的一种方法；一般压缩成棒状、粒状和块状。压缩包括三个过程：密实填充、表面变形和破坏、塑性变形。塑性变形是生物质在外力作用下比密度增加几百甚于几千倍，产生复杂的机械齿合和分子间结合，形成不易回复原形状的过程。第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型192、压缩工艺根椐压缩力可分为：高压压缩（100MPa)，带加热的中等压力压缩(5-100MPa)和添加粘结剂的低压压缩(5MPa)。根椐压缩工艺可分为：1）湿压成型工艺：是将生物质在高温下浸泡数日，其纤维变得柔软、湿润、邹裂并开始部份降解腐化，易于压缩成型，热值可达到23MJ/kg。第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型202）炭化成型工艺生物质经高温分解后产生可燃气、木醋酸和焦油等物质后生成木炭，经粘结剂粘结加压后形成一定形状的块状炭。3）捆扎成型工艺在生物质收获季节，使用打捆机对生物质进行打捆压缩收集处理。第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型214）热压成型工艺在一定温度条件下对生物质进行压缩成型。可分为只在成型部位加热的非预热热压工艺；或在成型之前预加热和成型部位分别加热的预热热压成型工艺。加热的目的：把生物质的有些组分如木质素软化作为粘结剂；生物质表面炭化避免在模具表面粘连难以出模；为生物质结构塑性变形提供能量。热压成型是生物质压缩的主流工艺。第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型224）热压成型工艺I)螺旋挤压成形：是最早研制的热压成型设备，用途最为广泛；II）活塞冲压式成型机：可分为机械驱动和液压驱动，运行稳定性较差；III）压辊式成型机：主要用于生产颗料状成型燃料；根椐压模形状不同，可分为卧式和立式两种机型；机型构造简单，结构紧湊，使用方便。第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型234）热压成型工艺生物质压缩成型可分为三个阶段：I)松散阶段：随着压力的增加，生物质变形速度加快，压力和变形呈线性关系；可用较小的压力获得较大的压缩量；II)过渡阶段：压力和变形呈非线性关系，以内部压缩为主；III)压紧阶段：压力和变形呈近似线性关系第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型243、影响压缩成型的因素1）生物质种类：不同种类差别很大；秸秆中含有木质素，没有熔点，有软化点；在温度70-110ºC时，粘结力增加；在温度200-300ºC时，木质素软化，彼此有较好粘结作用；2）含水率：一般在15%-25%之间；块状或棒状成型燃料含水率不大于10%；水分含量过低，影响木质素软化，过高则发生“汽堵或放炮”现象。第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型253、影响压缩成型的因素3）粒度及其分布：一般压缩前进行筛分；粒度较小时，流动性较好，成型物容易结合紧密；粒度过小，则流动性反而下降，成型物的强度降低。4）成型压力：压力是生物质压缩成型的基本条件。施加压力的作用：破坏原生物质的物相结构；增加生物质分子间的凝聚力；为生物质在模具内成型创造必要的条件。第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型263、影响压缩成型的因素5）粘结性：最好本身也可以燃烧，保证成型物有足够的强度和抗潮解性，而且在燃烧时不产生烟尘和异味。一般有无机粘结剂、有机粘结剂和纤维类粘结剂。无机粘结剂有粘土等；有机粘结剂有焦油、沥青、树脂等；纤维类粘结剂有废纸浆和水解木纤维等，价格低廉，有较好的粘结力。6）温度：在150-300ºC之间；温度过高，功耗增加第二章生物质气化发电（4学时）第二节生物质压缩成型271、生物质燃烧技术生物质燃煤可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和固体燃料燃烧。炉灶燃烧是为简单。锅炉烯烧和垃圾焚烧适合大规模利用生物质，效率高；但投资高，且垃圾热值低，投资更大。固体燃料燃烧是把生物质压缩固化后，采用传统设备燃烧，投资小，较为节能。第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统281、生物质燃烧技术1）生物质燃料的发热量：单位是kJ/kg，取决于燃料的化学组成和可燃成分的多少；2）生物质燃烧反应过程-----干燥：在加热条件下使生物质脱水；------挥发分析出燃烧：在150ºC时，挥发成分包括一氧化碳、氢气、低分子碳氢化合物等产生并燃烧；------焦炭燃烧：挥发成份燃烧后，氧气和碳接触燃烧第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统291、生物质燃烧技术3）生物质燃烧特性生物质燃料特性和化石燃料不同，从而导致在燃烧过程中的燃烧机理、反应速度等和化石燃料不同4）影响燃烧的主要因素（1）水分含量：水分蒸发需要强烈吸收热量，多数生物质燃料维持燃烧时水分不超过65%；如果超过这个值，需要补助辅助燃烧。第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统301、生物质燃烧技术4）影响燃烧的主要因素（2）空气供给量：空气量太小，燃烧不完全；空气量太大，空气吸收热量增大，导致温度降低，燃烧稳定性差；（3）颗粒尺寸：表面积越大，有利于氧和生物质的接触，减少颗粒尺寸，有利于燃烧反应的进行。第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统311、生物质燃烧技术4）影响燃烧的主要因素（4）反应时间：燃烧反应需要一定的时间，有利于燃烧反应的完全。（5）气固混合：气固混合：燃烧时有灰分会沉积和包裹在炭的表面，因此适当的扰动灰层，有利于暴露出炭表面与氧气接触进行燃烧。（6）灰分：灰分是不可燃成分，灰分越高，热值低第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统321、生物质燃烧技术4）影响燃烧的主要因素（7）反应温度：较高的温度有利于燃烧，但与生物质自身热值有关。（8）影响燃烧的三个要素：------温度：是燃烧的首要条件。一般干燥的生物质燃点是250ºC左右，而在400ºC条件下，干燥的生物质容易燃烧第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统331、生物质燃烧技术（8）影响燃烧的三个要素：------合适的空气量和燃料良好的混合：空气是生物质发生氧化燃烧的必要条件；而良好的扰动，可使灰分从炭表面脱落，有利于燃烧。-------足够的燃烧时间和空间：空间过小，燃料停留时间短，燃烧不充分；适当延长停留时间，有利于充分燃烧。第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统341、生物质燃烧技术5）生物质燃烧和煤炭的区别（1）含碳量较少：一般是50%左右，热值低；（2）含氢量稍多：一般比煤炭略多，存在于挥发成分中，如析出速度过快，燃烧不完全，冒黑烟；（3）含氧量多：热值低，但燃烧时补给空气量可少一些（4）密度小：质地疏松第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统351、生物质燃烧技术5）生物质燃烧和煤炭的区别（5）含硫量低：一般含硫量少于0.12%；（6）生物质燃烧析出的二氧化碳是零排放；（7）灰渣可综合利用第二章生物质气化发电（4学时）第三节生物质燃烧与发电工艺系统362、生物质燃烧发电工艺1）概况：生物质燃烧发电是生物质燃烧后的热能转化为蒸汽进行发电，在原理上，和燃煤发电相似。生物质燃烧发电技术主要包括原料预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性、蒸汽锅炉的高效燃烧、蒸汽轮机的效率