浙江大学秸秆直燃技术介绍粤电.doc

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1、循环流化床生物质燃烧发电技术浙江大学热能工程研究所二零零九年六月一、前言随着人们对环境以及能源利用等方面的日益关注，人们深刻认识到石油、煤、天然气等化石能源的资源有限性和环境污染问题。而生物质作为一项可再生的清洁能源体现了很大的优越性，它的CO2中性，低SOx，低NOx排放的性质，使得对生物质的能源化利用的研究也越来越多。我国是一个农业大国,同时又是一个人口大国，有13亿多人口,绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。我国的经济迅速发展，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再

2、生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。生物质能的研究开发,主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类。涉及到气化、液化、热解、固化，直接燃烧等技术。而直接燃烧是一种最常用的、直接的和商业可行的从生物质中提取能量的方式。从供能植物到农业渣滓和废弃材料，燃烧系统几乎利用了各种形式的生物燃料。通常对于固体燃料，可供选择的燃烧方式主要有三种，即以煤粉炉为代表的悬浮燃烧、炉排炉为代表的层燃燃烧和以循环流化床锅炉为代表的流态化燃烧。三种燃烧方式各有特点，也有不同的适用范围。图1丹麦振动炉排秸秆燃烧炉

3、由于能量密度小，秸秆等生物质原料的输送和贮存成本较高。以生物质为燃料的应用一般限于较小规模。较大规模的生物质燃烧发电工程主要集中在欧美等一些发达地区，但是由于资源情况的不同，这些燃烧利用工程中大多数以木质类原料如枝条、木片、废弃木材等为主要燃料，仅仅有小部分掺烧部分的农作物秸秆等，而且秸秆的比例往往不高。目前全球范围内较大规模的单一秸秆燃烧技术以北欧的丹麦为代表，丹麦由于国内资源特点和对能源供应可持续性的深刻认识，很早就开始了秸秆大规模燃烧方面的开发和应用。1986年丹麦议会就通过法令鼓励生物质燃料热电厂的发展，目前，丹麦已建

4、成100多家秸秆发电厂，秸秆发电量占全国总发电量的24%。这批秸秆热电站规模不同，但共同点是设计燃料为麦秆，燃料运输和贮存采用标准的捆包形式，燃烧系统为振动炉排炉，进料采用秸秆捆直接推入炉膛的“雪茄式”燃烧，或者采用先将秸秆捆分散破碎然后给入炉排上方的方式（图1）。丹麦的秸秆发电系统采用这种相对单一的燃烧方式一方面是由秸秆燃料的燃烧特性决定的，但更重要的是由于丹麦拥有在长期实践中摸索出来的一整套完善的秸秆收割、打包、运输、贮存工艺和设备。这套流程实现了从秸秆采收开始到最后入炉所有环节的全机械操作，其突出的特点是标准化和高生产率

5、。正是由于拥有了这样的秸秆处理体系加上合理的市场化采购制度，才保证了丹麦的秸秆燃烧发电工程得以迅速发展。但是，以丹麦为代表的秸秆直接燃料技术还是存在一些局限。首先，从燃烧角度看，振动炉排锅炉是典型的层燃燃烧，适合于燃烧单一稳定的燃料，在燃料适应性方面的潜力有限，燃料品种、燃料物理性质、燃烧性质方面的些许变动就可能造成锅炉工作效率下降甚至危害正常运行。炉排炉对燃料的这种要求在丹麦国内秸秆供应品种单一，秸秆收集、预处理过程高度标准化的情况下并没有太大问题，但是对于我国情况有所不同，确保燃料供应品种和品质的稳定，特别是对秸秆这种易受

6、气候、地域、采集、运输和人为因素影响的燃料，是一项非常具有挑战性的工作。其次，秸秆作为燃料的特殊性突出体现在碱金属和氯引发的受热面沉积、结渣和高温腐蚀等方面。由于秸秆中含有高浓度的钾，秸秆燃烧后产生的灰渣熔点很低，在高温燃烧中容易在受热面上生成难以去除的融渣，增加传热阻力并造成烟气流通截面堵塞。同时含氯的秸秆燃烧中受热面上容易在高温环境下生成对金属有腐蚀作用的沉积物，特别是在金属温度较高时（高于520℃），温度越高腐蚀速度越快。秸秆锅炉为了避免上述问题，大多采取限制过热器最高温度的办法，或者在设计上特别考虑了易于更换受腐蚀管束

7、的过热器和炉顶结构。尽管通过一系列的针对性研究和长期的实践经验积累，丹麦目前在运行的秸秆锅炉实际上并没有完全摆脱秸秆的高碱带来的各种问题。稻、麦秸秆作为一类特定的生物质燃料，具有生物质的一般性质：高挥发份、低灰份、热值低；元素组成中高氧、低硫；着火温度低、热解迅速且焦炭反应活性高；也具有自身特点：质轻软、疏松、体积能量密度低；以钾为代表的碱金属以及氯的绝对含量高、性质活跃；灰中硅元素的份额较大等。稻麦秸秆的上述特点决定了流态化燃烧方式的适用性。流态化燃烧是近代从化学反应工程技术领域发展起来的一种新型燃烧技术，其特点是低温燃烧、

8、良好的气-固、固-固混合、燃料适应性强、燃烧可控性能好。正是由于流态化燃烧这些固有特点，以流态化燃烧为基本形式的循环流化床燃烧技术得到了迅猛的发展，它不但成功地在中小规模的热电机组中得到广泛应用，更逐步大型化，高参数化，逐渐进入电站锅炉领域。在美国，采用流化床燃烧技术利用生物