高效潔凈生物質(zhì)鍋爐的開發(fā)及應(yīng)用

1、<p>　　高效潔凈生物質(zhì)鍋爐的開發(fā)及應(yīng)用</p><p>　　摘要：生物質(zhì)燃料鍋爐具有高效、環(huán)保等優(yōu)點，對于社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前我國對生物質(zhì)鍋爐領(lǐng)域尤其是對生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)進行了大量的研究，也取得了相當?shù)某晒?。本文重點分析了生物質(zhì)鍋爐的技術(shù)與現(xiàn)狀，并提出了高效潔凈生物質(zhì)鍋爐的開發(fā)建議。 </p><p>　　中圖分類號： TK223文獻標識碼： A <

2、;/p><p>　　一、生物質(zhì)能的特點與發(fā)展生物質(zhì)能意義&#160; </p><p>　?。ㄒ唬┥镔|(zhì)能的特點 </p><p>　　1、可再生性&#160; </p><p>　　生物質(zhì)屬可再生資源,生物質(zhì)能由于通過植物的光合作用可以再生,與風(fēng)能、太陽能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續(xù)利用；&#160; &

3、lt;/p><p>　　2、低污染性&#160; </p><p>　　生物質(zhì)的硫含量、氮含量低、燃燒過程中生成的硫化物、氮氧化物較少；生物質(zhì)作為燃料時，由于它在生長時需要的二氧化碳相當于它排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應(yīng)； </p><p>　　3、廣泛分布性&#160; </p><p

4、>　　缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質(zhì)能。&#160; </p><p>　　4、生物質(zhì)燃料總量十分豐富&#160; </p><p>　　根據(jù)生物學(xué)家估算,地球陸地每年生產(chǎn)1000～1250億噸生物質(zhì);海洋每年生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠遠超過全世界總能源需求量,相當于目前世界總能耗的10倍。 </p><p>　?。ǘ┌l(fā)展

5、生物質(zhì)能意義 </p><p>　　生物質(zhì)能源的開發(fā)利用早已引起世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注。國外生物質(zhì)能研究開發(fā)工作主要集中于氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等方面。許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等發(fā)展計劃。其它諸如加拿大、丹麥、荷蘭、德國、法國、芬蘭等國，多年來一直在進行各自的研究與開發(fā)，并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開發(fā)體系，擁

6、有各自的技術(shù)優(yōu)勢。&#160; </p><p>　　我國生物質(zhì)能研究開發(fā)工作，起步較晚。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，開始重視生物質(zhì)能利用研究工作，從八十年代起，將生物質(zhì)能研究開發(fā)列入國家攻關(guān)計劃，并投入大量的財力和人力。已經(jīng)建立起一支專業(yè)研究開發(fā)隊伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我國的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)。生物質(zhì)能是一個重要的能源，預(yù)計到下世紀，世界能源消費的40%來自生物質(zhì)能，我國農(nóng)村能源的70%是生物質(zhì)，我

7、國有豐富的生物質(zhì)能資源，僅農(nóng)村秸桿每年總量達6億多噸。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，環(huán)境保護意識的加強，對生物質(zhì)能的合理、高效開發(fā)利用，必然愈來愈受到人們的重視。因此，科學(xué)地利用生物質(zhì)能，加強其應(yīng)用技術(shù)的研究，具有十分重要的意義。&#160; </p><p>　　二、生物質(zhì)能發(fā)電工藝&#160; </p><p>　　生物質(zhì)鍋爐是將生物質(zhì)直接作為燃料燃燒,將燃燒產(chǎn)生

8、的能量用于發(fā)電。當今用于發(fā)電的生物質(zhì)鍋爐主要包括流化床生物質(zhì)鍋爐和層燃鍋爐。 </p><p>　?。ㄒ唬┝骰踩紵夹g(shù) </p><p>　　流化床燃燒與普通燃燒最大的區(qū)別在于燃料顆粒燃燒時的狀態(tài),流化床顆粒是處于流態(tài)化的燃燒反應(yīng)和熱交換過程。生物質(zhì)燃料水分比較高,采用流化床技術(shù),有利于生物質(zhì)的完全燃燒,提高鍋爐熱效率。生物質(zhì)流化床可以采用砂子、燃煤爐渣等作為流化介質(zhì),形成蓄熱量大、溫度

9、高的密相床層,為高水分、低熱值的生物質(zhì)提供優(yōu)越的著火條件,依靠床層內(nèi)劇烈的傳熱傳質(zhì)過程和燃料在床內(nèi)較長的停留時間,使難以燃盡的生物質(zhì)充分燃盡。另外,流化床鍋爐能夠維持在 850℃穩(wěn)定燃燒，可以有效遏制生物質(zhì)燃料燃燒中的沾污與腐蝕等問題，且該溫度范圍燃燒NOx排放較低,具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。但是,流化床對入爐燃料顆粒尺寸要求嚴格,因此需對生物質(zhì)進行篩選、干燥、粉碎等一系列預(yù)處理,使其尺寸、狀況均一化,以保證生物質(zhì)燃料的正常流化。對

10、于類似稻殼、木屑等比重較小、結(jié)構(gòu)松散、蓄熱能力比較差的生物質(zhì),就必須不斷地添加石英砂等以維持正常燃燒所需的蓄熱床料,燃燒后產(chǎn)生的生物質(zhì)飛灰較硬,容易磨損鍋爐受熱面。此外,在燃用生物質(zhì)的流化床鍋爐中發(fā)現(xiàn)嚴重的結(jié)塊現(xiàn)象，其形成的主要原因是生物質(zhì)本身含有的鉀、鈉等堿金屬元素與床料(通常是石英砂)發(fā)生反應(yīng)，形成K20·</p><p>　?。ǘ尤既紵夹g(shù) </p><p>　　層燃燃

11、燒是常見的燃燒方式,通常在燃燒過程中,沿著爐排上床層的高度分成不同的燃燒階段。層燃鍋爐的爐排主要有往復(fù)爐排、水冷振動爐排及鏈條爐排等。采用層燃技術(shù)開發(fā)生物質(zhì)能,鍋爐結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、投資與運行費用都相對較低。由于鍋爐的爐排面積較大,爐排速度可以調(diào)整,并且爐膛容積有足夠的懸浮空間,能延長生物質(zhì)在爐內(nèi)燃燒的停留時間,有利于生物質(zhì)燃料的充分完全燃燒。但層燃鍋爐的爐內(nèi)溫度很高,可以達到1000℃以上,灰熔點較低的生物質(zhì)燃料很容易結(jié)渣。同時,在

12、燃燒過程中需要補充大量的空氣,對鍋爐配風(fēng)的要求比較高,難以保證生物質(zhì)燃料的充分燃燒,從而影響鍋爐的燃燒效率。 </p><p>　　三、國內(nèi)外生物質(zhì)鍋爐的開發(fā)及應(yīng)用 </p><p>　　生物質(zhì)發(fā)電在發(fā)達國家己受到廣泛重視，在奧地利、丹麥、芬蘭、法國、挪威、瑞典等歐洲國家和北美，生物質(zhì)能在總能源消耗中所占的比例增加相當迅速。 </p><p>　?。ㄒ唬﹪馍镔|(zhì)鍋

13、爐的開發(fā)及應(yīng)用 </p><p>　　生物質(zhì)鍋爐的技術(shù)研究工作最早在北歐一些國家得到重視，隨焉在美國也開展了大量研究開發(fā)，近幾年由于環(huán)境保護要求日益嚴格和能源短缺，我國生物質(zhì)燃燒鍋爐的研制工作也取得了進展。生物質(zhì) </p><p>　　燃料鍋爐國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀示于表1。 </p><p>　　美國在20世紀30年代就開始研究壓縮成型燃料技術(shù)及燃燒技術(shù)，并研制了螺旋壓縮

14、機及相應(yīng)的燃燒設(shè)備；日本在20世紀30年代開始研究機械活塞式成型技術(shù)處理木材廢棄物，1954年研制成棒狀燃料成型機及相關(guān)的燃燒設(shè)備；70年代后期，西歐許多國家如芬蘭、比利時、法國、德國、意大利等國家也開始重視壓縮成型技術(shù)及燃燒技術(shù)的研究，各國先后有了各類成型機及配套的燃燒設(shè)備。 </p><p>　　丹麥BWE公司秸桿直接燃燒技術(shù)的鍋爐采用振動水冷爐排，自然循環(huán)的汽包鍋爐，過熱器分兩級布置在煙道中，煙道尾部布置省

15、煤器和空氣預(yù)熱器。位于加拿大威廉斯湖的生物質(zhì)電廠以當?shù)氐膹U木料為燃料，鍋爐采用設(shè)有BW“燃燒控制區(qū)”的雙拱形設(shè)計和底特律爐排廠生產(chǎn)的DSH水冷振動爐排，使燃料燃燒完全，也有效地降低了煙氣的顆粒物排放量。同時，還在爐膛頂部引入熱空氣，從而在燃燒物向上運動后被再次誘入渾濁狀態(tài)，使固體顆粒充分燃燒，提高熱效率，減少附帶物及煙氣排放量。流化床技術(shù)以德國KARLBAY公司的低倍率差速床循環(huán)流化床生物質(zhì)燃燒鍋爐為代表。該鍋爐的特點主要體現(xiàn)在燃燒技術(shù)

16、上。高低差速燃燒技術(shù)的要點是改變現(xiàn)有常規(guī)流化床單一流化床，而采用不同流化風(fēng)速的多層床“差速流化床結(jié)構(gòu)”。瑞典也有以樹枝、樹葉等作為大型流化床鍋爐的燃料加以利用的實例。國內(nèi)無錫鍋爐廠、杭州鍋爐廠、濟南鍋爐廠等都有燃用生物質(zhì)的流化床鍋爐。 </p><p>　?。ǘ┪覈镔|(zhì)鍋爐的開發(fā)及應(yīng)用 </p><p>　　我國生物質(zhì)成型燃料技術(shù)在20世紀80年代中期開始，目前生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)已達

17、到了一定的工業(yè)化規(guī)模。成型燃料目前主要用于各種類型的家庭取暖爐(包括壁爐)、小型熱水鍋爐、熱風(fēng)爐，燃燒方式主要為固定爐排層燃爐。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)副研制出雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐，該燃燒設(shè)備采用雙層爐排結(jié)構(gòu)，雙層爐排的上爐門常開，作為燃料與空氣進口；中爐門于調(diào)整下爐排上燃料的燃燒和清除灰渣，僅在點火及清渣時打開；下爐門用于排灰及供給少量空氣。上爐排以上的空間相當于風(fēng)室，上下爐排之間的空間為爐膛，其后墻上設(shè)有煙氣出口。這種燃燒方式，實現(xiàn)了生物

18、質(zhì)成型燃料的分步燃燒，緩解生物質(zhì)燃燒速度，達到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質(zhì)成型燃料穩(wěn)定、持續(xù)、完全燃燒，起到了消煙除塵作用。20世紀80年代末，我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)與長沙鍋爐廠等鍋爐制造企業(yè)合作，研制了多臺生物質(zhì)流化床鍋爐，可燃燒甘蔗渣、稻殼、碎木屑等多種生物質(zhì)燃料，鍋爐出力充分，低負荷運行穩(wěn)定，熱效率高達80％以上。浙江大學(xué)等也開展了相關(guān)研究工作。下面介紹兩種國產(chǎn)的代表性鍋爐。 </p><p>　　1、無錫華

19、光鍋爐股份有限公司 </p><p>　　鍋爐為單鍋筒、集中下降管、自然循環(huán)、四回程布置燃秸稈爐。爐膛采用膜式水冷壁,爐底布置為水冷振動爐排。在冷卻室和過熱器室分別布置了高溫過熱器、中溫過熱器和低溫過熱器。尾部采用光管式省煤器及管式空氣預(yù)熱器。爐膛、冷卻室和過熱器室四周全為膜式水冷壁,為懸吊結(jié)構(gòu)。鍋筒中心線標高為32100m。鍋爐按半露天。布置進行設(shè)計。 </p><p>　　2、濟南鍋爐

20、集團有限公司 </p><p>　　濟南鍋爐集團有限公司在采用丹麥BWE技術(shù)生產(chǎn)生物質(zhì)鍋爐的同時,也開發(fā)出循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐,其燃料主要為生物質(zhì)顆粒。其燃料主要通過機械壓縮成型,一般不需添加劑,其顆粒密度可達到1～017t/m3,這樣就解決了生物質(zhì)散料因密度低造成的燃料運輸量大的問題。但顆粒燃料的生產(chǎn)電耗高,一般每生產(chǎn)1t顆粒燃料需耗電30～ </p><p>　　55kW,因而成本較高

21、,大約在300元/t。循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)一般需添加粘土、石英沙等作為底料已輔助燃燒。由于燃料呈顆粒狀,因而上料系統(tǒng)同輸煤系統(tǒng)一致,很適于中小型燃煤熱電廠的生物質(zhì)改造工程,在國家關(guān)停中小型燃煤(油)火力熱電政策和鼓勵生物質(zhì)能開發(fā)政策下有廣闊的市場前景。 </p><p>　　四、我國生物質(zhì)直燃發(fā)電政策 </p><p>　　我國具有豐富的新能源和可再生能源資源，近幾年在生物質(zhì)能開發(fā)利用方面取

22、得了一些成績。2005年2月28日通過了《可再生能源法》，其中明確指出“國家鼓勵和支持可再生能源并網(wǎng)發(fā)電”，它的頒布和實施為我國可再生能源的發(fā)展提供了法律保證和發(fā)展根基。隨后，與之配套的一系列法律、法規(guī)、政策等陸續(xù)出臺，如《可再生能源發(fā)電有關(guān)管理規(guī)定》(發(fā)改能源[2006]13號)、《可再生能源發(fā)電價 </p><p>　　格和費用分攤管理試行辦法》(發(fā)改價格[2006]7號)、《可再生能源電價附加收入調(diào)配暫行辦

23、法》(發(fā)改價格[2007]44號)、《關(guān)于2006年度可再生能源電價補貼和配額交易方案的通知》(發(fā)改價格[2007] </p><p>　　2446號)、《關(guān)于2007年1—9月可再生能源電價附加補貼和配額交易方案的通知》(發(fā)改價格[2008]640號)等的發(fā)布。與此同時，國務(wù)院有關(guān)部門也相繼發(fā)布了涉及生物質(zhì)能的中長期發(fā)展規(guī)劃，生物質(zhì)能的政策框架和目標體系基本形成。2012年科技部日前就《生物質(zhì)能源科技發(fā)展&qu

24、ot;十二五 "重點專項規(guī)劃》、《生物基材料產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展"十二五"專項規(guī)劃》、《生物種業(yè)科技發(fā)展"十二五"重點專項規(guī)劃》、《農(nóng)業(yè)生物藥物產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展"十二五"重點專項規(guī)劃》等公開征求意見。表示將建立政府引導(dǎo)和大型生物質(zhì)能源企業(yè)集團參與科技投入機制，推進后補助支持方式向生物質(zhì)能源科技創(chuàng)新傾斜，形成政府引導(dǎo)下的多渠道投融資機制。這些政策的出臺為生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在我國的推廣利

25、用提供了有力的保障。 </p><p>　　四、高效潔凈生物質(zhì)鍋爐的開發(fā)應(yīng)用建議 </p><p>　?。ㄒ唬┲攸c開發(fā)適用于秸稈捆燒的燃燒設(shè)備 </p><p>　　目前對生物質(zhì)直接燃燒的研究，比較多地集中在生物質(zhì)燃燒特性、燃燒方法和燃燒技術(shù)等方面，而對各種燃燒技術(shù)的經(jīng)濟性研究較少，更缺乏對不同燃燒方法、燃燒技術(shù)經(jīng)濟性的比較分析。實際上，由于生物質(zhì)(尤其是農(nóng)作物秸稈

26、)原料來源地分散，收集、運輸、貯存都需要一定的成本，有些燃燒技術(shù)需先對生物質(zhì)燃料進行干燥、破碎等前期加工處理，真正適用的、值得推廣的是能源化利用總成本最低、從收集到燃燒前期加工處理過程耗能最少、對環(huán)境影響最小的技術(shù)。例如，對于秸稈類生物質(zhì)，捆燒將會是最有市場競爭力的燃燒方法，所以，應(yīng)針對我國農(nóng)村耕種集約化程度較低的現(xiàn)狀，開發(fā)各種秸稈的小型打捆機械，并重點開發(fā)適用于秸稈捆燒的燃燒設(shè)備。農(nóng)林加工剩余物(如甘蔗渣、稻殼、廢木料等)則宜就地或就

27、近燃燒利用，如剩余物數(shù)量較大且能常年保證供應(yīng)，則可作為熱能中心或熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐燃料，熱電聯(lián)產(chǎn)的鍋爐型式應(yīng)優(yōu)先采用循環(huán)流化床鍋爐，數(shù)量較少或不能保證常年供應(yīng)的，則可采用能與煤混燒的燃燒設(shè)備。 </p><p>　?。ǘ┘哟罂萍贾瘟Χ?加強產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,突破關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備的制約 </p><p>　　加大科技支撐力度,盡快將生物質(zhì)能源的研究開發(fā)納入重大專項,開發(fā)低成本非糧原料生產(chǎn)燃料乙醇和

28、高效酶水解及高效發(fā)酵工藝,研究可適用不同原料、節(jié)能環(huán)保的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物柴油綠色合成工藝,開發(fā)適宜中國不同區(qū)域特點的高效收集秸稈資源、發(fā)展成型燃料的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)與裝備。 </p><p>　?。ㄈ┳龊眉夹g(shù)方面控制 </p><p>　　生物質(zhì)鍋爐的開發(fā)過程中應(yīng)當克服以下技術(shù)問題： </p><p>　　1、粉塵控制與防火防爆&#160; </p

29、><p>　　目前生物質(zhì)電廠的燃料儲運是在常壓下進行的，由于生物質(zhì)燃料自身的特點，在其粉碎過程中或者在運輸過程中出現(xiàn)落差的情況下，會產(chǎn)生大量的粉塵，導(dǎo)致了上料系統(tǒng)合鍋爐給料系統(tǒng)的粉塵含量高，粉塵濃度甚至進入爆炸極限范圍，存在極大的安全隱患。&#160; </p><p>　　針對這種情況，需要我們根據(jù)國內(nèi)燃料供應(yīng)情況，在燃料粉碎、運輸及上料環(huán)節(jié)上對生產(chǎn)工藝做相應(yīng)修改，如采用封閉式負壓儲

30、運；在落差較大的位置設(shè)置除塵裝置；增設(shè)粉塵濃度傳感器對粉塵進行實時監(jiān)測；保持料倉的通風(fēng)性良好，監(jiān)測并控制料倉的溫度、濕度。&#160; </p><p>　　2、燃料輸送系統(tǒng)的簡化&#160; </p><p>　　目前燃料輸送系統(tǒng)和鍋爐給料系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，工藝復(fù)雜，螺旋和斗式提升機經(jīng)常堵塞的現(xiàn)象。燃料輸送系統(tǒng)故障會導(dǎo)致爐前料倉斷料，不能滿足鍋爐負荷下的燃料供應(yīng)。&#

31、160; </p><p>　　為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，可以考慮改進現(xiàn)有的給料工藝，減少給料環(huán)節(jié)，不采用斗式提升機，改用棧橋、皮帶，直接將料倉的料輸送到爐前料倉。同時嚴格控制燃料濕度和粒度，防止燃料結(jié)團、纏繞，并改進自動化控制手段，保證輸料系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行。&#160; </p><p>　　3、結(jié)焦和腐蝕&#160; </p><p>　　生物質(zhì)燃料

32、的成分和煤粉存在極大差異，尤其灰分中含有大量堿金屬鹽，這些成分導(dǎo)致其灰熔點較煤粉的灰熔點低，容易產(chǎn)生沾污結(jié)焦和腐蝕。因而生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生結(jié)焦、腐蝕的工況參數(shù)與普通燃煤爐不同，應(yīng)該根據(jù)燃料性質(zhì)及燃燒特性的不同，對鍋爐及其輔助設(shè)備的工藝設(shè)計提出不同要求，并改進相關(guān)自動化控制使工藝運行環(huán)境符合現(xiàn)有設(shè)備要求。 </p><p>　　隨著國家大氣污染排放標準的提高，因重視對廢氣排放的控制，爐內(nèi)脫硫技術(shù)是控制空氣污染的有效方法

33、。循環(huán)流化床是我國燃煤發(fā)電重要的清潔煤技術(shù)。歷經(jīng)二十余年的發(fā)展，我國掌握了300MW亞臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計制造運行的系統(tǒng)技術(shù)，發(fā)展超臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)勢在必行。國家發(fā)改委自主研發(fā)超臨界600MWCFB鍋爐是當前技術(shù)的典范。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]劉強,段遠源,宋鴻偉.生物質(zhì)直燃有機朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱