燃生物质循环流化床锅炉课件

燃生物质循环流化床锅炉

可行性报告哈尔滨工业大学能源科学与工程学院能源与环境工程研究所别如山，杨励丹教授燃生物质循环流化床锅炉

可行性报告哈尔滨工业大学能源科学与11开发利用生物质能的意义

每年经过光合作用固定下来的生物质能约是全世界能源消耗的10倍。目前被人们利用的仅占1.0％。估计世界大陆上生物质的年产量为1011～1012吨干物质。我国农作物的秸杆每年约为5～6亿吨，折合标准煤约2～2.4亿吨，森林每年可提供9000万吨薪柴(年实际开发量约为1.8亿吨)。林业加工过程生产的边角废料每年约为2400万立方米，折合标准煤150万吨。稻谷年产量约200兆吨，可获得稻壳约40兆吨，折合标准煤约20兆吨。1开发利用生物质能的意义每年经过光合作用固定下来的生物质2我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要3亿吨标准煤，占全国能耗的30％，而这些能源的80％左右是由生物质能提供的。由于生物质能是可再生能源，开发利用生物质能具有广阔的前景。生物质能的利用之所以受到世界各国的高度重视，还因为生物质是一种清洁燃料。生物质含硫量低，含氮量不高，燃烧后NOx和SO2的含量很低；生物质中灰分一般也很小，所以充分燃烧后烟尘含量极低。生物质燃烧过程具有二氧化碳零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。

我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要3亿吨标准煤，占全32美国生物质燃料的利用

美国目前开发利用生物质能主要通过直接燃烧生物质产生蒸汽、电力。生物质原料主要为采伐业的枝桠等废弃物、不成材的树木、造纸和木材加工的废弃物以及稻壳、甘蔗渣等。在美国，采用流化床燃烧技术利用生物质能具有相当规模，如美国爱达荷能源产品公司已生产出燃生物质媒体流化床锅炉，蒸汽锅炉出力为4.5～50t/h，供热锅炉出力为1.06×107～1.32×108kJ/h。八十年代末，九十年代初，美国利用流化床燃烧技术开发大型燃废木循环流化床发电锅炉。2美国生物质燃料的利用美国目前开发利用生物质能主要通过直4例如，由美国CE公司生产的两台循环流化床锅炉，分别安装于Fresno和Rocklin，出力为100t/h，蒸汽压力为8.7MPa，过热蒸汽温度515℃，热功率78MW分别于1988、1989年投运。另外两台热功率为71MW的循环流化床燃废木料锅炉装在Mecca于1992年投运。目前美国已有近1000家燃木材电厂在运行，装机容量达6500MW。2000年以前生物质能（废木材、木屑、稻谷壳和甘蔗渣等可燃生物燃料）发电总装机容量达12000MW。

例如，由美国CE公司生产的两台循环流化床锅炉，分别安装于Fr5表1美国燃生物燃料的发电站（1989年资料）

装置台数装机容量MWe州名独立的联产的独立的联产的总量亚拉巴马0150375375亚利桑那2045045加利福尼亚6430736255991康涅狄格4315514169特拉华1013013佛罗里达1215314474788佐治亚0503636夏威夷21370129199爱达荷160.2116116伊利诺伊01022印地安那0703636艾奥瓦21112.213堪萨斯142.41012肯塔基11111路易斯安那11211300311缅因42288704792马里兰2221494308马萨诸塞2938252290密歇根31378247325明尼苏达32363161224表1美国燃生物燃料的发电站（1989年资料）

装6续表1密西西比0100230230密苏里0206060蒙大拿21718340358新罕布什尔35156580新泽西2014014纽约1117154425579北卡罗来纳32760351411俄亥俄161790107俄克拉何马2181725俄勒冈32469185254宾夕法尼亚090144144南卡罗来纳113494695田纳西21264349得克萨斯192146148犹他0102020佛蒙特5380218298弗吉尼亚090136136华盛顿31172120192威斯康星5955117172总计149367245959628421续表1密西西比0100230230密苏里0206060蒙大拿73瑞典生物质燃料的利用

瑞典是高度发达的工业化国家，但由于煤、石油资源贫乏，能源主要依赖进口石油。但瑞典森林资源丰富，森林覆盖率达58%，为了利用本国资源，减少石油进口，瑞典非常重视生物质能的开发利用。生物质能的利用量已占全国总能耗的16.1％，达到55亿KWh，其中的相当部分就是将树枝、树叶、树皮、森林废弃物、锯木屑和泥炭等运送到热电厂，在大型流化床锅炉中燃烧而得以利用的，尽管这些锅炉的含水量有时高达50～60％，但锅炉的热效率仍可达到80％。3瑞典生物质燃料的利用瑞典是高度发达的工业化国家，但由于84丹麦生物质燃料的利用丹麦为了减少二氧化碳的排放，计划每年燃烧700万吨干草，八万吨木屑，采用循环流化床锅炉，将干草与煤以60%：40%的比例送入炉内燃烧。锅炉参数为：出力为100t/h，蒸汽压力为9.0MPa，过热蒸汽温度490℃，热功率80MW。4丹麦生物质燃料的利用丹麦为了减少二氧化碳的排放，计划每年95我国生物质燃料的利用从我国目前利用生物质能的状况看，由于直接燃烧生物质能占相当的比重，但燃烧设备落后，热效率很低，如农用柴灶炉热效率一般为10～20％，先进的柴灶炉热效率也仅在30％左右；现在以层燃方式燃生物质的锅炉数量很少，热效率也很低；生物质气化炉气化率低，所得的燃气热值不高等。因此提高这些锅炉、炉具的燃烧效率、热效率以及提高气化炉的气化率及燃气热值是急待解决的关键技术问题，对于节约能源有着极为重要的意义。5我国生物质燃料的利用从我国目前利用生物质能的状况看，由于106生物质燃烧方式的选择

植物的秸秆是一种生物废料,它具有生物废料(如木屑、椰子壳、棕榈须等)的一般特点，即水分很高、灰分极小、挥发份很高、发热值偏低。燃烧过程中的烧结问题必需针对作物种类认真解决。固体燃料有三种燃烧方式可供选择:（1）粉状燃烧(2)层状燃烧(3)流化床燃烧。采用粉状燃烧时,首先应将其制成粉末,由于生物废料是非脆性材料,磨制时易生成纤维团而不是粉状,而且需要预先干燥,而干燥高水分的秸秆要消耗大量的热，这样使锅炉结构、燃料准备系统复杂化，经济性不高。6生物质燃烧方式的选择植物的秸秆是一种生物废料,它11采用层状燃烧时,由于水分高,干燥及预热过程需时较长,在链条炉上将使着火迟延,一但它燃尽后,由于灰分很少,不能在炉排上形成一层灰保护层，容易造成尾部炉排烧坏。循环流化床是燃烧生物废料的最佳选择,在流化床中,床料具有很高的热容量,给生物废料提供充分的预热及干燥热源,对水分达50％左右的燃料,可以稳定地着火燃烧,由于灰分低，燃尽的残留物不足以形成床料,因此需采用媒体流化床。采用层状燃烧时,由于水分高,干燥及预热过程需时较长,在127哈工大在生物质能利用方面的研究成果

哈尔滨工业大学从八十年代末期开始研究采用流化床燃烧技术开发利用生物质能。已完成生物质媒体流化床流化特性的研究；生物质在燃烧过程中产生烧结现象的研究；提高燃烧效率的研究；燃生物质媒体流化床锅炉结构的研究；生物质气化后燃气的热值及燃气产率的研究；生物废料燃气热力联产关键技术的研究，糠醛渣（玉米芯）的燃烧试验研究等。7哈工大在生物质能利用方面的研究成果138

哈工大生物质废料系列流化床锅炉1、先后研制开发了4、10、12.5、14t/h燃稻谷壳、废木与木屑、甘蔗渣及棕榈空果穗等生物废料流化床锅炉10余台。其中两台12.5t/h燃甘蔗渣锅炉经德国BAY公司于1992年出口泰国；一台4t/h燃稻壳锅炉于1994年出口泰国；一台14t/h燃棕榈空果穗流化床锅炉于1997年出口马来西亚，98年10月顺利投运；一台4t/h燃木屑流化床锅炉于1998年出口西非加纳。研制的产品进入国际市场，深受用户好评。

8哈工大生物质废料系列流化床锅炉1、先后研制开发了4、10142、三台10t/h燃废木与木屑流化床锅炉(设计参数为：锅炉蒸发量D=10t/h；工作压力P=1.25MPa；过热蒸汽温度t"=350℃；设计效率η=80.86%)，装在大连金州外资企业常荣、常盛合板有限公司于1992年春投运。经测试，燃烧效率达99％，锅炉热效率达83.8％，这两个主要技术指标已达到国际先进水平。多年来为企业节约了大量能源，创造了很高的经济效益，用户十分满意。该锅炉1996年被国家经贸委列为国家级重点新产品，97年1月获得国家专利，1998年12月获得中国航天工业总公司部级科技进步二等奖。

2、三台10t/h燃废木与木屑流化床锅炉(设计参数为：锅炉蒸153、某厂与哈工大合作研发的35t/h、75t/h燃糠醛渣（玉米芯）循环流化床锅炉已运行2年多，效果良好。以烧糠醛渣为主，辅助燃烧部分煤，从而达到满负荷运行。3、某厂与哈工大合作研发的35t/h、75t/h燃糠醛渣（玉16表2哈工大研制的燃生物废料流化床锅炉表1哈工大4~75t/h燃生物废料流化床锅炉序号安装地点容量台数燃料投运或设计年份1泰国坤敬糖厂12.5t/h2甘蔗渣1992投运2大连常荣常盛合板有限公司(外资企业)10t/h/350℃3燃废木及木屑1992投运3衡阳西合国家粮库4t/h1稻壳1993投运4泰国曼谷兴裕集成泰火礱有限公司4t/h1稻壳1994投运5辽宁抚顺实验林厂4t/h1燃废木及木屑1996投运6马来西亚、恩纳社节能技术公司14/2.5MPa1棕榈空果穗1998年10月投运7非洲、加纳共和国加纳奴洛肯特公司4t/h1燃废木及木屑1998年7月投运8辽宁省清原县弯甸子镇实验林场4t/h1燃废木及木屑9某省35t/h/450℃/3.82MPa1糠醛渣与煤混烧糠醛渣与煤混烧2002年10月投运10某省75t/h/450℃/3.82MPa12003年12月投运表2哈工大研制的燃生物废料流化床锅炉表1哈工大4~75t179哈工大生物质废料流化床锅炉关键技术1.采用媒体流化床流化床是燃烧生物废料的最佳选择,在流化床中,床料具有很高的热容，给生物质燃料提供充分的预热及干燥热源,对水分达50％～60%左右的燃料,可以稳定地着火燃烧,由于灰分低燃尽的残留物不足以形成床料,因此需用细砂作媒体床料，以保证形成稳定的密相区料层。2.采用稀相区强旋转切向二次风由于生物质废料的挥发份很高，密度小，因而大量的可燃气体和细粒子易被夹带进入稀相区，需要与空气及时混合。为此在稀相区下方设置高速喷入的切向旋转二次风，形成强烈旋转上升气流，延长气体和细小颗粒在炉内停留时间，加强可燃气体和二次风的强烈混合，提高燃烧效率。9哈工大生物质废料流化床锅炉关键技术1.采用媒体流化床183.采用立式或卧室旋风分离器在稀相区后设置立式或卧式旋风分离器，将飞灰分离下来，送入炉内进一步燃尽，提高燃烧效率。4.采用了取得国家专利的风力给料装置将我取得的此项专利用于4、10、12.5、14t/h燃生物质流化床锅炉上，对播散燃料，使其均匀分散在床层表面，及时补充给料口附近燃料燃烧所需的确空气等方面都起到至关重要的作用，使锅炉对燃料的粒度组成，水份的变化具有较强的适应性，运行结果证明效果良好。5.燃料适应性

我们对布风系统、密相区受热面、辅机选型等方面对燃料适应性都有考虑。使燃生物质流化床锅炉可与煤、生物质混烧，或单独烧任一种燃料。3.采用立式或卧室旋风分离器1910哈工大生物质废料流化床锅炉获奖、专利10哈工大生物质废料流化床锅炉获奖、专利20燃生物质循环流化床锅炉课件2112社会效益和经济效益

社会效益：燃生物质流化床锅炉，可大量减少SO2及烟尘对大气的污染，并具有“零排放”的特点，在保护环境方面有着不可估量的现实意义，另一方面，生物质是可再生能源，只要太阳还存在，就不会枯竭。因此被认为是清洁，很有前途的新能源。经济效益：到目前为止，我们已有四种型号10余台燃生物废料流化床锅炉进入国际市场，为国家出口创汇。以装在大连外资企业的3台SHF10-1.25/350-M燃废木与木屑流化床锅炉为例，经济效益非常显著，表现在（1）每年节省环保罚款10万元/台，12年三台节省环保费用近360万元(以前采用层燃炉烧板厂废料，出现锅炉冒黑烟，环保每年每台罚款10万元)；（2）原来以层燃方式燃烧，锅炉热效率只有40%，采用流化床锅炉效率可达83.8%，节约了大量能源；（3）锅炉性能好，保证用户大批量连续生产的需要，大大提高了生产效率。从原来日产3000张合板，提高到日产12000张，使用户的经济效益大大提高。

12社会效益和经济效益社会效益：燃生物质流化床锅炉，可大22燃生物质循环流化床锅炉

可行性报告哈尔滨工业大学能源科学与工程学院能源与环境工程研究所别如山，杨励丹教授燃生物质循环流化床锅炉

可行性报告哈尔滨工业大学能源科学与231开发利用生物质能的意义

每年经过光合作用固定下来的生物质能约是全世界能源消耗的10倍。目前被人们利用的仅占1.0％。估计世界大陆上生物质的年产量为1011～1012吨干物质。我国农作物的秸杆每年约为5～6亿吨，折合标准煤约2～2.4亿吨，森林每年可提供9000万吨薪柴(年实际开发量约为1.8亿吨)。林业加工过程生产的边角废料每年约为2400万立方米，折合标准煤150万吨。稻谷年产量约200兆吨，可获得稻壳约40兆吨，折合标准煤约20兆吨。1开发利用生物质能的意义每年经过光合作用固定下来的生物质24我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要3亿吨标准煤，占全国能耗的30％，而这些能源的80％左右是由生物质能提供的。由于生物质能是可再生能源，开发利用生物质能具有广阔的前景。生物质能的利用之所以受到世界各国的高度重视，还因为生物质是一种清洁燃料。生物质含硫量低，含氮量不高，燃烧后NOx和SO2的含量很低；生物质中灰分一般也很小，所以充分燃烧后烟尘含量极低。生物质燃烧过程具有二氧化碳零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。

我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要3亿吨标准煤，占全252美国生物质燃料的利用

美国目前开发利用生物质能主要通过直接燃烧生物质产生蒸汽、电力。生物质原料主要为采伐业的枝桠等废弃物、不成材的树木、造纸和木材加工的废弃物以及稻壳、甘蔗渣等。在美国，采用流化床燃烧技术利用生物质能具有相当规模，如美国爱达荷能源产品公司已生产出燃生物质媒体流化床锅炉，蒸汽锅炉出力为4.5～50t/h，供热锅炉出力为1.06×107～1.32×108kJ/h。八十年代末，九十年代初，美国利用流化床燃烧技术开发大型燃废木循环流化床发电锅炉。2美国生物质燃料的利用美国目前开发利用生物质能主要通过直26例如，由美国CE公司生产的两台循环流化床锅炉，分别安装于Fresno和Rocklin，出力为100t/h，蒸汽压力为8.7MPa，过热蒸汽温度515℃，热功率78MW分别于1988、1989年投运。另外两台热功率为71MW的循环流化床燃废木料锅炉装在Mecca于1992年投运。目前美国已有近1000家燃木材电厂在运行，装机容量达6500MW。2000年以前生物质能（废木材、木屑、稻谷壳和甘蔗渣等可燃生物燃料）发电总装机容量达12000MW。

例如，由美国CE公司生产的两台循环流化床锅炉，分别安装于Fr27表1美国燃生物燃料的发电站（1989年资料）

装置台数装机容量MWe州名独立的联产的独立的联产的总量亚拉巴马0150375375亚利桑那2045045加利福尼亚6430736255991康涅狄格4315514169特拉华1013013佛罗里达1215314474788佐治亚0503636夏威夷21370129199爱达荷160.2116116伊利诺伊01022印地安那0703636艾奥瓦21112.213堪萨斯142.41012肯塔基11111路易斯安那11211300311缅因42288704792马里兰2221494308马萨诸塞2938252290密歇根31378247325明尼苏达32363161224表1美国燃生物燃料的发电站（1989年资料）

装28续表1密西西比0100230230密苏里0206060蒙大拿21718340358新罕布什尔35156580新泽西2014014纽约1117154425579北卡罗来纳32760351411俄亥俄161790107俄克拉何马2181725俄勒冈32469185254宾夕法尼亚090144144南卡罗来纳113494695田纳西21264349得克萨斯192146148犹他0102020佛蒙特5380218298弗吉尼亚090136136华盛顿31172120192威斯康星5955117172总计149367245959628421续表1密西西比0100230230密苏里0206060蒙大拿293瑞典生物质燃料的利用

瑞典是高度发达的工业化国家，但由于煤、石油资源贫乏，能源主要依赖进口石油。但瑞典森林资源丰富，森林覆盖率达58%，为了利用本国资源，减少石油进口，瑞典非常重视生物质能的开发利用。生物质能的利用量已占全国总能耗的16.1％，达到55亿KWh，其中的相当部分就是将树枝、树叶、树皮、森林废弃物、锯木屑和泥炭等运送到热电厂，在大型流化床锅炉中燃烧而得以利用的，尽管这些锅炉的含水量有时高达50～60％，但锅炉的热效率仍可达到80％。3瑞典生物质燃料的利用瑞典是高度发达的工业化国家，但由于304丹麦生物质燃料的利用丹麦为了减少二氧化碳的排放，计划每年燃烧700万吨干草，八万吨木屑，采用循环流化床锅炉，将干草与煤以60%：40%的比例送入炉内燃烧。锅炉参数为：出力为100t/h，蒸汽压力为9.0MPa，过热蒸汽温度490℃，热功率80MW。4丹麦生物质燃料的利用丹麦为了减少二氧化碳的排放，计划每年315我国生物质燃料的利用从我国目前利用生物质能的状况看，由于直接燃烧生物质能占相当的比重，但燃烧设备落后，热效率很低，如农用柴灶炉热效率一般为10～20％，先进的柴灶炉热效率也仅在30％左右；现在以层燃方式燃生物质的锅炉数量很少，热效率也很低；生物质气化炉气化率低，所得的燃气热值不高等。因此提高这些锅炉、炉具的燃烧效率、热效率以及提高气化炉的气化率及燃气热值是急待解决的关键技术问题，对于节约能源有着极为重要的意义。5我国生物质燃料的利用从我国目前利用生物质能的状况看，由于326生物质燃烧方式的选择

植物的秸秆是一种生物废料,它具有生物废料(如木屑、椰子壳、棕榈须等)的一般特点，即水分很高、灰分极小、挥发份很高、发热值偏低。燃烧过程中的烧结问题必需针对作物种类认真解决。固体燃料有三种燃烧方式可供选择:（1）粉状燃烧(2)层状燃烧(3)流化床燃烧。采用粉状燃烧时,首先应将其制成粉末,由于生物废料是非脆性材料,磨制时易生成纤维团而不是粉状,而且需要预先干燥,而干燥高水分的秸秆要消耗大量的热，这样使锅炉结构、燃料准备系统复杂化，经济性不高。6生物质燃烧方式的选择植物的秸秆是一种生物废料,它33采用层状燃烧时,由于水分高,干燥及预热过程需时较长,在链条炉上将使着火迟延,一但它燃尽后,由于灰分很少,不能在炉排上形成一层灰保护层，容易造成尾部炉排烧坏。循环流化床是燃烧生物废料的最佳选择,在流化床中,床料具有很高的热容量,给生物废料提供充分的预热及干燥热源,对水分达50％左右的燃料,可以稳定地着火燃烧,由于灰分低，燃尽的残留物不足以形成床料,因此需采用媒体流化床。采用层状燃烧时,由于水分高,干燥及预热过程需时较长,在347哈工大在生物质能利用方面的研究成果

哈尔滨工业大学从八十年代末期开始研究采用流化床燃烧技术开发利用生物质能。已完成生物质媒体流化床流化特性的研究；生物质在燃烧过程中产生烧结现象的研究；提高燃烧效率的研究；燃生物质媒体流化床锅炉结构的研究；生物质气化后燃气的热值及燃气产率的研究；生物废料燃气热力联产关键技术的研究，糠醛渣（玉米芯）的燃烧试验研究等。7哈工大在生物质能利用方面的研究成果358

哈工大生物质废料系列流化床锅炉1、先后研制开发了4、10、12.5、14t/h燃稻谷壳、废木与木屑、甘蔗渣及棕榈空果穗等生物废料流化床锅炉10余台。其中两台12.5t/h燃甘蔗渣锅炉经德国BAY公司于1992年出口泰国；一台4t/h燃稻壳锅炉于1994年出口泰国；一台14t/h燃棕榈空果穗流化床锅炉于1997年出口马来西亚，98年10月顺利投运；一台4t/h燃木屑流化床锅炉于1998年出口西非加纳。研制的产品进入国际市场，深受用户好评。

8哈工大生物质废料系列流化床锅炉1、先后研制开发了4、10362、三台10t/h燃废木与木屑流化床锅炉(设计参数为：锅炉蒸发量D=10t/h；工作压力P=1.25MPa；过热蒸汽温度t"=350℃；设计效率η=80.86%)，装在大连金州外资企业常荣、常盛合板有限公司于1992年春投运。经测试，燃烧效率达99％，锅炉热效率达83.8％，这两个主要技术指标已达到国际先进水平。多年来为企业节约了大量能源，创造了很高的经济效益，用户十分满意。该锅炉1996年被国家经贸委列为国家级重点新产品，97年1月获得国家专利，1998年12月获得中国航天工业总公司部级科技进步二等奖。

2、三台10t/h燃废木与木屑流化床锅炉(设计参数为：锅炉蒸373、某厂与哈工大合作研发的35t/h、75t/h燃糠醛渣（玉米芯）循环流化床锅炉已运行2年多，效果良好。以烧糠醛渣为主，辅助燃烧部分煤，从而达到满负荷运行。3、某厂与哈工大合作研发的35t/h、75t/h燃糠醛渣（玉38表2哈工大研制的燃生物废料流化床锅炉表1哈工大4~75t/h燃生物废料流化床锅炉序号安装地点容量台数燃料投运或设计年份1泰国坤敬糖厂12.5t/h2甘蔗渣1992投运2大连常荣常盛合板有限公司(外资企业)10t/h/350℃3燃废木及木屑1992投运3衡阳西合国家粮库4t/h1稻壳1993投运4泰国曼谷兴裕集成泰火礱有限公司4t/h1稻壳1994投运5辽宁抚顺实验林厂4t/h1燃废木及木屑1996投运6马来西亚、恩纳社节能技术公司14/2.5MPa1棕榈空果穗1998年10月投运7非洲、加纳共和国加纳奴洛肯特公司4t/h1燃废木及木屑1998年7月投运8辽宁省清原县弯甸子镇实验林场4t/h1燃废木及木屑9某省35t/h/450℃/3.82MPa1糠醛渣与煤混烧糠醛渣与煤混烧2002年10月投运10某省75t/h/450℃/3.82MPa12003年12月投运表2哈工大研制的燃生物废料流化床锅炉表1哈工大4~75t399哈工大生物质废料流化床锅炉关键技术1.采用媒体流化床流化床是燃烧生物废料的最佳选择,在流化床中