第五章 生物质直接燃烧技术

生物质燃烧原理传统炉灶及其改进生物质直接发电章生物质直接燃烧技术

2021/6/2712021/6/272第一节生物质燃烧原理一、生物质燃料特性2021/6/273与煤炭相比，生物质燃料主要有以下差别：（1）含碳量少，含固定碳少（2）含氧量多，含水分多（3）挥发分含量多（4）密度小（5）含硫量低2021/6/274二、生物质燃料的燃烧过程1、燃烧各阶段分析生物质燃料的燃烧过程是强烈的放热化学反应。燃烧过程是燃料和空气间的传热、传质过程。发生燃烧的前提条件是要有足够的热量供给和适当的空气供应。2021/6/2752021/6/276燃烧各个阶段：（1）预热阶段（2）干燥阶段（3）挥发分析出燃烧阶段（4）焦炭燃烧阶段以上燃烧各过程可以分为：吸热反应（预热、干燥和挥发分析出）和放热反应。2021/6/277因参与吸热反应的柴草和参与放热反应的柴草并未直接接触，这使得柴草的吸热只能依靠火焰和炉膛内壁的辐射。另外，可将空气分为一次空气和二次空气。一般，从炉灶底部供应的空气称为一次空气。，而为了让挥发分尽可能地充分燃烧所额外提供的空气称为二次空气。2021/6/2782、燃烧过程的温度控制技术首先，燃烧过程主要发生的为碳的燃烧：C+O2===CO2+405.8KJ生成的二氧化碳在氧气供应不足的情况下与空气中的碳颗粒发生吸热反应，从而降低温度：CO2+C===2CO-160.7KJ水蒸气与碳也会发生吸热反应：H2O+C===CO+H-126.7KJ2021/6/279三、燃烧过程的部分计算问题1、空气供给量计算生物质燃料中含磷量极少，而钾常以氧化钾的形式存在，在忽略不计的情况下，则单位质量燃料的理论需要空气量可按下式计算：V0=0.889Cy+0.4256Hy+0.0333（Sy-Oy）V0为单位质量燃料理论需要空气的体积（标准状态下），m3/Kg；Cy为燃料碳元素的应用基含量；Hy为燃料氢元素的应用基含量；Sy为燃料硫元素的应用基含量；Oy为燃料氧元素的应用基含量。2021/6/2710一般情况下，ɑ为1.7-3.0，最佳为2.0左右2021/6/27112021/6/27122、排烟量计算每千克燃料的实际烟气量可按下式计算：Vpy=0.1866(Cy+0.375Sy)+0.111Hy+0.012Wy+0.008Ny+(1.0161ɑpy-0.21)V0Vpy为每千克燃料的实际烟气量（标准状态下）Cy为燃料碳元素的应用基的含量；Sy为燃料硫元素的应用基含量；Hy为燃料氢元素的应用基含量；Wy为燃料水分的应用基含量；Ny为燃料氮元素的应用基含量。2021/6/27133、燃烧温度的计算2021/6/2714设想使燃料在理想条件下（没有散热损失和完全燃烧）时计算出来的燃烧温度称为“理论燃烧温度”，该数值用来评价燃料燃烧过程本身的程度，是通过进入和排出燃烧系统物质的热平衡来求得。2021/6/2715四、影响燃烧的主要因素1、温度在考虑到灰分熔化问题的前提下，应尽量提高反应温度。2、空气量燃料和空气供给决定着燃烧反应的进程。3、时间4、颗粒尺寸尽量减少燃料颗粒尺寸有利燃烧反应进行。2021/6/27165、水分含量大多数生物质燃料若要进行自维持燃烧，则要求燃料中水分含量不超过65%。6、气固混合需要搅动使气固混合良好，才能使灰分剥落并暴露出未燃的炭，保证燃烧的充分性。7、灰分燃料中灰分含量越高，燃料的热值和燃烧温度越低。2021/6/2717燃料充分燃烧的三要素：（1）温度（2）空气量及其与燃料的混合（3）反应时间和空间2021/6/2718五、生物质直接燃烧技术一、生物质直接燃烧的特点（1）生物质直接燃烧所释放出的CO2相当于其生长时通过光合作用所固定的CO2，实现CO2的零排放，有助于缓解温室效应。（2）生物质的燃烧产物用途广泛，灰渣可加以综合利用；（3）生物质燃料可与矿质燃料混合燃烧，即可减少运行成本，提高燃烧效率，又可以降低有害气体的排放。（4）具有良好的经济学和开发潜力。2021/6/2719二、生物质直接燃烧技术分类1、炉灶燃烧技术节柴灶的特点：热能在灶内停留时间长，可以得到充分利用，故热效率高；无熏烟、污染少；质量小，可拆装；功能对，经灶桥的调整，可烧柴、烧锯灰和烧煤。2021/6/27202、锅炉燃烧技术2021/6/2721

在进行多相过程的设备中，若有固相参与且处于静止状态时，则设备内的固体颗粒物料层称为固定床。层燃下饲式生物质平铺在炉排上形成一定厚度的燃料层，进行干燥、挥发分析出及燃烧等过程。2021/6/2722

流化床技术是指生物质燃料颗粒与空气在锅炉中在沸腾状态下燃烧。流化床内有大量床料，能蓄积大量热量，便于低热值燃料的快速干燥和点火，同时由于窗内高温炽热颗粒的剧烈运动，强化了气固混合，使燃料表面的灰分剥落，有利于颗粒充分燃烧。鼓泡流化床循环流化床2021/6/2723悬浮燃烧技术是指生物燃料以粉状随同空气经燃烧器喷入锅炉炉膛，在悬浮状态下进行燃烧。该技术使用于小颗粒燃料燃烧，含水率不能超过15%，燃料是在涡流作用下实现悬浮状态燃烧，挥发分与二次空气混合并燃尽。2021/6/27243、生物质直接燃烧技术存在的问题（1）流化床锅炉对燃料颗粒尺寸要求严格；（2）对于比重较小、结构松散、蓄热能力差的生物质，必须不断添加石英砂等床料，以维持正常燃烧室所需的蓄热床料。燃烧后产生的生物质飞灰较硬，容易磨损锅炉受热面，而混入了石英砂等床料的灰渣也难以利用。（3）为了维持一定的流化床温，锅炉的耗电量较大，费用较高；2021/6/2725（4）生物质燃料的高含水量使锅炉排烟容积增大、效率降低；燃烧某些碱金属含量较高的燃料时受热面易受高温腐蚀、流化床燃烧过程中某些燃料与床料之间的反应而导致床凝结、直接燃烧某些高氮量燃料时NOx浓度哦过高等现象，大大影响了燃烧效率的提高和排放物浓度的控制。（5）在垃圾焚烧技术方面，城市生活垃圾的水分较多，热值偏低，其组成成分和热值高低随季节及地区的变化而变化，导致垃圾焚烧不易着火，燃烧和燃尽困难。2021/6/2726第二节传统炉灶及其改进一、旧式炕连灶2021/6/2727旧式柴灶所用的燃料是农作物秸秆、薪柴、草类、干畜粪等。导致其热效率低的原因：灶膛小，因缺少灶箅，空气供应不充分灶门大，灶体保温性能差；炊具与燃料距离较远；高温烟气在炉膛内停留时间短。2021/6/2728二、旧式炕旧式炕的主要问题是采暖热效率低，原因是热量从不同方向损失掉了：从炕里侧面墙（一般为人休息时头的方向）传走从炕远端墙传走；从地面传走；从流向烟囱的烟气带走。2021/6/2729三、炕连灶的综合热效率

从炕里侧和抗面散失的热量（即采暖有效热量）及炊事吸收的有效热量的总和是炕连灶的总有效热量，它与燃料所具有的总热量之比，称为炕连灶的综合热效率。2021/6/27302021/6/27312021/6/2732第三节

生物质直燃发电一、概念及发电系统生物质直接燃烧发电是由生物质锅炉利用生物质直接燃烧后的热能产生蒸汽，再利用蒸汽推动汽轮机等发电系统进行发电的一种技术。由原料收集系统、预处理系统、储存系统、给料系统、燃烧系统、热利用系统和烟气处理系统组成。2021/6/27332021/6/2734二、不同种类生物质直燃发电（一）农林废弃物直燃发电1、农林废弃物的收集与供应农林废弃物分布分散、密度小，因此收集成本问题和供应成本问题成为影响发电成本的重要因素。2021/6/27352、农林废弃物的预处理

干燥是指利用热能等农林废弃物中的水分蒸发排出。自然干燥：利用空气流通或太阳能将水分蒸发出。人工干燥：利用一定的干燥设备和热源对农林废弃物进行加热干燥。2021/6/2736人工干燥技术流化床干燥技术：物料颗粒悬浮于气流之中并发生强烈的传热、传质作用，达到干燥物料的目的。回转筒干燥技术：由一个缓慢转动的倾斜的圆柱形壳体组成，物料由高端进，在筒内与干燥介质并流或逆流达到干燥目的后由低端流出。筒仓型干燥技术：物料堆积在筒仓内，由热风带走物料中的水分。2021/6/2737常用的破碎机颚式破碎机：挤压式破碎机冲击式破碎机：大多为旋转式剪切式破碎机：剪切破碎2021/6/27383、储存与给料方式燃料储存分为收集点储存生物质电厂储存2021/6/2739原料输送方式分为气力输送带式输送螺旋输送2021/6/27404、燃烧系统固定床燃烧技术：根据炉排的形状或摆放位置差异分为火山炉排、水平炉排和倾斜炉排。流化床燃烧技术床料应考虑的因素：一是具有与原料相当的流化性能二是热物料性适应流化床燃烧使用三是价格低廉、无毒无味、易于获得。悬浮燃烧技术2021/6/27415、热利用系统

将燃烧系统产生的热量转化为电能。其中，核心的热功转换装置分为：汽轮机蒸汽机斯特林机2021/6/27426、污染物控制机械式除尘器：利用质量力（包括重力、惯性力和离心力）作用将灰分从烟尘中发呢里出来。2021/6/2743

湿式除尘器是利用气体与液滴或液膜密切接触，依靠惯性、截留、扩散和凝聚效应等机理，将灰分从烟气中分离出来。2021/6/2744过滤式除尘是含尘气流通过织物或多空填料层进行过滤分离装置。主要分为袋式除尘器和颗粒除尘器。静电除尘过程是气体在静电除尘器中得到净化，分为气体的电离、粉尘的荷电和沉积3个步骤。2021/6/2745控制NOx的方法：通过燃烧控制抑制其产生;通过烟气净化将其去除。2021/6/27462、垃圾处理与燃烧发电2021/6/2747垃圾经地磅称重后，写到垃圾储存坑中在坑内发酵脱水，由吊车将垃圾送入给料器，并进入焚烧炉内进行焚烧。送风机从垃圾储存坑中吸入空气使坑中保持负压，把空气经过与处理后作为锅炉的一次空气和二次空气。灰渣送到灰渣处理系统燃烧产生的热量和烟气经过预热锅炉进行能量回收。烟气经烟气处理系统除尘除酸后排入大气；除尘设备收集的灰分和灰渣由厂外处理。2021/6/2748垃圾分选采用机械式为主，人工分选为辅的方式，常用的垃圾分选包括：重力分选：根据固体废弃物中不同物质颗粒的密度差异及在运动介质中受到的重力、介质力和其他机械力的不同。筛选：利用垃圾的粒度差异。磁选：利用各种物质磁性的差异。2021/6/2749三、生物质直接发电技术应用现状与展望1、我国直燃发电厂的建设2、我国生物质直燃发电厂的建设实例2021/6/27503、生物质直燃发电存在的问题（1）碱金属引起的结灰、结渣和腐蚀在生物质利用过程中，通过降低燃料中碱金属含量的比例，设法提高燃料灰分的熔点，抑制碱金属的挥发，以及探索选用新型的床料。同时在保持正常的流化床运行工况的前提下，适当地降低燃烧温度、合理地调节燃烧工况也是一条有效减轻结渣的途径。2021/6/2751（2）高温腐蚀

生物质燃料的另一特点是氯含量高，氯在生物质燃烧过程中挥发，并与锅炉受热面反应而进行锅炉腐蚀，温度高达400℃时即发生上述现象。2MCl+SO3+H2O—