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生物废料流化床锅炉简介
发布日期:2016/9/19 13:05:26    浏览人数:1114
摘要:
 

生物废料流化床锅炉简介

 

别如山,李炳熙,陆慧林,杨励丹(哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001)

摘要:介绍了国内外生物质燃料开发与利用现状,燃生物废料锅炉炉型的选择以及生物废料在流化床中燃烧存在的烧结问题及解决措施。还介绍哈尔滨工业大学研制的一系列燃生物废料流化床锅炉及其运行结果。

   1前言

   生物质能在世界能源结构中占有十分重要的地位。据统计,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。但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10111012吨干物质。我国几种主要的生物质的产量也相当可观,据统计,仅农作物的秸杆每年约为56亿吨,折合标准煤约22.4亿吨,其中60%用于生活需要烧掉。森林每年可提供9000万吨薪柴,但年实际开发量约为1.8亿吨。据1989年统计,用于生活需要烧掉2.78亿吨薪柴。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。我国居民仅维持日常生活用能,每年就需要6亿吨标准煤,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。此外,生物质能可年复一年的不断再生,因此其能量是十分可观的。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,所以燃烧后硫氧化物和氮氧化物的含量很低;生物质中灰分一般也很小,所以充分燃烧后烟尘含量极低。现在世界每年二氧化碳排放量为55亿吨,导致明显的温室效应。生物质燃烧过程具有二氧化碳零排放的特点,因为生物质燃烧生成的二氧化碳又可被植物吸收,合成本身的生物质,所以没有增加大气中二氧化碳的含量。这对于缓解日益严重的温室效应有着特殊的意义。

  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%,先进的省柴炉灶热效率也仅在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;生物质气化炉的气化率低,所得的燃气热值不高。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。

  流态化燃烧具有燃烧效率高、有害气体排放少、热容量大等一系列的优点,很适合燃水分大、热值低的生物质燃料。因此,西方发达国家已采用流化床燃烧技术利用生物质能。美国、瑞典、德国、丹麦等工业化国家生物质能利用技术已居世界领先地位。

  国内也开始重视开发利用生物质能,国家经贸委节约和综合利用司于19933月组团赴瑞典、德国就生物质能利用技术及设备进行技术考察;我国农业部环能司、农业部国际合作司、山东省科学院能源所和福建省农村能源办公室组成考察组于199456月赴美考察美国的生物质能等可再生能源发电情况。表明国内对生物质能的开发利用非常重视。

  2国内外现状

  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。燃烧设备以引进德国的链条炉为主。在美国,采用流化床燃烧技术利用生物质能也具有相当规模,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4.550t/h,供热锅炉出力为1.06×1071.32×108kJ/h80年代末至90年代初期,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。例如,由美国CE公司利用鲁奇技术设计生产的两台循环流化床锅炉,分别安装于FresnoRocklin,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19881989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Mecca1992年投运。B&W公司也有燃木柴流化床锅炉在运行。目前美国已有近1000家燃木材电厂在运行,装机容量达6500MW

  预计到2000年以前生物质能(废木、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

  瑞典是高度发达的工业化国家,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kW·h,其中的相当部分就是将树枝、树叶、树皮、森林废弃物、锯屑和泥炭等削片、切碎,然后运送到热电厂,在大型流化床锅炉中燃烧而得以利用的。

  尽管这些燃料的含水量有时高达50%60%,但锅炉的热效率仍可达到80%。瑞典另一个利用生物质能的方式就是将生物质送入循环流化床气化炉进行气化,产生的燃气通过燃气轮机发电,采用联合循环。这样的系统热效率高,目前此种方式单机容量已达80MW

丹麦为了减少二氧化碳的排放,计划每年燃烧700万吨干草,8万吨木屑,采用芬兰奥斯龙公司生产的高倍率循环流化床锅炉,将干草与煤以64的比例送入炉内燃烧。锅炉参数:出力为100t/h,蒸汽压力为90MPa,过热蒸汽温度490℃,热功率为80MW

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,造成生物质能源的极大浪费。国内部分锅炉制造厂家设计采用链条炉燃烧生物质废料,发现热效率低,出力不足,锅炉炉体大,炉排易烧坏。为此,哈尔滨工业大学从80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;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;生物质气化燃气的热值、产率和生物质在流化床中气化产生烧结现象的研究以及生物废料燃气热力联产关键技术的研究。已和国内四个锅炉厂家合作,研制开发了41012.514t/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11[1]。其中44t/h燃稻谷壳流化床锅炉、两台12.5t/h燃甘蔗渣流化床锅炉出口泰国;一台14t/h燃棕榈空果穗流化床锅炉于1997年出口马来西亚,一台4t/h燃木屑流化床锅炉于1998年出口非洲加纳,进入国际市场,深受用户好评。三台10t/h燃废木与木屑流化床锅炉在外资企业运行六年多来,一直满发、稳定、高效率,节约了大量能源,创造了很高的经济效益,用户十分满意,该炉于1995年获得国家专利,于1998年获得中国航天工业总公司部级科技进步二等奖。

  

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