第五章 生物质直接燃烧技术

1、1. 生物质燃烧原理生物质燃烧原理 2. 传统炉灶及其改进传统炉灶及其改进 3. 生物质直接发电生物质直接发电 第五章第五章 生物质直接燃烧技术生物质直接燃烧技术 第一节第一节 生物质燃烧原理生物质燃烧原理 一、生物质燃料特性一、生物质燃料特性 与煤炭相比，生物质燃料主要有以下差别：与煤炭相比，生物质燃料主要有以下差别： （1 1）含碳量少，含固定碳少）含碳量少，含固定碳少 （2 2）含氧量多，含水分多）含氧量多，含水分多 （3 3）挥发分含量多）挥发分含量多 （4 4）密度小）密度小 （5 5）含硫量低）含硫量低 二、二、 生物质燃料的燃烧过程生物质燃料的燃烧过程 1 1、 燃烧各阶段分析燃

2、烧各阶段分析 生物质燃料的燃烧过程是强烈的放热化学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、反应。燃烧过程是燃料和空气间的传热、 传质过程。传质过程。 发生燃烧的前提条件是要有足够的热量供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。给和适当的空气供应。 燃烧各个阶段：燃烧各个阶段： （1 1）预热阶段）预热阶段 （2 2）干燥阶段）干燥阶段 （3 3）挥发分析出燃烧阶段）挥发分析出燃烧阶段 （4 4）焦炭燃烧阶段）焦炭燃烧阶段 以上燃烧各过程可以分为：吸热反应（预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。热、干燥和挥发

3、分析出）和放热反应。 因参与吸热反应的柴草和参与放热反应的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。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。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。所额外提供的空气称为二次空气。 2 2、 燃烧过程的温度控制技术燃烧过程的温度控制技术 首先，燃烧过程主要发生的为碳

4、的燃烧：首先，燃烧过程主要发生的为碳的燃烧： C+OC+O2 2=CO=CO2 2+405.8 KJ+405.8 KJ 生成的二氧化碳在氧气供应不足的情况下与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，从而降低空气中的碳颗粒发生吸热反应，从而降低 温度：温度： COCO2 2+C=2CO-160.7KJ+C=2CO-160.7KJ 水蒸气与碳也会发生吸热反应：水蒸气与碳也会发生吸热反应： H H2 2O+C=CO+H-126.7KJO+C=CO+H-126.7KJ 三、燃烧过程的部分计算问题三、燃烧过程的部分计算问题 1 1、空气供给量计算、空气供给量计算 生物质燃料中

5、含磷量极少，而钾常以氧化钾的形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：的理论需要空气量可按下式计算： V V0 0=0.889C=0.889Cy y+0.4256H+0.4256Hy y+0.0333+0.0333（S Sy y-O-Oy y） V V0 0为单位质量燃料理论需要空气的体积（标准状态为单位质量燃料理论需要空气的体积（标准状态 下），下），m3/Kgm3/Kg； C Cy y为燃料碳元素的应用基含量；为燃料碳元素的应用基含量； H Hy y为燃料氢元素的应用基含

6、量；为燃料氢元素的应用基含量； S Sy y为燃料硫元素的应用基含量；为燃料硫元素的应用基含量； O Oy y为燃料氧元素的应用基含量。为燃料氧元素的应用基含量。 一般情况下，为1.7-3.0，最佳为2.0左右 2 2、 排烟量计算排烟量计算 每千克燃料的实际烟气量可按下式计算：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+Vpy=0.1866(Cy+0.375Sy)+0.111Hy+0.012Wy+ 0.008Ny+(1.01610.008Ny+(1.0161py-0.21)V0py-0.21)V0 VpyVpy为每千克燃

7、料的实际烟气量（标准状态下）为每千克燃料的实际烟气量（标准状态下） CyCy为燃料碳元素的应用基的含量；为燃料碳元素的应用基的含量； SySy为燃料硫元素的应用基含量；为燃料硫元素的应用基含量； HyHy为燃料氢元素的应用基含量；为燃料氢元素的应用基含量； WyWy为燃料水分的应用基含量；为燃料水分的应用基含量； NyNy为燃料氮元素的应用基含量。为燃料氮元素的应用基含量。 3 3、 燃烧温度的计算燃烧温度的计算 设想使燃料在理想条件下（没有散热损失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和完全燃烧）时计算出来的燃烧温度称为 “理论燃烧温度理论燃烧温度”，该数

8、值用来评价燃料，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。燃烧系统物质的热平衡来求得。 四、四、 影响燃烧的主要因素影响燃烧的主要因素 1 1、温度、温度 在考虑到灰分熔化问题的前提下，应尽量提在考虑到灰分熔化问题的前提下，应尽量提 高反应温度。高反应温度。 2 2、空气量、空气量 燃料和空气供给决定着燃烧反应的进程。燃料和空气供给决定着燃烧反应的进程。 3 3、时间、时间 4 4、颗粒尺寸、颗粒尺寸 尽量减少燃料颗粒尺寸有利燃烧反应进行。尽量减少燃料颗粒尺寸有利燃烧反应进行。 5 5、水分含量、水分含量 大多数生

9、物质燃料若要进行自维持燃烧，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则要求燃料中水分含量不超过65%65%。 6 6、气固混合、气固混合 需要搅动使气固混合良好，才能使灰分剥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。落并暴露出未燃的炭，保证燃烧的充分性。 7 7、 灰分灰分 燃料中灰分含量越高，燃料的热值和燃烧燃料中灰分含量越高，燃料的热值和燃烧 温度越低。温度越低。 燃料充分燃烧的三要素：燃料充分燃烧的三要素： （1 1）温度）温度 （2 2）空气量及其与燃料的混合）空气量及其与燃料的混合 （3 3）反应时间和空间）反应时间和空间 五

10、、五、 生物质直接燃烧技术生物质直接燃烧技术 一、生物质直接燃烧的特点一、生物质直接燃烧的特点 （1 1）生物质直接燃烧所释放出的）生物质直接燃烧所释放出的COCO2 2相当于相当于 其生长时通过光合作用所固定的其生长时通过光合作用所固定的COCO2 2，实现，实现 COCO2 2的零排放，有助于缓解温室效应。的零排放，有助于缓解温室效应。 （2 2）生物质的燃烧产物用途广泛，灰渣可加）生物质的燃烧产物用途广泛，灰渣可加 以综合利用；以综合利用； （3 3）生物质燃料可与矿质燃料混合燃烧，即）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，又可以可减少运行成本，提高燃烧效率，

11、又可以 降低有害气体的排放。降低有害气体的排放。 （4 4）具有良好的经济学和开发潜力。）具有良好的经济学和开发潜力。 二、生物质直接燃烧技术分类二、生物质直接燃烧技术分类 1 1、炉灶燃烧技术、炉灶燃烧技术 节柴灶的特点：节柴灶的特点： 热能在灶内停留时间长，可以得到充分利热能在灶内停留时间长，可以得到充分利 用，故热效率高；用，故热效率高； 无熏烟、污染少；无熏烟、污染少； 质量小，可拆装；质量小，可拆装； 功能对，经灶桥的调整，可烧柴、烧锯灰功能对，经灶桥的调整，可烧柴、烧锯灰 和烧煤。和烧煤。 2 2、锅炉燃烧技术、锅炉燃烧技术 在进行多相过程的设备中，若有固相参与在进行多相过程的设备

12、中，若有固相参与 且处于静止状态时，则设备内的固体颗粒且处于静止状态时，则设备内的固体颗粒 物料层称为固定床。物料层称为固定床。 层燃层燃 下饲式下饲式 生物质平铺在炉排上形成一定厚度的燃料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。层，进行干燥、挥发分析出及燃烧等过程。 流化床技术流化床技术是指生物质燃料颗粒与空气在锅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的快速干燥和点火，同时由于窗内高

13、温炽 热颗粒的剧烈运动，强化了气固混合，使热颗粒的剧烈运动，强化了气固混合，使 燃料表面的灰分剥落，有利于颗粒充分燃燃料表面的灰分剥落，有利于颗粒充分燃 烧。烧。 鼓泡流化床鼓泡流化床 循环流化床循环流化床 悬浮燃烧技术是指生物燃料以粉状随同空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，在悬浮状态下气经燃烧器喷入锅炉炉膛，在悬浮状态下 进行燃烧。进行燃烧。 该技术使用于小颗粒燃料燃烧，含水率不该技术使用于小颗粒燃料燃烧，含水率不 能超过能超过15%15%，燃料是在涡流作用下实现悬浮，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。状态燃烧，挥发分与二次空气混

14、合并燃尽。 3 3、生物质直接燃烧技术存在的问题、生物质直接燃烧技术存在的问题 （1 1）流化床锅炉对燃料颗粒尺寸要求严格；）流化床锅炉对燃料颗粒尺寸要求严格； （2 2）对于比重较小、结构松散、蓄热能力差）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，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受热面，而混入了石英砂等床料的灰渣也 难以利用。难以利用。 （3 3）为了维持一定的流化床温，锅炉

15、的耗电）为了维持一定的流化床温，锅炉的耗电 量较大，费用较高；量较大，费用较高； （4 4）生物质燃料的高含水量使锅炉排烟容积）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导致床凝结、直接燃烧某些高氮量燃料时 NOxNOx浓度哦过高等现象，大大影响了燃烧效浓度哦过高等现象，大大影响了燃烧效 率的提高和排放物浓度的控制。率的提高和排放物浓度的控制。

16、（5 5）在垃圾焚烧技术方面，城市生活垃圾的）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。圾焚烧不易着火，燃烧和燃尽困难。 第二节第二节 传统炉灶及其改进传统炉灶及其改进 一、一、 旧式炕连灶旧式炕连灶 旧式柴灶所用的燃料是农作物秸秆、薪柴、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：草类、干畜粪等。导致其热效率低的原因： 灶膛小，因缺少灶箅，空气供应不充分灶膛小，因缺少灶箅，空气供应不充分

17、 灶门大，灶体保温性能差；灶门大，灶体保温性能差； 炊具与燃料距离较远；炊具与燃料距离较远； 高温烟气在炉膛内停留时间短。高温烟气在炉膛内停留时间短。 二、二、 旧式炕旧式炕 旧式炕的主要问题是采暖热效率低，原因是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：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）从炕里侧面墙（一般为人休息时头的方向） 传走传走 从炕远端墙传走；从炕远端墙传走； 从地面传走；从地面传走； 从流向烟囱的烟气带走。从流向烟囱的烟气带走。 三、炕连灶的综合热效率三、炕连灶的综合热效率 从炕里侧和抗面散失的热量（即采暖有效从炕里侧和抗面散失的

18、热量（即采暖有效 热量）及炊事吸收的有效热量的总和是炕热量）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连灶的总有效热量，它与燃料所具有的总 热量之比，称为热量之比，称为炕连灶的综合热效率炕连灶的综合热效率。 第三节第三节 生物质直燃发电生物质直燃发电 一、概念及发电系统一、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用蒸汽推动汽轮机等发电系统进行发电的 一种技术。一种技术。 由原料收集系统、预处理系统、储存系统、由

19、原料收集系统、预处理系统、储存系统、 给料系统、燃烧系统、热利用系统和烟气给料系统、燃烧系统、热利用系统和烟气 处理系统组成。处理系统组成。 二、二、 不同种类生物质直燃发电不同种类生物质直燃发电 （一）农林废弃物直燃发电（一）农林废弃物直燃发电 1 1、农林废弃物的收集与供应、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。成本的重要因素。 2 2、农林废弃物的预处理、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干燥是指利用热能等农林废弃物中的水

20、分 蒸发排出。蒸发排出。 自然干燥：利用空气流通或太阳能将水分自然干燥：利用空气流通或太阳能将水分 蒸发出。蒸发出。 人工干燥：利用一定的干燥设备和热源对人工干燥：利用一定的干燥设备和热源对 农林废弃物进行加热干燥。农林废弃物进行加热干燥。 人工干燥技术人工干燥技术 流化床干燥技术：物料颗粒悬浮于气流之流化床干燥技术：物料颗粒悬浮于气流之 中并发生强烈的传热、传质作用，达到干中并发生强烈的传热、传质作用，达到干 燥物料的目的。燥物料的目的。 回转筒干燥技术：由一个缓慢转动的倾斜回转筒干燥技术：由一个缓慢转动的倾斜 的圆柱形壳体组成，物料由高端进，在筒的圆柱形壳体组成，物料由高端进，在筒 内与干

21、燥介质并流或逆流达到干燥目的后内与干燥介质并流或逆流达到干燥目的后 由低端流出。由低端流出。 筒仓型干燥技术：物料堆积在筒仓内，由筒仓型干燥技术：物料堆积在筒仓内，由 热风带走物料中的水分。热风带走物料中的水分。 常用的破碎机 颚式破碎机：挤压式破碎机颚式破碎机：挤压式破碎机 冲击式破碎机：大多为旋转式冲击式破碎机：大多为旋转式 剪切式破碎机：剪切破碎剪切式破碎机：剪切破碎 3 3、储存与给料方式、储存与给料方式 燃料储存分为燃料储存分为 收集点储存收集点储存 生物质电厂储存生物质电厂储存 原料输送方式分为原料输送方式分为 气力输送气力输送 带式输送带式输送 螺旋输送螺旋输送 4 4、燃烧系统

22、、燃烧系统 固定床燃烧技术：固定床燃烧技术：根据炉排的形状或摆放根据炉排的形状或摆放 位置差异分为火山炉排、水平炉排和倾斜位置差异分为火山炉排、水平炉排和倾斜 炉排。炉排。 流化床燃烧技术流化床燃烧技术 床料应考虑的因素：床料应考虑的因素： 一是具有与原料相当的流化性能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。三是价格低廉、无毒无味、易于获得。 悬浮燃烧技术悬浮燃烧技术 5 5、热利用系统、热利用系统 将燃烧系统产生的热量转化为电能。其中，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：核心的热

23、功转换装置分为： 汽轮机汽轮机 蒸汽机蒸汽机 斯特林机斯特林机 6 6、污染物控制、污染物控制 机械式除尘器：利用质量力（包括重力、惯机械式除尘器：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性力和离心力）作用将灰分从烟尘中发呢 里出来。里出来。 湿式除尘器是利用气体与液滴或液膜密切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。等机理，将灰分从烟气中分离出来。 过滤式除尘是含尘气流通过织物或多空填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。主要分为袋式除料层进行过

24、滤分离装置。主要分为袋式除 尘器和颗粒除尘器。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、粉尘的荷电和沉净化，分为气体的电离、粉尘的荷电和沉 积积3 3个步骤。个步骤。 控制控制NOxNOx的方法：的方法： 通过燃烧控制抑制其产生通过燃烧控制抑制其产生; ; 通过烟气净化将其去除。通过烟气净化将其去除。 2 2、垃圾处理与燃烧发电、垃圾处理与燃烧发电 垃圾经地磅称重后，写到垃圾储存坑中在坑内发垃圾经地磅称重后，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，并进入焚烧酵脱水，由吊车将垃圾送入给料器，并进入焚烧 炉

25、内进行焚烧。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，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把空气经过与处理后作为锅炉的一次空气和二次 空气。空气。 灰渣送到灰渣处理系统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；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。除尘设备收集的灰分和灰渣由厂外处理。 垃圾分选采用机械式为主，人工分选为辅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：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、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。介质力和其他机械力的不同。 筛选：利用垃圾的粒度差异。筛选：利用垃圾的粒度差异。 磁选：利用各种物质磁性的差异。磁选：利用各种物质磁性的差异。 三、生物质直接发电技术应用现状与展望三、生物质直接发电技术应用现状与展望 1 1、我国直燃发电厂的建设、我国直燃发电厂的建设 2 2、我国生物质直燃发电厂