工业锅炉生物质与燃煤混燃技术

1、第28卷第6期煤气与热力www. watergasheat com煤气与热力GAS & HEAT第28g第6期2008年6月; 供热热源 I工业锅炉生物质与燃炉刘洪龙I,商桂新I,牛（1 济南锅炉集团有限公司，山东济南250023； 2.: 山东济南250H7）摘 要：探讨了我国工业锅炉釆用生物质与煤混燃的意义及生物质能源的现状。综述了生 物质与煤混燃技术的应用状况，包括克接燃烧利用和气化利用。总结了生物质与煤混燃中存在的 问題。关键词：工业锅炉；生物质；煤；混合燃烧中图分类号：TU995文献标识码：B文章编号：1000-4416(2008)06-0A01 -03Co-combusti

2、on Technology of Biomass and Coal in Industrial BoilersLIU Hong-long t SHANG Gui-xin, NIU GuoleiAbstract: TTie meaning of co-combustion of biomass and coal in industrial boilers and the present Matus of biomass energy in China are disciiMed. The application situation of co-combiiation technology of

3、biomass and coal is reviewed 9 including direct combustion utilization and gasification utilization. Hie problems existing in co-combustion of biomass and coal are summarizedKey words： industrial boiler； biomass； coal； co-combustionA#-第28卷第6期煤气与热力www. watergasheat comA#-第28卷第6期煤气与热力www. watergasheat

4、 com1生物质利用意义及现状 意义生物质作为燃料时，由于生物质在生长时消耗 的co2量相当于它燃烧时排放的co2量，因此co2 排放乂近似为零。生物质的硫含录极低，基本上无 硫化物排放。生物质作为替代能源，对改善环境、降 低温室效应都有极大的好处。我国目的有工业锅炉约50 X 104台，每年耗煤 最约为全国产煤总届的1/3。推广各种节能技术, 提高工业锅炉热效率的工作已取得较大成绩，且是 能源工业者继续努力的方向。但从矿物能源资源有 限和因大量使用会造成环境恶化的战略观点出发, 结合我国拥有丰富生物质资源的现实，逐步发展工 业锅炉生物质燃烧技术，对节约常规能源、优化我国 能源结构，将有积极意

5、义。燃煤锅炉混燃生物质将 是我国降低C02排放、减轻环境污染的有效措施, 而且与煤混燃的生物质所含的喊性氧化物有助于脱 除煤燃烧产生的旳2。 现状生物质资源是指以木质素或纤维索及其他有机 质为主的陆生植物、水生植物及人畜禽粪便等。我 国有着丰富的生物质资源据统计，全国秸秆年产輦 约5.7x10 t/a,人畜粪便约3.8x2 t/a,薪柴年产 惟（包括木材砍伐的废弃物）为1.7 xlO8 t/a,还有 工业排放的大量有机废料、废渣，每年生物质资源总 港折合成标准煤约3 x 108 t/a0我国一直以直接利 用生物质能为主，但利用效率极低，即使是目前农村 已较普遍推广的省柴节煤灶，热效率也仅为20

6、%左 右。近年来，在一些经济发达的城市周边地区，农民 大遂使用优质高效燃料，用于炊事、取暧，而将秸秆 直接放在农田焚烧，不仅浪费了能源，还污染了环 境。我国生物质资源结构疏松，能量密度低，仅是标准煤的1/2,且不易储运。20世纪80年代以来，我国生物质能利用技术 有了很大的发展。鉴于生物质资源分布区域广、适 宜就地开发利用的特点.目前开发适用于工业锅炉 的生物质燃烧技术是生物质有效利用的重要途径。 2生物质与煤的混燃技术2.1混燃技术分类生物质与煤的混燃技术可分为直接燃烧利用和 气化利用两种形式。直接燃烧先对生物质进行预处 理,然后宜接输送至锅炉燃烧室燃烧。有层燃、流化 床和煤粉锅炉等燃烧形式

7、，主要应用于工业、区域供 热、发电以及热电联产等。根据2001年对欧盟21 座生物质电厂燃烧设备的统计，采用以上3种燃烧 形式的比例分别为47% .29% J4%，其余10%为气 化利用。气化利用方式先将生物质在气化炉内 气化产生低热值燃气，经净化处理后输送至锅炉与 煤进行混合燃烧。2.2直接燃烧技术 层燃燃烧生物质平铺在炉排上形成一定厚度的燃料层, 进行干燥干憾燃烧及还原。一次风从下部通过燃 料层为燃料提供氧气，可燃气体与二次风在炉排上 方充分混合燃烧。层燃锅炉包括固定床、移动炉排、旋转炉排和下 饲式锅炉等。移场炉排式锅炉具有操作简单.坚固 耐用和运行可靠等特点，被广泛应用于生物质燃烧 或垃

8、圾焚烧中。买用移动炉排以及合理的配风系 统，可便燃料层在炉排上的传输较为平滑，从而保障 一次风的均匀分布，降低由于空气分布不均匀造成 的过度结渣、飞灰损失和空气系数增加等问题。而 且炉排系统可以采用水冷的方式，以滅轻结渣现象 的出现，延长设备使用寿命。如瑞典的bnkoping热 电厂，就采用移动炉排式锅炉。该热电厂的燃烧系 统根据各种生物质特点采用3个不同的燃烧器，分 别用于燃烧煤（或橡胶）、木材、油，其中烧煤和木材 的层燃锅炉均采用移动炉排锅炉。但是，包括移动炉排式锅炉在内的层燃锅炉挣 遍存在燃烧效率较低（一般都在70%以下）的问题。 另外，目前移动炉排式锅炉的控制系统大多以电气 机械装置为

9、基础不足以使锅炉保持适当的空气儀 与煤量比,以达到最佳燃烧和排放性能,尤其是在负 荷变化期间不能及时同步调整工况C 流化床燃烧生物质含水率较高如秸秆为35%-65%。因 此，采用层燃方式难以俣持稳定、充分的燃烧。采用 流化床技术有利于生物质的完全燃烧提髙锅炉的 热效率C圧帝寤仆庆五"“垃 田处三 朋做炉渣等作为流化为高水分 依靠床层 的停留时 如在密相能进一步応冋 处;WTO.于。目床层, 匕条件。 内较长燃尽。 殳燃烧, 十厂口小保丄业大学就与长沙锅炉厂合作研制了多台生物质流化床锅 炉,可适用于甘蔗、稻壳、碎木屑等多种生物质。锅 炉热功率高，低负荷运行稳定，热效率高达80%以 上叭

10、流化床燃烧是基于气固流化态的一项技术，对 燃料适应性好,有害气依排放质低,而且在流化床燃 烧过程中加入脱硫剂可直接脱硫，可以大幅降低烟 气中S02的含融。目前，发展比较迅速的循环流化 床燃烧技术对燃料的适应性很好能够同时燃烧几 种不同特性的燃料非笹适合生物质与煤的混燃。 而且燃料的选择以及混燃的比例灵活，能够根据燃 料的市场价格进行选择确保燃料的经济性。采用 循环流化床技术的生物质与煤混燃，燃烧效率可达 95%以上，能与煤粉锅炉媲美，由于采用分级燃烧, 温度控制在830-850 T.NO,的生成殳很少。目前，采用循环流化床技术的生物质与煤混燃 也存在着一些问题。虽然NO,排放总量有所减少, 但

11、由于流化床燃烧温度较低,儿0的排放浓度一般 比其他燃烧方式高。为使飞灰再循环燃烧，常导致 一次风机压头要求高、耗电量较大等。 煤粉锅炉燃烧煤粉锅炉具有燃烧效率高、燃烧完全等优点,是 目前兹为常见的一种大型燃煤锅炉采用现有煤粉 锅炉混燃生物质，只需要对现有设备进行改造。一方面，尽管采用煤粉锅炉混燃生物质和煤，可 以适当减少污染，但是受到生物质混燃比例不能过 大的限制，与流化床混燃相比煤粉锅炉混燃的co2 和NO.等气体排放物还是较多在气体污染物的控 制方面有待提高。另一方面,煤粉锅炉对燃料的颗 粒尺寸和含水率要求较为严格，一般粒径要求小于 2 mm,含水率不能趙过15% .因此生物质预处理系 A

12、#-www. waterg&sheat. com刘洪龙寻：工业錯炉生物质与魅煤混熾技术第28卷第6期统就比较复杂造价较高。由于粒径较小高燃烧强 度还会导致炉墙表面温度较高，易损坏炉墙的耐火 材料。2.3气化利用技术生物质气化是一种热化学处理技术。将薪柴. 秸秆等农业废弃物置于气化炉中通过热解反应转化 成co等混合可燃气体以连续生产的工艺和工业 生产的方式将生物质能转化为高效的锅炉燃料。当 以含水量为15% -4)%、低热值为19 20 MJ/t的 生物质作为原料时，可产生低热值为5 W/mJ的可 燃气体。我国在20世纪80年代初已开始了生物质 气化技术的研究，近几年已研制出可使用多种生

13、物 质的不同容量、不同用途的气化炉。一般气化炉采用固定床,固定床对原料适应性 强，基本上不需预处理，设备结构简单，但气化率较 低。中科院广州能源所研制的上吸式生物质气化炉 气化强度为240 kg/(m2 h)。流化床气化炉特 别是循环流化床气化炉由于具有床内混合均匀、传 热传质强烈等优点,使生物质热解气化更充分，气化 效率可达75% -85% A化强度可达2 000 kg/(m2 h),且可燃气体的焦油含量低。湛江模压木制厂 利用加工过程废弃的细木粉，采用循环流化床生物 质气化装置转换成可燃气,用作锅炉燃料，每日节煤 10t/d,取得了明显的经济效益。生物质气化后 的产品，还可用于发电或宜接为

14、居民提供燃气。固 定床气化技术以农业、林业废弃物为原料，可用于小 规模气化发电系统，面向农村、林区及偏远地区，操 作方便。流化床气化发电系统适用于大中规模，可 以农业和林业废弃物作为原料,面向工业企业，生产 的电可供企业自身使用，也可并入电网。3混燃存在的问题 生物质原料的供应在自然生态中，生物质分布广泛但不集中，并且 生物质的能量密度较小,储运校困难。因此对于生 物质的利用存在一个经济收集半径，一般电站的规 模取决于距其80 120 km内可获取的生物质原料 的数量，我国农作物帘秆的经济收集半径应控制在 30 km0 混燃比例生物质含水鼠高,与煤混燃后锅炉产生的烟气 疑较大直接采用现有锅炉,

15、烟气超过一定限度后换 热器很难适应。因此,没有经过改造的锅炉在混燃 时生物质的份额不能太高。 生物质燃料引起的结渣和腐蚀生物质的灰熔点较低，燃烧过程中设备易结渣。 特别是燃用含氯较多的生物质，如秸秆和稻审等，当 换热器表面温度趙过400 t时，还会产生高温腐蚀。 “在气件爭二次污染物。4结论羽R护和恣技术充分利用资 应得到国家的政策扶持和财政支持。我国生物质资源最大面广，种类多样。对 不同的资源种类和不同的用户对象，需要采用不同 的技术路线和设备才能更有效地加以利用。因此, 我国应因地制宜地开发适合我国国情的生物质与煤 的混燃技术。在加强国际合作与交流，引进发达国 家成熟的混燃技术和设备的同时

16、，应加强生物质与 煤混燃技术的基础研究，组织高校及科研单位对该 项技术目前存在的问题进行攻关。 针对生物质存在经济收集半径的特点，我 国应优先发展小容量生物质与煤的混燃设备，満足 生物质产地的用能需要。我国对小容量层燃和流化 床锅炉方面有丰宮的技术积累，发展层燃和流化床 生物质与煤的混燃技术具有明显的技术优势。参考文献:1 段菁存肖军王杰林，争 生物质与煤共燃研究J 电站系统工 8.2004.20(1):1 -4.2 吴文渊张子栋匏亦龄等.采用流化床技术开发利 用生物质能J新能31.1994.(10):12-163 邱钟明陈蛎.生物质气化技术研究现状及发展前景 J.可再生能#.2002,(4)

17、:16-19.4 郑舜鹏吴创之.1 MW循环流化床谷禿气化发电装 *的运行及经济性分折J太阳能学报.2000,21 (2):140-144.作者简介:刘洪龙(1977 )9男.山东徳州人，工程师.学士.主要从事循环潦化床燃烧 的技术研究及锅炉开发设计。电话：(0531)85974222 转6515E - mail: shangguixin® 126. com收 fflaffl：2OO7-12-O5；修回日期：2008-01-03A3-mHHSlg1 1 1 WAHfAHGDATA作者： 作者单位:刊名：英文刊名:工业锅炉生物质与燃煤混燃技术刘洪龙，商桂新，牛国蕾，LIU Hong-l

18、ong ， SHANG Gui-xin, NIU Guo-lei 刘洪龙，商桂新,LIU Hong-long,SHANG Gui-xin(济南锅炉集团有限公司山东,济南,250023),牛国蕾,NIUGuo-lei(济南市槐荫区环境保护局山东，济南,250117)煤气与热力|喧TIUGAS & HEAT年，卷(勒：2008 28(6)被引用次数：0次参考文献(4条)1. 段菁春.肖军.王杰林 生物质与煤共燃研究期刊论文-电站系统工程2004(01)2. 吴文渊.张子栋.鲍亦龄 采用流化床技术开发利用生物质能1994(10)3. 邱钟明.陈蛎生物质气化技术研究现状及发展前景期刊论文-可再

19、生能源2002(04)4. 郑舜鹏.吴创之1 MW循环流化床谷壳气化发电装置的运行及经济性分析期刊论文-太阳能学报2000(02)相似文献(10条)1. 期刊论文 徐德良.孙军.陈小娟.刘翔.XU De-liang . SUN Jun CHEN Xiao-juan. LIU Xiang工业锅炉生物质燃烧应 用现状-林产工业2009,36(6)介绍了工业锅炉中生物质燃料各种燃烧技术的技术特点和发展现重点分析了各种燃烧技术对不同生物质的适应t展望了生物质燃烧技术的发展 趋势，提出了生物质燃烧技术发展和应用的建议.2. 期刊论文 生物质工业锅炉研究与示范项目通过验收-中国环保产业2010,"

20、;"(1)3. 期刊论文 杜成华.陆广发.DU Cheng-hua LU Guang-fa工业锅炉生物质燃烧技术-应用能源技术2009,""(12)根据生物质能的特性讨论了发展工业锅炉生物质能燃烧技术的积极意义f对工业锅炉利用生物质能的各种可用方法作了简明扼要的介绍.4. 期刊论文 宋永利.杨丽华工业锅炉生物质燃烧技术-节能技术2003,21(3)根据生物质能的特性讨论了发展工业锅炉生物质能燃烧技术的积极意并对工业锅炉利用生物质能的各种可用方法作了简明扼要的介绍.5. 期刊论文 毛玉如.骆仲泱.蒋林.方梦祥.岑可法.MAO YuruLUO Zhongyang Ji

21、ang Lin . Fang Mengxiang. Cen Kefa生物质型煤技术研究-煤炭转化2001,24(1)生物质型煤是由原煤、生物质和固硫剂混合压制而成的一种新型型煤物质型煤技术将不可再生的化石能源与可再生的生物质能结合起来，具有综 合利用能源和减少环境污染的双重功.介绍了生物质型煤技术在国内外的发展现状，分析了生物质型煤技术的几个关键问题，论述了中国发展生物质型 煤技术的重要性和工业化应用中存在的问题，展望了生物质型煤技术的发展前景及方向.6. 学位论文王志和煤木混合型煤的特性试验与研究2006本文首先在分析我国能源特点、工业锅炉现状的基础上，对发展工业型煤的必要性进行了分析，结合

22、我国生物质资源情况及燃烧特点，分析了生物 质型煤的发展前景和重要意义。结合工业锅炉的燃烧需要及加工方便，在参考相关型煤尺寸、形状研究的基础上，作者设计了扁球形及椭球形两套煤木混合型煤模具，并加工出各 种试样，用以试验及分析。在测试冷压强度、落下强度、防水性、煤球平均密度的基础上，比较全面地分析了锯屑比例、粘结剂含量、成型压力、煤粉 粒度及模具形状等因素对成型效果的影响，并提出了煤木混合型煤成型的推荐工艺参数。煤木混合型煤的燃烧特性主要是指发热量、挥发份、焦结性和灰熔点。煤木混合型煤的发热量是一个重要参数，作者在实际测试烟煤、锯屑发热量 的基础上，根据锅炉原理与燃料燃烧学中的有关理论，推导了煤木

23、混合型煤的发热量计算公式，经验证具有较高的精度，并给出了一定范围内的发热量 速查表，为改进生产工艺提供了依据。作者利用热重分析仪对煤木混合型煤的燃烧失重速率、着火温度、最大燃烧反应速率时的温度等进行了研究。在对照分析纯煤粉、纯锯、的 DTGDT曲线的基础上，具体分析了不同锯屑比例、不同黄泥比例对燃烧失重速率、着火温度等燃烧特性的影响。此外，对四个煤木混合试样，一个纯煤样，一个纯锯屑试样的燃烧过程分别计算了动力学参数，并对各参数进行了对照分析及研究。7. 期刊论文 生物质致密燃料燃烧设备主要设计参数的试验确定-河南农业大学学报2006,40(3)根据生物质致密燃料燃烧特性、燃烧设备热力特性及作者

24、设计燃烧设备实践与经验出了生物质致密燃料燃烧设备主要设计参数e特制生物质致 密燃料燃烧设备上采用工业锅炉节能监测方法GB/T 15317-1994)工业锅炉热工性能试验规程GB 10180-2003)锅炉大气污染物排放标准GB 13271- 2001和锅炉烟尘测试方法GB 5468-91)按种工况试验确定出单层炉排和双层炉排生物质致密燃料燃烧设备主要设计参数而为生物质致密燃料燃烧 设备设计及技术改造提供科学依据.8. 期刊论文 苏超杰.罗志华.李文雅.刘圣勇.SU Chao-jie . LUO Zhi-hua. LI Wen-ya . LIU Sheng-yong生物质成型燃 料燃烧设备热力特性参数测试-节能技术2006,24(3)本文采用