生物质固体成型燃料(2学时)

1、生物质固体成型燃料液态技术（生物乙醇、甲醇和生物柴油）新能源风能太阳能地热能潮汐能生物质能利用形式气态技术（生物沼气、垃圾沼气、木质气）固态技术农林废弃物直燃、压缩成型（发电、供热）我国生物质能利用重点领域和总体布局表注：表格由可再生能源发展“十一五”规划整理而成随着生态文明村镇的建设和社会用能水平的提高，秸秆等生物质能的管理利用问题越来越突出，一些村镇仍然在焚烧秸秆，造成新的环境污染。另一方面矿物能源的涨价，使很多人又重新把目光转向秸秆等生物质能，但是大量秸秆等生物质的储存、利用、防火安全等技术问题需要解决。广义生物质能包括植物种子、秸秆、树木枝条、牧草、畜禽粪便以及生活有机垃圾等。狭义的生

2、物质能通常是指农业、林业废弃物，如各种作物秸秆、树叶、锯屑、蔗渣等。什么是生物质能？生物质的缺陷：松散性易燃性、持续性低如何解决生物质的松散性、易燃性、不均匀性问题？解决自然界生物质的松散性、易燃性、不均匀性、安全储存等问题，直接的解决办法是压缩成致密固化块，根据形状和致密程度的不同，人们把这些产品根据形状叫做生物质颗粒、生物质压块或生物质压饼、生物质燃料棒。 生物质固化压缩成型生物质能成型燃料的优势：在体积热值方面接近煤，可作为煤的替代燃料；便于贮存和运输的优点。 正常燃烧情况下无烟尘和黑烟排出，烟气中SO2、NOX、CO的排放浓度均低于国家环保标准，污染物排放小于煤。 是居民生活炊事取暖和

3、工业生产用能的良好燃料，可替代煤炭、天然气、液化气等不可再生能源作为新型的能源供应。生物质燃料二氧化碳零排放植物生长期吸收二氧化碳生物质燃料燃烧排放的CO2是植物生长期所吸受的，不会增加大气中CO2的总量。国际上称之为CO2零排放，也称碳中性。燃烧排放二氧化碳生物质成型燃料锅炉类型工 业 锅 炉燃料种类燃煤(散煤)燃煤(型煤）燃用生物质天然气热效率 (%)65757580808390大气污染物排放烟尘(mg/m3)1500800250微量SO2 (mg/m3)1.2S3.2S1.0S2.2S20微量NOX (mg/m3)1001508015050150150CO (%)0.080.10.050

4、.10.050.40.02CO2 (t/t煤)1.51.61.41.5排放与生长期抵消2.4（t/km3）林格曼黑度(级)12111工业锅炉热性能及大气污染物排放现状公司生物质锅炉产品性能评价燃用生物质颗粒燃料锅炉节能和减排生物质颗粒燃料锅炉检测结果检测单位盛昌公司 中国经济时报社 房山区复兴苗木繁育中心 锅炉容量（MW）0.7 2.1 1.4热效率 (%)818383大气污染物排放烟尘(mg/m3)285 （6）260（8）215（8）SO2 (mg/m3)2010NOX (mg/m3)11712585CO (%)0.120.110.10CO2 (t/t煤)1.51.61.6林格曼黑度(级)

5、111不同能源锅炉燃料成本比较（0.7MW）经济性项目煤炭（类烟煤）轻柴油天燃气生物质燃料燃料发热量5000(KJ/kg)10200(KJ/kg)8700(KJ/m3)3800(KJ/kg)锅炉效率74%88%88%80%燃料密度(kg/m3)1100-1400(kg/m3)830-860(kg/m3)0.74(kg/m3)600-1000(kg/m3)燃烧CO2排放量.kg/kg1.783.061.960燃烧SO2排放量.g/kg0.5% (特低硫煤)0.25%（设计用代表燃油）/0.1%燃烧NOX排放量.g/kg2.943.671.87 (g/m3)1.02市场价格800元/吨7571元/

6、吨1.95元/立方米600元/吨燃料消耗(1吨锅炉/小时)163kg/h67 kg/h79 m3/h198 kg/h燃料费用(1吨锅炉/小时)元130.4507.26154.05118.81.以上价格以北京市2010年5月份格为参考2.煤的含硫量以特低硫煤为准，燃油以设计用代表性燃油为准3.污染物的排放以全国污染物普查排放系数手册为准。“能源问题”“环境问题”“三农问题” 农林废弃物资源化利用 改善农村能源结构 提高农民收入、增加农民就业岗位 新的、可再生的替代能源 优化能源结构、增加能源供给 提高能源使用效率 CO2零排放、SO2、氮氧化物低排放 减少秸秆焚烧污染空气生物质成型燃料有助于解决

7、我国三大战略难题 欧洲、美国、日本等发达国家生物质成型燃料产业发展已进入商品化阶段，拥有成熟的技术，完整的标准体系和不断增长的市场。国外生物质成型燃料产业发展现状以德国为例40多座生物质燃料厂，240万吨1100多个生物质工业供暖设施 超过10万台民用生物质颗粒采暖炉200多座生物质热电联供厂，2008年供电超过 1170万千瓦时 可再生能源供热的92%来自于生物质能，其中77.8%来自于生物质成型燃料成型燃料厂经销商炉具制造商锅炉制造商配件商协会及组织 德国2008年可再生能源供热统计 生物质成型燃料（民用）生物质成型燃料（工业）生物质成型燃料（热电联产）液态生物质燃料生物质燃气垃圾类生物质

8、太阳能供热深层地热浅层地热国内生物质成型燃料产业发展现状生物质资源丰富我国粮食与秸秆产量发展趋势（根据中国农业年鉴整理） 我国秸秆年产量约7亿吨，另有约1.2亿吨稻壳、蔗渣、花生壳等剩余物。据农业部对粮食产量预测分析，到2020年我国主要作物的秸秆总量将达到8亿吨。 我国林木生物质资源预测（亿吨 ）我国现有生物质成型燃料生产厂近200家。秸秆燃料厂主要分布在华北、华中和东北等地；木质颗粒燃料厂主要集中在华东、华南、东北和内蒙等地。国内现有成型设备生产厂家100多家，主要分布在河南、河北、山东等地区。国内生物质燃烧技术生物质成型燃料村镇应用炉具生物质工业锅炉生物质电站锅炉生物质炉具和锅炉近来也有

9、长足发展，如广州迪森、重庆良奇、山东多乐、湖南万家、张家界三木、北京桑普和北京老万等。但由于种种原因，使用可靠、技术先进、价廉物美、能批量投入工业生产、满足广大用户使用要求的产品并不多。国家产业政策序号政策文件相关内容1可再生能源法本法是为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展而制定的。2可再生能源发展中长期规划到2010年和2020年，生物质固体成型燃料年利用量分别达到100万吨和5000万吨。3财政部秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法：150元/吨秸秆4关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见有序发展以秸秆为原料的生物质能。积极

10、利用秸秆固化成型及炭化等发展生物质能，逐步改善农村能源结构。加大资金投入，对生产秸秆固化成型燃料等给予适当资金支持。5农业生物质能产业发展规划（0715年)到2010年，全国建成400个左右秸秆固化成型燃料应用示范点，秸秆固化成型燃料年利用量达到100万吨左右，到2015年，秸秆固化成型燃料年利用量达到2000万吨左右。序号政策文件相关内容6能源发展“十一五”规划“十一五”期间，重点发展资源潜力大、技术基本成熟的风力发电、生物质发电、生物质成型燃料、太阳能利用等可再生能源，以规模化建设带动产业化发展。7关于加强节能工作的决定优化用能结构，大力发展高效清洁能源。逐步减少原煤直接使用。大力发展风能

11、、太阳能、生物质能、地热能、水能等可再生能源和替代能源。8中国应对气候变化国家方案减缓温室气体排放的重点领域之一是“推进生物质能源的发展，以生物质发电、沼气、生物质固体成型燃料和液体燃料为重点，大力推进生物质能源的开发和利用。点火容易燃烧速度均匀适中燃烧所需的氧量与外界渗透扩散的氧量能够较好的匹配燃烧波浪较小，燃烧相对稳定。生物质成型燃料燃烧特性生物质燃烧过程特点：三个阶段：1）预热干燥；2）挥发分的析出、燃烧与焦炭形成；3）残余焦炭燃烧。含水量高且多变，热值低，炉前热值变化快，燃烧组织困难；密度小，空隙率高，结构松散，迎风面积大，悬浮燃烧比例大；挥发分高，且析出温度低、析出过程迅速，燃烧组织

12、需与之适应；着火容易，燃尽困难；碱金属和氯腐蚀问题突出燃烧设备的设计与运行方式的选择须从其燃烧特性出发！生物质燃烧特性生物质成型燃料燃烧机理静态渗透式扩散燃烧，燃烧过程从燃料的着火后开始，其燃烧过程分成：(1)表面可燃挥发物燃烧，形成橙黄色火焰。(2)除表面部分可燃挥发物燃烧外，表层部分的碳处于过渡燃烧区，形成橙红色较长火焰。(3) 表面仍有较少的挥发分燃烧，更主要的是燃烧向成型燃料更深层渗透。焦碳扩散燃烧，燃料表层生成薄灰壳，外层包围着淡蓝色短火焰。(4)燃料进一步向更深层发展，在层内主要进行碳燃烧，在球表面进行一氧化碳的燃烧。（5）燃尽灰壳不断加厚，可燃物基本燃尽。特点：体积小，密度大，储

13、运方便燃料致密，燃烧持续稳定、周期长，燃烧效率高燃烧后的灰渣及烟气中污染物含量小与常规生物质及煤差别大，燃烧设备需重新设计（包括：炉内空气动力场、温度场和浓度场分布、过量空气系数大小、受热面布置等）国内：规模不大。国外：燃烧设备已定型，加工工艺合理、专业化、自动化程度高、热效率高、排烟污染小；已产业化，在加热、供暖、干燥、发电等多领域推广应用 引进技术不合国情国外：林业废弃物； 国内：秸秆类生物质成型燃料技术碱金属问题生物质灰高碱金属含量碱金属熔点低、易挥发碱金属易与床料等反应积灰、结渣、聚团特点：燃烧过程中不可避免造成锅炉寿命、热效率降低严重影响锅炉的安全、稳定、经济运行生物质燃烧存在的问题

14、结渣主要是由烟气中夹带的熔化或半熔化的灰粒（碱金属盐）接触到受热面凝结下来，并在受热面上不断生长、积聚而成，它的表面往往堆积较坚硬的灰渣烧结层，多发生在炉内辐射受热面上 积灰则是由生物质中易挥发物质（主要是碱金属盐）在高温下挥发进入气相后, 与烟气、飞灰一起流过烟道和受热面(主要是过热器和再热器)等设备时，会通过一系列的气固相之间的复杂的物理和化学过程以不同的形态在对流受热面上发生凝结、沾附或者沉降 碱金属问题聚团：生物质原料中的碱金属在流化床床料中在一定高温条件下反应形成低熔点的共晶化合物而引起颗粒聚团，妨碍流化，甚至造成流化失败颗粒被覆层包裹，覆层间相互粘结灰中的低温共晶体熔融粘结流化床燃

15、后料形态2SiO2+Na2CO3=Na2O2SiO2+CO24SiO2+K2CO3=K2O4SiO2+CO2床料中大块聚团样造成床结渣的几个关键因素：燃料特性 温度 床料的选择 覆盖层 常用结渣指标：灰熔点、灰成分和灰粘度灰熔点并不适合作为生物质积灰结渣的单一判别指标还应综合考虑基于灰成分和灰粘度的生物质积灰结渣特性指标：碱酸比、硅比、硅铝比、碱性指数、灰沾污指数等酸性氧化物一般具有较高的熔点，碱性氧化物构成的矿物质多属于低熔点化合物，故这两种氧化物的比值，可反映燃料中的原生的及燃烧生成的低熔点盐类的多少。 碱酸比：碱酸比指标判别结渣的分级界限 Rb/a1.75结渣倾向低中高严重硅比是一个权衡

16、液态渣粘度的指标。硅比G增加，渣的粘度也增加，其计算公式如下：硅比：式中：当量Fe2O3= Fe2O3+1.1 FeO+ 1.43Fe若：G78.8，轻微结渣；G=66.1-78.8， 中等结渣；G66.1，严重结渣硅铝比：硅铝比的大致判别界限：(SiO2/Al2O3)2.65 时属严重结渣。 定义：燃料的单位发热量中的碱金属氧化物(K2O+Na2O)的质量含量(kg/GJ)。其表达式如下： Yt(YK2O+YNa2O)/Q碱性指数：Q燃料在干燥基和定容条件下的高位发热量，GJ/KgYt燃料中的灰分百分含量，YK2O、YNa2O灰分中碱性氧化物K2O+Na2O的百分含量，其判别条件为：当碱性指

17、数小于0.17时，发生结渣的可能性极小；当碱性指数在0.170.34之间，发生结渣的可能性增加；当碱性指数大于0.34时，发生结渣 灰沾污指数(略）生物质试样碱酸比硅比硅铝比碱金属含量碱性指数沾污指数木屑0.72368.999.58411.9430.341.496花生壳0.75869.527.61118.5520.341.712谷壳0.09894.5565.683.5450.340.004886稻秸0.53275.6275.9516.9820.341.402生物质的结渣指标计算值 综合各指标可得出，稻秸和花生壳的结渣倾向严重，木屑次之，谷壳相对轻微。 防止炉内积灰、结渣、聚团的对策与煤混烧，降

18、低燃料碱金属含量对流化床，寻找适宜的惰性床料。可以选择富含抑制聚团烧结元素的床料，提高了烧结发生的温度，以保证正常流化合理的风速和一二次风比，控制密相区燃烧份额和合理的床温采用烟气再循环控制床温及时排出大渣，保证均匀流化监视炉内各点温度和控制风量碱金属问题解决方法氯腐蚀问题生物质中氯含量相对较高（如稻草），氯在燃烧过程中的挥发及其与锅炉受热面的反应会引起锅炉的腐蚀。 生物质燃料锅炉发生高温氯腐蚀的原因主要是生物质中的氯在燃烧过程中以HCl形式挥发出来，与锅炉的金属壁面发生反应 ：Fe+2HClFeCl2+H22Fe+6HCl2FeCl3+3H22FeCl2+Cl22FeCl32Fe+ 3Cl2

19、2FeCl34FeCl3+3O22Fe2O3+6Cl24FeCl2+3O23Fe2O3+4Cl2Fe2O3(保护膜)+6HCl2FeCl3+3H2O4FeCl2+O22FeCl3+2FeOCl4FeOCl+ O22Fe2O3+2Cl2只要HCl和Cl2不断补充，腐蚀反应就会一直进行，而且，FeCl3熔点很低。仅为282，较易挥发，对保护膜的破坏较为严重。除了对Fe、Fe2O3的侵蚀外，氯与氯化物还可在一定条件下对Cr2O3保护膜构成腐蚀： 2Cr2O3+4Cl2+O24CrO2Cl2Cr2O3+4HCl+H22CrCl2+3H2O2Cr2O3+8NaCl+5O24Na2CrO4+4Cl24Cr

20、Cl2+3O2Cr2O3+4Cl22MCl+SO3+H2OM2SO4+2HCl2MCl+SO2+O2M2SO4+Cl2当氯、硫化合物共存时： 氯腐蚀问题氯、硫化物+ H2O、O2，加速高温腐蚀过程。除了以上高温气体腐蚀和熔融盐腐蚀之外，HCl气体还易在烟道出口处形成露点腐蚀。合理调整工况加入钙基吸收剂脱氯 过热器材料选耐腐蚀的不锈钢容易腐蚀区加保护套管在管壁采用高温喷涂各部分过热器布置有效吹灰器，加强吹灰高温氯腐蚀防治措施：氯腐蚀问题解决方法如何将秸秆压块成型？如何将秸秆压块成型？ 压块成型机在工作时，先将生物质秸秆粉碎成1030毫米，由输送机输送至强制喂料器，强制喂入压缩机环模腔内。在压辊和环模的摩擦挤压下，