生物质直接燃烧技术的发展研究

1、能源研究与信息 第 21 卷 第 1 期 Energy Research and Information Vol. 21 No. 1 2005 收稿日期：2004-12-02 作者简介：张 明(1978-)，男(汉)，安徽巢州人，硕士研究生。 文章编号: 1008-8857(2005)01-0015-06 生物质直接燃烧技术的发展研究 张 明, 袁益超, 刘聿拯 (上海理工大学 动力工程学院, 上海 200093;) 摘 要: 随着能源危机和环境问题的日益严重，人们不断致力于开发研究低污染、可再生的 新能源。在众多的可再生能源中，生物质能是一种储量丰富、清洁方便的绿色可再生能源， 具有极大的开

2、发潜力。为了大力开发利用生物质资源，分析比较了国内外生物质直接燃烧技 术发展现状，提出应根据生物质燃料的燃烧特性，开发相应的燃烧技术和燃烧设备，以实现 生物质资源的大规模集中高效利用。 关键词: 生物质; 燃烧; 锅炉 中图分类号: TK6 文献标识码: A 众所周知，人类的生存和发展离不开能源。随着世界能源需求量的迅猛增长，以煤、石 油、 天然气为代表的常规能源将最终被开采殆尽， 同时大量使用这些化石燃料会导致一系列严 重的环境污染问题。因此，大力提高能源的利用效率，以高新技术开发低污染、可再生的新能 源，逐步取代石油、煤、天然气等不可再生能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径。在 众多的

3、可再生能源中，生物质能以其资源储量丰富、清洁方便和可再生的特点，具有极大的开 发潜力。 生物质能是指绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量， 其主要来源是：农林废弃物、工业废水和废渣、城市生活垃圾以及人畜粪便等。目前，生物质 的开发利用技术主要包括生物质的固化、气化、液化，以及生物质直接燃烧。国外许多国家都 相继制定了各自的生物质能源研究开发计划13，如美国的能源农场、日本的阳光计划、巴西 的酒精能源计划以及印度的绿色能源工程等。就我国的基本国情和生物质利用开发水平而言， 生物质直接燃烧技术无疑是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。 1 生物质燃料的燃烧特性 研究

4、生物质燃料的组成成分，掌握其燃烧特性，有利于进一步科学、合理地开发利用生 物质能。从刘建禹、翟国勋等4对生物质燃料特性的研究可以发现，生物质燃料与化石燃料相 比存在明显的差异，如表 1 所示。由于生物质燃料特性与化石燃料不同，从而导致了生物质燃 料在燃烧过程中的燃烧机理、反应速度以及燃烧产物的成分与化石燃料相比也都存在较大差 能源研究与信息 2005 年 第 21 卷 16 别，表现出不同于化石燃料的燃烧特性。生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发份的析出、燃烧 和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段，其燃烧过程的特点是： (1) 生物质水分含量较多，燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产生的烟气体

5、 积较大，排烟热损失较高； (2) 生物质燃料的密度小，结构比较松散，迎风面积大，容易被吹起，悬浮燃烧的比例 较大； (3) 由于生物质发热量低，炉内温度场偏低，组织稳定的燃烧比较困难； (4) 由于生物质挥发份含量高，燃料着火温度较低，一般在 250350温度下挥发份就 大量析出并开始剧烈燃烧，此时若空气供应量不足，将会增大燃料的化学不完全燃烧损失； (5) 挥发份析出燃尽后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃烧速度缓慢、 燃尽困难，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残留较多的余碳，增大机械不完全燃烧 损失。 由此可见，生物质燃烧设备的设计和运行方式的选择应从不同种类生物质的燃

6、烧特性出 发，才能保证生物质燃烧设备运行的经济性和可靠性，提高生物质开发利用的效率。 表 1 生物质燃料与煤的燃料特性 Table 1 Fuel characteristics of biomass wastes and coal 工业分析成分/% 元素组成/% 燃料 种类 Wf Af Vf Cfgd Hf Cf Sf Nf K2Of 低位热值 Qydw/(kJkg-1) 豆秸 5.10 3.1374.65 17.12 5.8144.790.115.8516.3316 16 稻草 4.97 13.8665.11 16.06 5.0638.320.110.6311.2813 98 玉米秸 4.8

7、7 5.9371.45 17.75 5.4542.170.120.7413.8015 55 麦秸 4.39 8.9067.36 19.35 5.3141.280.180.6520.4015 37 牛粪 6.46 32.4048.72 12.52 5.4632.070.221.413.8411 63 烟煤 8.85 21.3738.48 31.30 3.8157.420.460.93- 24 30 无烟煤 8.00 19.027.85 65.13 2.6465.650.510.99- 24 43 2 生物质直接燃烧技术的发展现状 2.1 生物质直接燃烧技术的特点 生物质直接燃烧是将生物质直接作为

8、燃料燃烧，燃烧产生的能量主要用于发电或集中供 热。作为最早采用的一种生物质开发利用方式，生物质直接燃烧具有如下特点： (1) 生物质燃烧所释放出的 CO2大体相当于其生长时通过光合作用所吸收的 CO2，因此 可以认为是 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) 生物质燃料可与矿物质燃料混合燃烧，既可以减少运行成本，提高燃烧效率，又可 以降低 SOx、NOx等有害气体的排放浓度； (4) 采用生物质燃烧设备可以最快速度地实现各种生物质资源的大规模减量化、无害化、 资源化利用，而且成本较低，因而生物质直接燃烧技术具有良好的经济性和开发潜力

9、。 第 1 期 张 明等：生物质直接燃烧技术的发展研究 17 2.2 生物质直接燃烧技术 生物质直接燃烧主要分为炉灶燃烧和锅炉燃烧。炉灶燃烧操作简便、投资较省，但燃烧 效率普遍偏低，从而造成生物质资源的严重浪费；而锅炉燃烧采用先进的燃烧技术，把生物质 作为锅炉的燃料燃烧， 以提高生物质的利用效率， 适用于相对集中、 大规模地利用生物质资源。 生物质燃料锅炉的种类很多，按照锅炉燃用生物质品种的不同可分为：木材炉、薪柴炉、秸秆 炉、垃圾焚烧炉等；按照锅炉燃烧方式的不同又可分为流化床锅炉、层燃炉等。 2.2.1 生物质直接燃烧流化床技术 目前，国外采用流化床技术开发生物质能已具有相当的规模和一定的运行经验。美国爱达 荷能源产品公司已经开发生产出燃生物质媒体流化床锅炉， 蒸汽锅炉出力为 4.5 th-150 th-1， 供 热锅炉出力为 36.67 MW；美国 CE 公司利用鲁奇技术研制的大型燃废木循环流化床发电锅炉 出力为 100 th-1，蒸汽压力为 8.7 MPa；美国 B combustion; boiler 2 月俄罗斯天然气产量达 533 亿 m3 2005 年 3 月 23 日，俄罗斯联邦统计局说，俄罗斯在 2 月份生产天然气 533 亿 m3，与去 年同期相比保持不变，但比 1 月份的产量下降 8.6%