太陽能熱發(fā)電地?zé)?生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所參考教材：參考教材：嚴陸光嚴陸光, , 顧國彪顧國彪, , 賀德賀德馨等主編，中國電氣工程大典第馨等主編，中國電氣工程大典第7 7卷卷-可再生能源發(fā)電工程，中可再生能源發(fā)電工程，中國電力出版社，國電力出版社，20102010年年哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽能地?zé)崮苌镔|(zhì)能水能海洋能風(fēng)能哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 7.1 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng) 7.2 地?zé)崮馨l(fā)電系統(tǒng) 7.3 生物質(zhì)能發(fā)電系統(tǒng) 光熱轉(zhuǎn)換 光電轉(zhuǎn)換 光化學(xué)轉(zhuǎn)換發(fā)電發(fā)電哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽能熱發(fā)電是將太陽輻射能太陽輻射能聚集起來加熱工質(zhì)，經(jīng)熱交換器產(chǎn)生過熱蒸汽，再由

2、蒸汽驅(qū)動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電；其原理與普通熱電站相同，發(fā)展方向也是提高蒸汽溫度與壓力，以提高熱電轉(zhuǎn)換效率和增大單機組容量，改善經(jīng)濟性能，主要區(qū)別在于太陽輻射的熱能替代化石燃料燃燒產(chǎn)生的熱能來加熱。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所國際上自20世紀70年代后期以來，開始進行了認真的研究發(fā)展工作；太陽能熱發(fā)電的主要困難在于，太陽輻射功率密太陽輻射功率密度低（度低（1kW/m2以下）及隨季節(jié)、晝夜與氣候條件以下）及隨季節(jié)、晝夜與氣候條件的變化而變化，具有不連續(xù)性及不穩(wěn)定性的變化而變化，具有不連續(xù)性及不穩(wěn)定性。因此，大規(guī)模發(fā)電應(yīng)解決大面積能量的聚集、跟蹤、長距離傳輸、轉(zhuǎn)化與儲存等一系列科學(xué)技術(shù)問題和相當大的

3、資金投入，使得雖然太陽能資源不需付費，但是度電成本還不低。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所示范電站示范電站哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所槽式發(fā)電系統(tǒng)的研究開發(fā)始于20世紀70年代末至80年代初，自1985年起在美國加州建成九座電站，所達到的水平是，總發(fā)電功率為35.4萬kW，單機最大容量為8萬kW，聚光效率為73%76%，至換熱器的熱效率為43%，最高工質(zhì)溫度為300400 ，發(fā)電效率為30%37%，總效率為13%16%，每萬千瓦發(fā)電功率的太陽場面積約為0.060.05km2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽場集熱系統(tǒng)太陽場集熱系統(tǒng)熱傳輸系統(tǒng)熱傳輸系統(tǒng)蓄熱與熱交換蒸蓄熱與

4、熱交換蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)汽發(fā)生器系統(tǒng)汽輪發(fā)電機系統(tǒng)汽輪發(fā)電機系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所圖1.1-5所示槽式太陽熱發(fā)電系統(tǒng)，由太陽場集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱與熱交換蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)與汽輪發(fā)電機系統(tǒng)四部分組成。太陽場集熱系統(tǒng)由槽式拋物面聚光鏡與位于焦線的真空管集熱器組成。聚光鏡配有自動跟蹤系統(tǒng)可跟蹤太陽，集熱管內(nèi)有流動的工質(zhì)（通常為油）吸收輻射能而被加熱，被加熱的工質(zhì)經(jīng)輸運管道進入蒸汽發(fā)生器，通過熱交換產(chǎn)生所需的高溫高壓蒸汽，再用蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所槽式聚光器槽式聚光器Parabolic trough concentrator哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所One-

5、axis tracking parabolic trough with axis oriented east-west哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所Collectors in southern CA哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所槽型拋物面鏡聚光集熱器是一種線聚焦（一維聚光）集熱器，其聚光比比點聚焦（二維聚光）的塔式系統(tǒng)低得多，且稱為集熱管的吸收器，其散熱面積也較大，因而集熱管所能達到的工質(zhì)溫度一般不超過400 ，屬中溫、分散性系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有模塊化結(jié)構(gòu)，不像塔式系統(tǒng)只有相當容量規(guī)模才有較好的技術(shù)經(jīng)濟性，其系統(tǒng)組成聚光集熱等裝置全都布置在地面上，安裝和維護比較方便。特別

6、地，全部聚光集熱器可同步跟蹤，從而使控制成本大為降低。但槽式熱發(fā)電系統(tǒng)的主要缺點是能量聚集過程還要多用管道和泵，故致使熱輸送管路比塔式系統(tǒng)復(fù)雜，輸熱損失和流阻損失也較大。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所20世紀80年代中期，以美國LUZ（魯茲）公司為代表，研制出了拋物柱面集熱式太陽能發(fā)電，如下圖所示，這種集熱方式是橫向線性，被加熱工質(zhì)沿聚焦線流動，比塔式的定日聚焦簡便，不要建高塔，可以平面布置。其經(jīng)濟性可以與普通熱電競爭，如美國加利福尼亞新投入的2臺8104 kW的太陽能發(fā)電機組，單機年發(fā)電量已達25 MWh，發(fā)電成本每度約為8美分，因此已具有商業(yè)開發(fā)意義。若考慮社會效益，這種發(fā)電方式將優(yōu)于消耗石

7、化能源的電力生產(chǎn)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所Solar Electric Generator StationSEGS系列最后2個光熱電廠的容量是80MW，他們都坐落在加利福尼亞的哈珀湖。為了得到這些輸出的電力，他們需要更大的場地布置槽式集熱器組件，每個組件長100m。傳熱流體被泵送過142個平行的回路，每一個回路包含串聯(lián)的6個組件。這個系統(tǒng)在全日照下，可以將工質(zhì)加熱到410 ?？梢援a(chǎn)生過熱蒸汽，而且適用于蒸汽輪機。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所塔式太陽熱發(fā)電系統(tǒng)在太陽場內(nèi)設(shè)置大量定日鏡，它們由跟蹤裝置控制將太陽

8、輻射聚集到位于塔頂?shù)募療峤邮掌?，使在接收器?nèi)產(chǎn)生所需的蒸汽，再由蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所20世紀80年代，世界上建成了七座塔式電站，均屬于千千瓦級試驗電站，產(chǎn)生了至520 /100大氣壓的蒸汽，每萬千瓦電輸出的定日鏡面積約為0.040.12km2，投資較高。在這些電站中，美國1萬kW的“太陽一號”（Solar One）是性能發(fā)揮較好的系統(tǒng)，長期試驗與運行表明其技術(shù)可靠，對環(huán)境影響小，能為公眾所接受，也發(fā)現(xiàn)了一些需改進的問題，是第一代塔式電站的代表。與“太陽一號”試驗運行的同時，還進行了“太陽二號”的研發(fā)與建設(shè)試驗工作，它采用熔融硝酸鹽作

9、為傳熱介質(zhì)，以提高接收器的熱效率和使儲熱系統(tǒng)變得簡單和高效，發(fā)電功率為1萬kW的電站于1996年建成，19971999年成功運行。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 塔式電站用一個塔式電站用一個。吸收器利用由許多反射鏡聚集的陽光把其中的介。吸收器利用由許多反射鏡聚集的陽光把其中的介質(zhì)質(zhì)( (如水如水) )加熱，并產(chǎn)生溫度和壓力都相當高的蒸汽。加熱，并產(chǎn)生溫度和壓力都相當高的蒸汽。蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。 塔式電站的塔式電站的聚光倍數(shù)高聚光倍數(shù)高(1000(10003000)3000)，其介

10、質(zhì)工，其介質(zhì)工作溫度通常大于作溫度通常大于350350，因此通常被稱為，因此通常被稱為高溫太陽能高溫太陽能熱發(fā)電熱發(fā)電。 塔式電站的優(yōu)點是聚光倍數(shù)高，容易達到較高的塔式電站的優(yōu)點是聚光倍數(shù)高，容易達到較高的工作溫度；能量集中過程由反射光一次完成，方法簡工作溫度；能量集中過程由反射光一次完成，方法簡捷有效；吸收器散熱器面積相對較小，光熱轉(zhuǎn)換效率捷有效；吸收器散熱器面積相對較小，光熱轉(zhuǎn)換效率高。高。 但塔式電站但塔式電站建設(shè)費用高建設(shè)費用高，其中反射鏡的費用占，其中反射鏡的費用占50%50%以上。太陽能塔式電站的總體效率可以達到以上。太陽能塔式電站的總體效率可以達到20%20%。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒

11、工程研究所 目前世界上較大的太陽能塔式電站功率已達到目前世界上較大的太陽能塔式電站功率已達到10104 4kWkW，太陽能輻射通過多個反射鏡聚集到放置在，太陽能輻射通過多個反射鏡聚集到放置在高塔頂?shù)闹行奈掌魃稀Ｓ嬎銠C控制高塔頂?shù)闹行奈掌魃?。計算機控制，這保障了每塊反射鏡都能隨時把太陽能反射到吸收這保障了每塊反射鏡都能隨時把太陽能反射到吸收器上，但這無疑器上，但這無疑。 塔式電站的塔式電站的是太陽能電站是太陽能電站。例如，一個計劃中的。例如，一個計劃中的1MW1MW的塔式電站，要用的塔式電站，要用2.932.93萬塊反射鏡，單鏡面積為萬塊反射鏡，單鏡面積為30m30m2 2。這些反射鏡布。這

12、些反射鏡布置在置在3km3km2 2的場地上，塔的高度為的場地上，塔的高度為305m305m。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所100m2定日鏡定日鏡heliostat哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所Current heliostat prices $125 to $159 m-2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所定日鏡群由許多平面反射鏡組成，采用計算機控制，自動跟蹤太陽，所有鏡面都將太陽光反射到高塔的接收器（集熱鍋爐）上，它把收集的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱接收器?nèi)的工質(zhì)，產(chǎn)生蒸汽送往汽輪機，由汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，此發(fā)電站的運行溫度約為500 ，熱效率在熱效率在15%以上以上，

13、這種發(fā)電站占地面積大，如美國加利福尼亞1號電站，功率為104KW，定日鏡有1818塊，每塊為39.1 ，總面積達71084 ，塔高55m，十分壯觀。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所Power tower in Barstow, California 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所Power tower in Barstow, California 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 采用碟狀采用碟狀(也稱盤也稱盤狀狀)拋物鏡作集熱拋物鏡作集熱器器。 Small scale distributed applications 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所碟式太陽能熱發(fā)電與塔式相似，二者都是使用點點聚焦聚焦的聚

14、光集熱方式，聚光比可以達到15003000，工作溫度可達到800 以上。近20年來它在西方發(fā)達國家得到了迅速地發(fā)展，單元系統(tǒng)從2kW發(fā)展到50kW。碟式聚光太陽能熱電系統(tǒng)具有較高的光學(xué)效率、較低的跟蹤誤差以及采用了等效于卡諾循環(huán)的斯特林（stirling）循環(huán)或布雷頓（brayton）循環(huán)，從而使其系統(tǒng)有較高的熱電轉(zhuǎn)換效率。據(jù)報道，峰值太陽能轉(zhuǎn)化為電能的凈效率可以達到29.4%。碟式系統(tǒng)是基于模塊化的設(shè)計思想，使其既可以作為分布式發(fā)電系統(tǒng)在邊遠地區(qū)單獨使用，也可以建成兆瓦級的電站并網(wǎng)發(fā)電。目前，美國、歐洲以及澳大利亞等國已經(jīng)完成了系統(tǒng)的原型示范，正在向商業(yè)化方向發(fā)展。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究

15、所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所圖1.1-7碟式太陽熱發(fā)電系統(tǒng)，太陽能收集器由碟狀拋物面聚光反射鏡及位于焦點的吸收器組成，其聚光比可達數(shù)百到數(shù)千聚光比可達數(shù)百到數(shù)千，從而可產(chǎn)生高溫。吸收器將所吸收的太陽熱能傳給熱機回路中的工質(zhì)，由工質(zhì)驅(qū)動熱機與發(fā)電機組發(fā)電，整個系統(tǒng)配有整個系統(tǒng)配有微機控制系統(tǒng)，對反射鏡精確跟蹤太陽及發(fā)電機微機控制系統(tǒng)，對反射鏡精確跟蹤太陽及發(fā)電機組進行控制組進行控制。在美國與歐洲，已實現(xiàn)多個碟式發(fā)電的示范項目。由于鏡子直徑不宜太大，從而單鏡子直徑不宜太大，從而單個裝置的電輸出一般僅為幾十千瓦個裝置的電輸出一般僅為幾十千瓦，如光伏電源一樣，可以作為離網(wǎng)的獨立電源，用于邊遠無電地區(qū)

16、分散供電，也可用于大量碟式集熱器并聯(lián)形成大功率電站，大批量生產(chǎn)造價會大大下降，但并聯(lián)技術(shù)困難也很大。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所Because they work best under direct sunlight, parabolic dishes must be steered throughout the day in the direction of the sun.哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所由于系統(tǒng)使用點聚焦的聚光方式，因此系統(tǒng)的跟蹤精度要求非常高，以便接受更多的太陽直射輻射，減少由于偏焦所引起的能量損失。在聚光器焦斑的位置上，可以放置斯特林機（sti

17、ring engine）、布雷頓機（brayton engine）或者微型汽輪機等，其根本目的就是要將聚光器收集的高密度熱流進行有效的利用。目前采用的是斯特林機，這主要是由于斯特林熱循環(huán)本身的熱效率高、斯特林機的熱能向機械能的轉(zhuǎn)換效率高（約40%）、能量密度高（4070kW/L）而且容易實現(xiàn)長期、低維護成本運行。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所拋物鏡拋物鏡 如建立一個如建立一個100MW的碟狀拋物鏡集熱器分散布置的的碟狀拋物鏡集熱器分散布置的太陽能電站，約需要太陽能電站，約需要12萬個直徑為萬個直徑為6m的拋物鏡的拋物鏡。高溫接收器高溫接收器管路及絕熱材料管路及絕熱材料跟蹤控制系統(tǒng)跟蹤控制系統(tǒng)哈爾

18、濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所槽式電站是槽式電站是，聚光倍數(shù)小于，聚光倍數(shù)小于100100。但槽式電。但槽式電站跟蹤精度低，導(dǎo)致控制代價小，同時采用管狀站跟蹤精度低，導(dǎo)致控制代價小，同時采用管狀吸收器，工作介質(zhì)受熱流動同時集中能量。槽式吸收器，工作介質(zhì)受熱流動同時集中能量。槽式電站的總體代價相對小，經(jīng)濟效益相對提高，所電站的總體代價相對小，經(jīng)濟效益相對提高，所以目前以目前。塔式電站和碟式拋物鏡集熱器分散布置式電站均塔式電站和碟式拋物鏡集熱器分散布置式電站均為為，聚光倍數(shù)高達，聚光倍數(shù)高達500500以上。以上。但塔式電站的但塔式電站的跟蹤代價高跟蹤代價高，碟式電站的，碟式電站的能量集中能量集中代價大

19、代價大，二者受到了目前技術(shù)水準的限制，實現(xiàn)，二者受到了目前技術(shù)水準的限制，實現(xiàn)商業(yè)化尚需時日。商業(yè)化尚需時日。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所最常見的太陽池裝有濃縮的鹽水，無論它是自然形成的還是人工建造的。保持池塘中鹽濃度的梯度中鹽濃度的梯度導(dǎo)致水溫梯度的倒置是太陽池運行的基礎(chǔ)。如果鹽在接近池底的濃度高于表面，那么底部的水較重（具有較高的密度），在加熱時將不會上升（對流）。因此，當陽光透過池塘?xí)r，底部的水被加熱且不會上升到表面以至于失去它的熱量。通過這種方法，接近塘底的溫度能升高到接近水的沸點。世界上有很多地區(qū)存在天然的這種池塘，也可以進行人造。鹽梯度池塘也可以用太陽能凝膠池塘來代替。池塘表面漂浮

20、的一層凝膠可以阻礙熱對流，防止熱量散失。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽池實質(zhì)上式一種具有一定濃度梯度的鹽水池，它具有太陽能集熱器和儲熱器的雙重功能。鹽池里的水在垂直方向具有一定的鹽度梯度，上部是新水，底部是較重的鹽水。太陽光透過鹽上部的水到達底部，加熱底部的鹽水，然后再不擾亂破壞太陽池水主體，維持池內(nèi)所需密度梯度的情況下，用泵從池底抽出已被加熱的鹽水，通過熱交換器換熱后，再送回池底。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽池?zé)岚l(fā)電就是應(yīng)用太陽池的特性，將天然鹽水湖建成太陽池，如同一個巨大的平板集熱器，利用它吸收太陽能，再通過熱交換加熱低沸點工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽，以驅(qū)動汽輪機發(fā)

21、電機組發(fā)電。以色列于1975年在死海邊建造了世界上第一座太陽池電站。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所由于水對長波輻射幾乎是不透明的，因此當太陽輻射進入池內(nèi)后，紅外部分在水面以下幾厘米的范圍內(nèi)就全部被吸收掉了，而可見光和紫外線則可穿透清水達數(shù)米的深度，并由涂黑的池底吸收。因為水是熱的非良導(dǎo)體，所以池底所吸收的熱量很少能通過傳導(dǎo)散失到大氣中去。同時，池水和池底作為輻射源，由于它們的溫度都較低（100 )，因此輻射的波長多在 遠紅外區(qū)，全部都被池水本身所吸收，因而輻射熱損失也極小。所以，關(guān)鍵在于控制池內(nèi)的鹽水濃度，使得由濃度梯度所造成的正密度梯度（即池頂為清水，池底為飽和鹽水溶液，池水密度自上而下越來越

22、大），超過由溫度梯度所造成的負密度梯度（即池頂溫度與大氣溫度相同，池底由于不斷吸收太陽能而溫度逐漸升高，所以池水密度自上而下越來越?。┦钩厮谪Q直方向上不會發(fā)生對流，因此對流熱損失也小。這樣，太陽輻射除了在池水表面層發(fā)生反射損失外，進入池內(nèi)的部分基本上全被池水和池底所吸收，只有少量熱量通過四壁和底部散失給土壤。太陽池可視為一種水平放置的大型集熱器，由于它的儲熱量較大，因此可作為跨季度蓄熱器使用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)由太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)由、和和3 3個基本部分所構(gòu)成。個基本部分所構(gòu)成。太陽能熱風(fēng)發(fā)電構(gòu)想是由德國斯圖加特大學(xué)的太陽能熱風(fēng)發(fā)電構(gòu)想

23、是由德國斯圖加特大學(xué)的J.SchlaichJ.Schlaich 教授于教授于1978 1978 年提出的。年提出的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽能集熱棚建在一塊太陽輻照強、絕熱性能比較好太陽能集熱棚建在一塊太陽輻照強、絕熱性能比較好的土地上。集熱棚和地面有一定間隙，可以讓周圍空的土地上。集熱棚和地面有一定間隙，可以讓周圍空氣進入系統(tǒng)；集熱棚中間離地面一定距離處安裝煙囪，氣進入系統(tǒng)；集熱棚中間離地面一定距離處安裝煙囪，在煙囪底部裝有渦輪機。太陽光照射集熱棚，集熱棚在煙囪底部裝有渦輪機。太陽光照射集熱棚，集熱棚下面的土地吸收透過覆蓋層的太陽能輻射能，并加熱下面的土地吸收透過覆蓋層的太陽能輻射能

24、，并加熱土地和集熱棚覆蓋層之間的空氣使集熱棚內(nèi)空氣溫度土地和集熱棚覆蓋層之間的空氣使集熱棚內(nèi)空氣溫度升高，密度下降，并沿著煙囪上升，集熱棚周圍的冷升高，密度下降，并沿著煙囪上升，集熱棚周圍的冷空氣進入系統(tǒng)，從而形成空氣進入系統(tǒng)，從而形成空氣循環(huán)流動空氣循環(huán)流動。由于集熱棚內(nèi)的空間足夠大，當集熱棚內(nèi)的空氣流到由于集熱棚內(nèi)的空間足夠大，當集熱棚內(nèi)的空氣流到達煙囪底部的時候，在煙囪內(nèi)將形成強大的氣流，利達煙囪底部的時候，在煙囪內(nèi)將形成強大的氣流，利用這股強大的氣流推動裝在煙囪底部的渦輪機，用這股強大的氣流推動裝在煙囪底部的渦輪機，帶動帶動發(fā)電機發(fā)電發(fā)電機發(fā)電。太陽能熱氣流發(fā)電技術(shù)原理太陽能熱氣流發(fā)電

25、技術(shù)原理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽能幾乎是取之不盡，用之不竭的清潔能源，太陽能幾乎是取之不盡，用之不竭的清潔能源，太陽能熱風(fēng)發(fā)電對環(huán)境無污染；太陽能熱風(fēng)發(fā)電對環(huán)境無污染；太陽能熱風(fēng)電廠通過設(shè)置蓄熱系統(tǒng)，可實現(xiàn)全天太陽能熱風(fēng)電廠通過設(shè)置蓄熱系統(tǒng)，可實現(xiàn)全天候運行；候運行；太陽能熱風(fēng)電廠設(shè)備簡單，透平發(fā)電機組是唯一太陽能熱風(fēng)電廠設(shè)備簡單，透平發(fā)電機組是唯一的運動部件，維護費用低；的運動部件，維護費用低；不需冷卻水、不產(chǎn)生二氧化碳氣體，對緩解全球不需冷卻水、不產(chǎn)生二氧化碳氣體，對緩解全球變暖有積極作用。變暖有積極作用。 但占地面積很大，發(fā)電效率約為但占地面積很大，發(fā)電效率約為1%1%，從而限

26、制了，從而限制了它的發(fā)展，目前仍處于探索試驗階段。它的發(fā)展，目前仍處于探索試驗階段。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所太陽能發(fā)電站與火力發(fā)電站之間的太陽能發(fā)電站與火力發(fā)電站之間的是是。集熱器的功用是有效的吸收太陽能而又不向外擴散。集熱器的功用是有效的吸收太陽能而又不向外擴散。以槽式電站為例，集熱器的主要類型有：真空管吸收以槽式電站為例，集熱器的主要類型有：真空管吸收器和腔體式吸收器。器和腔體式吸收器。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所真空管吸收器的結(jié)構(gòu)圖真空管吸收器的結(jié)構(gòu)圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所是金屬管與玻璃管之間不存在對流是金屬管與玻璃管之間不存在對流熱損，玻璃管外徑較小且透明，從而既減少了對陽

27、光的熱損，玻璃管外徑較小且透明，從而既減少了對陽光的遮影，也通過增大熱阻降低了外表面的對流熱損；有選遮影，也通過增大熱阻降低了外表面的對流熱損；有選擇性涂層的金屬管壁對陽光的吸收率很高，但發(fā)射率卻擇性涂層的金屬管壁對陽光的吸收率很高，但發(fā)射率卻非常低。非常低。是由于玻璃和金屬的熱膨脹系數(shù)不是由于玻璃和金屬的熱膨脹系數(shù)不同，玻璃管與金屬管之間存在溫差，造成中溫時同，玻璃管與金屬管之間存在溫差，造成中溫時( (略低略低于于350)350)真空封口處的玻璃容易脆裂，從而難以在室外真空封口處的玻璃容易脆裂，從而難以在室外環(huán)境下長期維持真空度；在中溫時光學(xué)選擇性涂層容易環(huán)境下長期維持真空度；在中溫時光學(xué)

28、選擇性涂層容易老化和脫落，難以長期維持大規(guī)模光學(xué)選擇性吸收表面老化和脫落，難以長期維持大規(guī)模光學(xué)選擇性吸收表面的熱穩(wěn)定性。的熱穩(wěn)定性。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 腔體式吸收器的結(jié)構(gòu)腔體式吸收器的結(jié)構(gòu)為一柱形腔體，外表面為一柱形腔體，外表面覆隔熱材料，由于腔體覆隔熱材料，由于腔體的黑體效應(yīng)，使其能充的黑體效應(yīng)，使其能充分吸收聚焦后的陽光。分吸收聚焦后的陽光。腔體式吸收器主要適用腔體式吸收器主要適用于長焦聚光器。圖于長焦聚光器。圖2-42-4為腔體式吸收器集熱器為腔體式吸收器集熱器剖面圖。剖面圖。腔體式吸收器集熱器剖面圖腔體式吸收器集熱器剖面圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所吸熱過程不是發(fā)生在最強

29、聚焦區(qū)，而是在聚焦過后和發(fā)射時，并以較吸熱過程不是發(fā)生在最強聚焦區(qū)，而是在聚焦過后和發(fā)射時，并以較大的內(nèi)表面積向工作流體傳熱，致使和真空管吸收器相比具有較低的大的內(nèi)表面積向工作流體傳熱，致使和真空管吸收器相比具有較低的投射輻射能流密度；投射輻射能流密度；腔體壁溫較均勻，可減小與流體之間的溫差，使開口的有效溫度降低，腔體壁溫較均勻，可減小與流體之間的溫差，使開口的有效溫度降低，從而最終使熱損降低；從而最終使熱損降低；經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的腔體式吸收器，熱性能比真空管吸收器穩(wěn)定，在同樣情經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的腔體式吸收器，熱性能比真空管吸收器穩(wěn)定，在同樣情況下，工作介質(zhì)平均溫度大于況下，工作介質(zhì)平均溫度大于23023

30、0時，腔體式吸收器既不需要抽真時，腔體式吸收器既不需要抽真空，也不需要涂光學(xué)選擇性涂層，僅采用傳統(tǒng)的材料和制造工藝；空，也不需要涂光學(xué)選擇性涂層，僅采用傳統(tǒng)的材料和制造工藝；成本低和便于維護也是腔體式吸收器的特性。成本低和便于維護也是腔體式吸收器的特性。腔體式吸收器的集熱效率大于真空管吸收器，這使它成為槽形拋物鏡腔體式吸收器的集熱效率大于真空管吸收器，這使它成為槽形拋物鏡集熱器的吸收器。腔體式吸收器的發(fā)展已受到重視集熱器的吸收器。腔體式吸收器的發(fā)展已受到重視。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所地?zé)崮苁侵纲A存在地球內(nèi)部的可再生熱能，一般集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶，起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變

31、。全球地?zé)崮艿膬α颗c資源潛量十分巨大。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所國際上地?zé)崮馨l(fā)電發(fā)展較快，目前全世界已有24個國家建成了地?zé)岚l(fā)電站，總裝機容量達800萬kW以上，利用程度較高的國家有美國、菲律賓、意大利、日本、墨西哥、新西蘭等。據(jù)2005年土耳其世界地?zé)岽髸l(fā)表的報告，目前從事地?zé)岚l(fā)電的國家已有24個，總裝機容量為8912MW，年發(fā)電量56798GWh。在世界地?zé)岚l(fā)電總裝機容量中，以美國居首位，為2544MW（占28.5%），我國為28MW，排名第15位。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所我國進行地?zé)岚l(fā)電研究工作起步較晚,始于六十年代末期。1970年5月首次在廣東豐順建

32、成第一座設(shè)計容量為86千瓦的擴容法地?zé)岚l(fā)電試驗裝置,地?zé)崴疁囟?1,廠用電率為56%。隨后又相繼建成江西溫湯、山東招遠、遼寧營口、北京懷柔等地?zé)嵩囼炿娬竟?1座,容量大多為幾十至一兩百千瓦。采用的熱力系統(tǒng)有擴容法和中間介質(zhì)法種(均屬于中低溫地?zé)崽?。我國地?zé)峥刹蓛α考s相當于 4626.5 億 TCE。近幾年我國地?zé)衢_采利用量每年以 7%的速度增長?，F(xiàn)在我國西藏已建成 3 座地?zé)犭娬?，全國總裝機容量達 29MW。到目前為止,除西藏八井地?zé)犭娬臼俏覈畲蟮牡責(zé)犭娬厩乙恢痹谌€(wěn)定發(fā)電外,其他11座地?zé)犭娬径枷嗬^停其原因主要是：地?zé)崴疁囟容^低，多在6591)，熱效率低(1.54%左右),廠用電率高(4

33、060%左右),沒有工業(yè)開發(fā)利用價值。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所目前世界上實際能利用的地?zé)豳Y源則很少,主要限于蒸汽田和熱水蒸汽田和熱水田田,這兩者統(tǒng)稱為地?zé)崽铩５責(zé)崮軐嵸|(zhì)上是一種以流體為載體的熱能，地?zé)岚l(fā)電屬于熱能發(fā)電。根據(jù)地?zé)豳Y源所產(chǎn)生的工作物質(zhì)狀態(tài)的不同，地?zé)犭娬痉譃楦筛烧羝娬尽裾粽羝娬?、濕蒸汽電站、熱水電汽電站、熱水電站三種站三種主要形式。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所此時地下熱儲的是干蒸汽，來自地?zé)嵘a(chǎn)井的干蒸汽1進入凝汽式汽輪機發(fā)電機組，然后汽輪機的排汽2則進入混合式冷凝器，向冷卻水放熱，并凝結(jié)成水3。冷卻所需冷卻水源可由冷卻塔或江河等冷卻水源所提

34、供。凝結(jié)水3經(jīng)凝結(jié)水泵壓縮升壓后，一部分送入冷卻塔，在塔內(nèi)，地?zé)崮Y(jié)水4被空氣冷卻后作為冷凝器的冷卻水源；而另一部分凝結(jié)水4則回灌地下，并被地下熱儲所加熱，完成一個循環(huán)，如此周而復(fù)始，連續(xù)完成熱功轉(zhuǎn)化過程。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所可以看出，地?zé)岚l(fā)電與燃燒化石燃料的熱電站原理相同，都用水和水蒸氣為載體，利用凝汽式汽輪機組進行熱能機械能電能轉(zhuǎn)換，兩者之間的區(qū)別主要在于：地?zé)犭娬緦べ|(zhì)的加熱是在地下熱儲中進行的，而熱發(fā)電廠則是在鍋爐中進行，因此地?zé)岚l(fā)電不需要龐大的鍋爐及其輔助設(shè)備，也不需要消耗化石燃料，因此地?zé)岚l(fā)電設(shè)備簡單、運行費用也很低。在地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中，由于不需回收凝結(jié)水，一般都采用冷卻效

35、率高及造價低的混合式或直接接觸式冷凝器。只當為了環(huán)保，對硫化氫（H2S）進行處理，及從H2S中回收硫磺時，才需采用表面式冷凝器。由于進入汽輪機的地?zé)嵴羝麉?shù)（溫度、壓力）低，質(zhì)量體積大，且焓降小，為了達到一定規(guī)模的發(fā)電量，就需要較大的蒸汽質(zhì)量流量，因此汽輪機的體積及進汽管道都相對較大。由于地?zé)崃黧w中溶有一些礦物質(zhì)和不凝氣體，因此地?zé)犭娬疽鉀Q防腐、防垢和環(huán)境保護等方面的問題。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所與干蒸汽電站不同，濕蒸汽電站使用來自地下熱儲的過熱水，引至地面過程中壓力要降低，部分熱水變成蒸汽，因而排出井口時形成濕蒸汽。利用濕蒸汽發(fā)電，先要通過汽水分離器將蒸汽分離出來，同時將剩余的熱水經(jīng)

36、閃蒸器減壓擴容，產(chǎn)生另一部分低壓蒸汽，然后將兩種壓力不同的蒸汽分別送入汽輪機的高壓段和低壓段做功發(fā)電。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所系統(tǒng)原理：地?zé)峋械恼羝?jīng)過分離器除去地?zé)嵴羝械碾s質(zhì)后直接引入普通汽輪機做功發(fā)電。系統(tǒng)原理見右圖。適用范圍：適用于高溫(160以上)地?zé)崽锏陌l(fā)電,系統(tǒng)簡單,熱效率為1015%,廠用電率12%左右。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所熱水電站又分閃蒸法地?zé)犭娬竞碗p循環(huán)地?zé)犭娬緝深?。閃蒸法地?zé)犭娬镜墓ぷ髟恚簛碜詿醿Φ臒崴?jīng)閃蒸器減壓擴容產(chǎn)生低壓蒸汽送入汽輪發(fā)電機做功發(fā)電。若擴容后排水溫度尚高，還可再次進行閃蒸。雙循環(huán)地?zé)犭娬镜墓ぷ髟恚旱責(zé)崴ㄟ^間壁式蒸發(fā)器，加熱器內(nèi)某種

37、低沸點介質(zhì)（如氟利昂、異丁烷等）使其產(chǎn)生低壓蒸汽，推動低沸點介質(zhì)汽輪機做功發(fā)電，排氣在冷凝器內(nèi)被冷卻水冷凝后用泵打回蒸發(fā)器重新加熱，循環(huán)使用。雙循環(huán)熱水電站的地?zé)崴疁囟仍降?，發(fā)電效率也越低，經(jīng)濟性就越差。因此，建這類電站應(yīng)根據(jù)水溫和其他條件，因地制宜地作具體的技術(shù)經(jīng)濟分析。此外，尚有干熱巖地?zé)岚l(fā)電、地壓地?zé)岚l(fā)電等方式，目前均處于試驗研究階段。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所根據(jù)水的沸點和壓力之間的關(guān)系，把地?zé)崴偷揭粋€密閉的容器中降壓擴容，使溫度不太高的地?zé)崴驓鈮航档投序v,變成蒸汽。由于地?zé)崴祲赫舭l(fā)的速度很快，是一種閃急蒸發(fā)過程,同時地?zé)崴舭l(fā)產(chǎn)生蒸汽時它的體積要迅速擴大，所以這個容器叫做

38、“擴容器”或“閃蒸器”。用這種方法產(chǎn)生蒸汽來發(fā)電就叫擴容法地?zé)崴l(fā)電。這是利用地?zé)崽餆崴l(fā)電的主要方式之一，該方式分單級擴容法系統(tǒng)和雙級(或多級)擴容法系統(tǒng)。系統(tǒng)原理：擴容法是將地?zé)峋趤淼闹袦氐責(zé)崞旌衔?先送到擴容器中進行降壓擴容(又稱閃蒸)使其產(chǎn)生部分蒸汽,再引到常規(guī)汽輪機做功發(fā)電。擴容后的地?zé)崴毓嗟叵禄蜃髌渌矫嬗猛?。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所單級擴容法系統(tǒng)簡單，投資低，但熱效率較低(一般比雙級擴容法系統(tǒng)低20%左右)，廠用電率較高。適用于中溫(90160)地?zé)崽锇l(fā)電。單級擴容法地?zé)岚l(fā)電原則熱力系統(tǒng)原理見右圖。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所雙級擴容法系統(tǒng)熱效率較高(一般比單級擴容法

39、系統(tǒng)高20%),廠用電率較低。但系統(tǒng)復(fù)雜,投資較高。適用于中溫(90160)地?zé)崽锇l(fā)電。雙級擴容法地?zé)崴l(fā)電原則熱力系統(tǒng)見右圖。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所中間介質(zhì)法地?zé)崴l(fā)電又叫熱交換法地?zé)岚l(fā)電，這種發(fā)電方式不是直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機做功，而是通過熱交換器利用地下熱水來加熱某種低沸點介質(zhì)，使之變?yōu)槠w去推動汽輪機發(fā)電,這是利用地?zé)崴l(fā)電的另一種主要方式。該方式分單級中間介質(zhì)法系統(tǒng)和雙級(或多級)中間介質(zhì)法系統(tǒng)。系統(tǒng)原理:在蒸發(fā)器中的地?zé)崴葘⒌头悬c介質(zhì)(如氟里昂、異戊烷、異丁烷、正丁烷、氯丁烷)加熱使之蒸發(fā)為氣體,然后引到普通汽輪機做功發(fā)電。排氣經(jīng)冷凝后重新送到蒸發(fā)器中反復(fù)循

40、環(huán)使用。有的教科書又將此系統(tǒng)稱為雙流體地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所單級中間介質(zhì)法系統(tǒng)簡單,投資少,但熱率低(比雙級低20%左右),對蒸發(fā)器及整個路系統(tǒng)嚴密性要求較高(不能發(fā)生較大的泄漏還要經(jīng)常補充少量中間介質(zhì)。一旦發(fā)生泄漏對體及環(huán)境將會產(chǎn)生危害和污染。適用于中低(50100)地?zé)崽锇l(fā)電。單級中間介質(zhì)法地水發(fā)電原則性熱力系統(tǒng)見右圖。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所雙級(或多級)中間介質(zhì)法熱力系統(tǒng)熱效率高(比單級高20%左右)，但系統(tǒng)復(fù)雜，投資高，對蒸發(fā)器及整個管路系統(tǒng)嚴密性要求較高，也存在防泄漏和經(jīng)常需補充中間介質(zhì)的問題。適用于充分利用低溫(50100)地?zé)崽锇l(fā)電。雙級中間介質(zhì)法地?zé)崴?/p>

41、發(fā)電原則性熱力系統(tǒng)見右圖。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 從理論上講中間介質(zhì)法適用中低溫地?zé)崽锏陌l(fā)電,但造價一般是擴容法的1.5倍以上，中間介質(zhì)都存在易燃易爆、需要專門運輸和儲存設(shè)備等不利因素。所以,目前世界上在進行工業(yè)開發(fā)利用的地?zé)犭娬局胁捎弥虚g介質(zhì)法系統(tǒng)的較少。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 結(jié)垢與腐蝕是地?zé)岚l(fā)電特有的重要問題。擴容發(fā)電所使用的地?zé)崴翘烊坏?，未加任何處理，具有很高的含鹽量。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 至今，由于西藏現(xiàn)有的3座地?zé)犭娬舅玫木鶠橹靥妓嵝退?，生產(chǎn)井內(nèi)結(jié)垢(主要成份為CaCO3)都很嚴重。采取的處理方法，在羊八井和朗久是每天操作機械捅井裝置，再加上定期酸洗井筒;井

42、口管段使用敲擊法除垢;而在擴容器和汽輪機通流部分的結(jié)垢，只能在大修中清除。在汽輪機動、靜葉片上的結(jié)垢也相當嚴重，厚度約每年2 mm，最大5 mm。結(jié)垢不僅降低汽輪機出力，而且使軸向推力增加，影響機組安全運行。機組必須每年大修人工除垢。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 由于地?zé)嵴羝泻蠧I,S等腐蝕介質(zhì)，以及沒有長期停機的保護措施，羊八井3 MW地?zé)釞C組的鑄鐵隔板、輪盤表面(35CrMoA)均遭受不同程度的腐蝕，葉片的損傷尤為嚴重。國產(chǎn)3 MW地?zé)釞C組的第3級在投運后，普遍發(fā)生了葉片斷裂。經(jīng)仔細分析，葉片損壞的原因是腐蝕疲勞。防止該級葉片斷裂的主要措施有：提高分離器的性能；長時間停機時要充氮保護；

43、不超負荷，特別是二級擴容器不超壓運行。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡，用之不竭，是一種可再生資源。生物質(zhì)資源種類繁多，主要有農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)有機剩余物、林業(yè)剩余物、農(nóng)副產(chǎn)品的有機廢物和廢水、動物排泄物和城市污水及垃圾。此外，還有水生植物、藻類和能進行光合作用能源植物、微生物等。依據(jù)來源的不同，將可以能源化利用的生物質(zhì)分為農(nóng)業(yè)秸農(nóng)業(yè)秸稈類資源、林業(yè)資源、畜禽糞便、生活污水和工業(yè)有機廢稈類資源、林業(yè)資源、畜禽糞便、生活污水和工業(yè)有機廢水、城市固體廢物水、

44、城市固體廢物等五大類，這五類都屬現(xiàn)有的、廢棄型的生物質(zhì)資源，可成為再利用型生物質(zhì)資源；把專門中指、用于能源轉(zhuǎn)化的植物稱為能源植物。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所 非糧的傳統(tǒng)生物質(zhì)資源：非糧的傳統(tǒng)生物質(zhì)資源：農(nóng)作物秸稈、能源作物、農(nóng)作物秸稈、能源作物、畜禽糞便、農(nóng)（林）產(chǎn)畜禽糞便、農(nóng)（林）產(chǎn)品加工副產(chǎn)品及廢棄物品加工副產(chǎn)品及廢棄物和城市垃圾。和城市垃圾。 我國生物質(zhì)資源量我國生物質(zhì)資源量林業(yè)及木材加工廢棄物約2.7億噸，30%可開發(fā)利用，約0.5億噸標準煤農(nóng)業(yè)秸稈總量6.5億噸，其中50%可作開發(fā)利用，約2.1億噸標準煤畜禽糞便及污水資源可轉(zhuǎn)化沼氣約1.0億噸標準煤城市生活垃圾清運量約1.55億噸

45、，可用量約0.25億噸標準煤目前可用生物質(zhì)資源當量約4.0億噸標煤河南、河北、山東、河南、河北、山東、四川、湖北、湖南四川、湖北、湖南黑龍江等產(chǎn)糧大省黑龍江等產(chǎn)糧大省我國秸稈資源分布我國秸稈資源分布哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所與化石類燃料相比，生物質(zhì)發(fā)電對環(huán)境污染小。 生物質(zhì)的含硫量比煤少，煤的含硫量一般為0.5%1.5%，而生物質(zhì)的含硫量一般少于0.2%。 生物質(zhì)的灰分含量低于煤；含氮量通常比煤少； 燃用生物質(zhì)產(chǎn)生的CO2又可被等量生長的植物光合作用所吸收，實現(xiàn)CO2零排放發(fā)展接近終端用戶的分布式電力系統(tǒng)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)在世界各國已收到廣泛重視

46、。目前已經(jīng)應(yīng)用的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)包括： （1）直接燃燒發(fā)電）直接燃燒發(fā)電 （2）混合燃燒發(fā)電）混合燃燒發(fā)電 （3）氣化發(fā)電）氣化發(fā)電 （4）沼氣發(fā)電）沼氣發(fā)電哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所直接燃燒發(fā)電是指把生物質(zhì)原料送入適合生物質(zhì)燃燒的特定蒸汽鍋爐中，生產(chǎn)蒸汽、驅(qū)動蒸汽輪機，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。歐美等國的生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)成熟，生物質(zhì)廢棄物發(fā)電利用率高。由丹麥研發(fā)的秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用可見，直接燃燒發(fā)電在生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)中占有重要地位。城市生活垃圾（MSW）燃燒發(fā)電是生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的另外一種主要形式。最先利用生活垃圾發(fā)電的是德國和美國。自20世紀70年代以來，垃圾焚燒技術(shù)在發(fā)達國家得到

47、較快發(fā)展，目前以歐美、日本等發(fā)達國家最具代表性。主要焚燒爐型有機械爐排爐、流化床爐、回轉(zhuǎn)窯爐、模組式爐，其中機械爐排焚燒爐是目前大型生活垃圾焚燒爐的主流設(shè)備，但流化床焚燒爐具有較好的潛在應(yīng)用特性。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所生物質(zhì)干基低位熱值除家禽糞便比較低外，其余地位熱值均介于1723MJ/kg，可以達到比較高的理論燃燒溫度，獲得高的循環(huán)效率。因此，熱值并不是生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)高效發(fā)電的限制。生物質(zhì)礦物質(zhì)的結(jié)渣、積灰和腐蝕特性限制了燃燒與受熱面的溫度，從而限制了發(fā)電效率的提高。在燃燒過程中，鉀元素更容易在相對較低的溫度下進行遷移，然后沉積于受熱面上，使受熱面熱阻增加，或者造成受熱面腐蝕。鉀元素也

48、可能對燃燒器或燃氣輪機等耐高溫的高性能金屬材料造成腐蝕。積灰主要是由生物質(zhì)中的鉀等堿金屬元素造成，溫度小于800 時，KOH、KCl和硫酸鹽是鉀元素輸運的關(guān)鍵組分。低溫時，從生物質(zhì)可燃組分碳和氫中將礦物質(zhì)分離出來，可以避免堿金屬輸運的發(fā)生，從而提高燃燒器、燃氣輪機和柴油機中生物質(zhì)的高效燃燒。對于燃用非木料的鍋爐，運行的困難在于鍋爐管束、過熱器和水冷壁等受熱面上的礦物質(zhì)沉積，以及惰性床料和生物質(zhì)灰的結(jié)塊。隨著燃用生物質(zhì)設(shè)備運行時間的延長，需要對受熱面管壁進行間斷性清潔和維護，否則將影響生物質(zhì)燃料燃燒發(fā)電和液化的大規(guī)模長期應(yīng)用與發(fā)展。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電過程中，受熱面腐蝕

49、直接影響著發(fā)電效率的提高。生物質(zhì)飛灰中的成分迥然不同，如稻草與麥稈灰中含有較高的硅、氯及鉀、鈉等金屬，這種灰熔點較低，容易在爐膛內(nèi)結(jié)渣、結(jié)焦或沉積于受熱面，嚴重影響燃燒生物質(zhì)鍋爐的換熱、甚至造成腐蝕，將嚴重制約燃燒生物質(zhì)鍋爐的長期正常運行。不同的生物質(zhì)燃燒過程中生成的灰成分完全不同，對受熱面的腐蝕程度也不同。如何控制生物質(zhì)燃燒過程中的結(jié)焦、結(jié)渣，從而減少運行過程的腐蝕程度顯得尤為重要。另外，如何控制灰的形成特性或抑制灰腐蝕，以及選擇與改進現(xiàn)有的受熱面清灰措施，對系統(tǒng)運行的可靠性至關(guān)重要。對受熱面腐蝕產(chǎn)生嚴重影響的主要因素是煙氣中的堿金屬含量和氯含量。試驗表明，氯的沉積程度受煙氣中氯和堿金屬含量

50、的影響而直接取決于硫含量與前兩者中含量值最大的相對比值。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所（1）往復(fù)爐排爐 給料系統(tǒng)能否均勻進料顯得非常重要。爐排爐是木粉、森林廢物和農(nóng)業(yè)廢棄物優(yōu)先選擇的燃燒方式之一，其燃燒方式控制爐排和空間懸浮燃燒同時存在，燃燒效率僅為68%80%。（2）生物質(zhì)火室燃燒設(shè)備 一般地，設(shè)備要求相對濕度不超過15%，燃料粒徑小于6mm。燃燒效率達80%以上，且負荷變化快，顆粒排放控制難度大。燃料停留時間不足，將造成不完全燃燒損失。（3）生物質(zhì)流化床燃燒設(shè)備 流化床燃燒方式可以燃用森林廢物、城市污泥、城市垃圾和農(nóng)業(yè)廢物等。流化床燃用燃料的水分可以在15%65%內(nèi)變化，但建設(shè)費用比爐排爐更

51、加昂貴。（4）生物質(zhì)旋風(fēng)燃燒設(shè)備 燃料給進比較重要，燃料供給需要持續(xù)不斷，以保持正常穩(wěn)定燃燒，另外還需要安裝點火器。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所EHN公司在西班牙Navarra區(qū)建造了以麥稈為主要燃料的27.5MW蒸汽發(fā)電廠，廠用電為2.5MW，其系統(tǒng)流程如圖5.3.16所示。該技術(shù)基于新穎的生物質(zhì)鍋爐，核心技術(shù)是采用爐內(nèi)懸掛屏式高溫過熱器，過熱器采用特殊材料和特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以解決燃用麥稈帶來的結(jié)渣和腐蝕問題。采用避免高溫的給料系統(tǒng)和液壓振動爐排，爐排采用丹麥FLS公司的改進爐排設(shè)計。設(shè)計燃料為100%的麥稈或混合總熱量相當于50%的木粉量，年消耗燃料量為16萬t

52、麥稈，需要建造一座專用燃料備用倉。為了滿足燃料的不間斷供應(yīng)，公司于農(nóng)場主和服務(wù)公司簽訂了長期合約，以解決燃料的收集、處理、運輸和儲存等配套管理問題。電廠與2002年6月開始并網(wǎng)發(fā)電，2003年初達到滿負荷。2003年秋季進入商業(yè)運行。在一年的試運行過程中，共燃用相當于含水量11%的99124t麥稈，輸出電量1.1894億kWh。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所（1）鍋爐。麥稈通過四個機械給料裝置進入鍋爐，爐排每5分鐘振動幾秒鐘，燃料隨爐排振動經(jīng)干燥段、揮發(fā)分析出段、燃料燃燒段和燃盡段，燃盡灰最后進入除灰系統(tǒng)。鍋爐運行時，爐排的振動與停止間隔可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)麥稈的燃燒特性。爐排由開孔鋼板構(gòu)成，燃燒

53、所需的空氣通過爐排上開孔供給。該爐排的維護費用較低，可靠性高。從爐排漏下去的灰和布袋除塵器收集的灰運輸?shù)交覀}，均可作為肥料使用。鍋爐與麥稈預(yù)處理系統(tǒng)技術(shù)由FLS公司提供。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所（2）受熱面。煙氣先流經(jīng)爐膛頂部懸掛的屏式過熱器，然后經(jīng)過給水省煤器和空氣預(yù)熱器，待溫度冷卻至130后，再經(jīng)煙囪排放于大氣。（3）蒸汽循環(huán)。麥稈燃燒后的煙氣可以將屏式過熱器內(nèi)蒸汽加熱至540。麥稈灰中的堿金屬含量高，堿金屬可以使過熱器產(chǎn)生快速的高溫腐蝕，因此過熱器需要特殊設(shè)計，包括采用防腐蝕材料、受熱面余量設(shè)計等。過熱器材料的使用性能有待進一步運行考驗和測試分析。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所垃圾

54、焚燒發(fā)電的原理利用垃圾起重機等設(shè)備將垃圾送入焚燒爐中燃燒，將垃圾的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成高溫?zé)煔獾臒崮?；然后在余熱鍋爐中，經(jīng)化學(xué)處理和熱力除氧后的水吸收煙氣熱能，產(chǎn)生水蒸氣，將煙氣的熱能轉(zhuǎn)換成水蒸氣的熱能；水蒸氣被送入汽輪機，在汽輪機中膨脹做功，驅(qū)動汽輪機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，又將水蒸氣的熱能轉(zhuǎn)換成汽輪機轉(zhuǎn)子的機械能；而后由汽輪機轉(zhuǎn)子帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)電機中轉(zhuǎn)子的機械能轉(zhuǎn)換成電能。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所1、氯及其化合物的影響（1）氯氣腐蝕壁溫在380 以下，濕氯氣的腐蝕能力大于干氯氣的腐蝕能力，且溫度越低，濕氯氣的腐蝕能力越強。垃圾焚燒爐煙氣中含較多水分，氯氣腐蝕容易

55、發(fā)生。（2）氯化氫腐蝕氯化氫對Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3均由腐蝕作用。（3）氯、硫化合物的共同作用當氯化物與硫的氧化物共存時，在有H2O、O2存在的條件下，可加速腐蝕性物質(zhì)（硫酸鹽、HCl、Cl2）的生成，從而加重高溫腐蝕。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所2、硫及其化合物的腐蝕（1）還原性氣氛下H2S腐蝕在還原性氣氛下，宜生成H2S，而不是SO2。H2S能與C、CO等一起侵蝕致密的Fe2O3保護膜，并能與表面析鐵進行氧的獲奪。研究表明，12Cr1MoV的鋼的腐蝕速度與H2S氣體的容積百分數(shù)呈線性關(guān)系遞增。（2）硫酸鹽腐蝕Na、K類硫酸鹽破壞保護膜以黏態(tài)積于管壁，并捕獲煙氣成分

56、。（3）硫氧化物腐蝕SO3的高溫腐蝕除了上述與硫酸鹽類的共同作用，SO2、SO3還能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。（4）硫化物腐蝕當含硫量較高時，Na2S、K2S、FeS等較多地存在于金屬表面灰層，產(chǎn)生腐蝕。（5）還原性氣氛的影響在還原性氣氛下，S易生成H2S，同時C的氧化也易較多地生成CO。除了上述H2S的高溫腐蝕，CO在400600 下，與Fe2O3保護膜起還原反應(yīng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所二惡英類物質(zhì)（Dioxin）屬于痕量有機物。二惡英的分子結(jié)構(gòu)為1個或2個氧原子聯(lián)結(jié)2個被氧取代的苯環(huán)，1個氧原子的稱為多氯二苯并呋喃（Polycholoro dibenzo-furan

57、，PCDF），2個氧原子聯(lián)結(jié)的稱為多氯二苯并二惡英（Polycholoro dibenzo-p-dioxin，PCDD）。每個苯環(huán)上可以取代14個氯原子，所以共有75種PCDD異構(gòu)體和135中PCDF異構(gòu)體，統(tǒng)稱二惡英（Dioxin）。二惡英有劇毒，其毒性因各種異構(gòu)體的不同而不同，其中毒性最強的是2，3，7，8-四氯二苯并二惡英（2,3,7,8-PCDD），其毒性相當于氰化鉀的1000倍。二惡英以氣體和固體形態(tài)存在，熔點高，難溶于水易溶于脂肪，易在生物體內(nèi)積聚，能引發(fā)皮膚痤瘡、頭痛、失聰、憂郁、失眠等癥狀。即使是在很微量的情況下，長期攝取也會引起癌癥、畸形等，因此，被成為世界上最毒的物質(zhì)。 哈

58、爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所垃圾焚燒過程中形成二惡英的必要條件可歸納如下：存在聚氯乙烯PVC、氯氣、HCl等；燃燒過程以及低溫?zé)煔舛沃写呋橘|(zhì)（如Cu及其金屬氧化物）的存在；不良的燃燒工況；未采取嚴格有效的尾氣凈化措施。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所從二惡英的分子結(jié)構(gòu)可知，氯元素存在和二惡英前驅(qū)物產(chǎn)生是二惡英生成的基本條件。二惡英產(chǎn)生主要有以下兩種情況：1）燃燒過程中生成。層燃爐中，爐排前段的垃圾處于低溫、潮濕、缺氧狀態(tài)。在固定爐排的控制氧量燃燒系統(tǒng)中，有兩個爐室，一燃室中也有部分垃圾處于低溫、潮濕、缺氧、不完全燃燒狀態(tài)。垃圾揮發(fā)份中含大量烴類物質(zhì)，烴類物質(zhì)在低溫、潮濕、缺氧狀態(tài)下，可生成二惡英

59、的前驅(qū)物。而且，垃圾中含氯元素燃燒時可生成HCl。前驅(qū)物與HCl、O2反應(yīng)，就可能生成二惡英?？扇細膺M入氣相燃燒區(qū)后，再通入空氣組織燃燒，若混合不好，或燃燒工況不穩(wěn)定，則不利于PCDD、PCDF的完全分解。2）燃燒后生成。不完全燃燒產(chǎn)生的二惡英前驅(qū)物以及垃圾中未燃盡的環(huán)烴物質(zhì)，在煙塵中的Cu、Ni、Fe等金屬顆粒的催化作用下，與煙氣中的氯化物和O2發(fā)生反應(yīng)，生成二惡英類物質(zhì)，催化反應(yīng)溫度在200500內(nèi)，在300附近生成速率最高。由于靜電除塵器中含有較多的Cu、Ni、Fe顆粒，因此二惡英類物質(zhì)易生成。所以，近年來優(yōu)先采用袋式除塵器代替靜電除塵器。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所混合燃燒發(fā)電是指以生物質(zhì)燃料部分替代常規(guī)電廠中燃用的化石燃料，使生物質(zhì)與煤等化石燃料混合燃燒進行發(fā)電，其主要有兩種方式：一種是將生物質(zhì)原料直接送入燃煤鍋爐，與煤共同燃燒，生產(chǎn)蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電；另一種是先將生物質(zhì)原料在氣化爐中氣化生成可燃氣體，再通入燃煤鍋爐，可燃氣體與煤共同燃燒生產(chǎn)蒸汽，帶動蒸汽輪機發(fā)電。無論哪種方式，生物質(zhì)原料預(yù)處理技術(shù)都非常關(guān)鍵，要將生物質(zhì)原料處理達到燃煤鍋爐或氣化爐的要求