生物質(zhì)固體成型燃料(2學時)

1、生物質(zhì)固體成型燃料液態(tài)技術(shù)（生物乙醇、甲醇和生物柴油）新能源風能太陽能地熱能潮汐能生物質(zhì)能利用形式氣態(tài)技術(shù)（生物沼氣、垃圾沼氣、木質(zhì)氣）固態(tài)技術(shù)農(nóng)林廢棄物直燃、壓縮成型（發(fā)電、供熱）我國生物質(zhì)能利用重點領(lǐng)域和總體布局表注：表格由可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃整理而成隨著生態(tài)文明村鎮(zhèn)的建設(shè)和社會用能水平的提高，秸稈等生物質(zhì)能的管理利用問題越來越突出，一些村鎮(zhèn)仍然在焚燒秸稈，造成新的環(huán)境污染。另一方面礦物能源的漲價，使很多人又重新把目光轉(zhuǎn)向秸稈等生物質(zhì)能，但是大量秸稈等生物質(zhì)的儲存、利用、防火安全等技術(shù)問題需要解決。廣義生物質(zhì)能包括植物種子、秸稈、樹木枝條、牧草、畜禽糞便以及生活有機垃圾等。狹義的生

2、物質(zhì)能通常是指農(nóng)業(yè)、林業(yè)廢棄物，如各種作物秸稈、樹葉、鋸屑、蔗渣等。什么是生物質(zhì)能？生物質(zhì)的缺陷：松散性易燃性、持續(xù)性低如何解決生物質(zhì)的松散性、易燃性、不均勻性問題？解決自然界生物質(zhì)的松散性、易燃性、不均勻性、安全儲存等問題，直接的解決辦法是壓縮成致密固化塊，根據(jù)形狀和致密程度的不同，人們把這些產(chǎn)品根據(jù)形狀叫做生物質(zhì)顆粒、生物質(zhì)壓塊或生物質(zhì)壓餅、生物質(zhì)燃料棒。 生物質(zhì)固化壓縮成型生物質(zhì)能成型燃料的優(yōu)勢：在體積熱值方面接近煤，可作為煤的替代燃料；便于貯存和運輸?shù)膬?yōu)點。 正常燃燒情況下無煙塵和黑煙排出，煙氣中SO2、NOX、CO的排放濃度均低于國家環(huán)保標準，污染物排放小于煤。 是居民生活炊事取暖和

3、工業(yè)生產(chǎn)用能的良好燃料，可替代煤炭、天然氣、液化氣等不可再生能源作為新型的能源供應(yīng)。生物質(zhì)燃料二氧化碳零排放植物生長期吸收二氧化碳生物質(zhì)燃料燃燒排放的CO2是植物生長期所吸受的，不會增加大氣中CO2的總量。國際上稱之為CO2零排放，也稱碳中性。燃燒排放二氧化碳生物質(zhì)成型燃料鍋爐類型工 業(yè) 鍋 爐燃料種類燃煤(散煤)燃煤(型煤）燃用生物質(zhì)天然氣熱效率 (%)65757580808390大氣污染物排放煙塵(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排放與生長期抵消2.4（t/km3）林格曼黑度(級)12111工業(yè)鍋爐熱性能及大氣污染物排放現(xiàn)狀公司生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)品性能評價燃用生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐節(jié)能和減排生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐檢測結(jié)果檢測單位盛昌公司 中國經(jīng)濟時報社 房山區(qū)復興苗木繁育中心 鍋爐容量（MW）0.7 2.1 1.4熱效率 (%)818383大氣污染物排放煙塵(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(級)

5、111不同能源鍋爐燃料成本比較（0.7MW）經(jīng)濟性項目煤炭（類煙煤）輕柴油天燃氣生物質(zhì)燃料燃料發(fā)熱量5000(KJ/kg)10200(KJ/kg)8700(KJ/m3)3800(KJ/kg)鍋爐效率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)燃燒CO2排放量.kg/kg1.783.061.960燃燒SO2排放量.g/kg0.5% (特低硫煤)0.25%（設(shè)計用代表燃油）/0.1%燃燒NOX排放量.g/kg2.943.671.87 (g/m3)1.02市場價格800元/噸7571元/

6、噸1.95元/立方米600元/噸燃料消耗(1噸鍋爐/小時)163kg/h67 kg/h79 m3/h198 kg/h燃料費用(1噸鍋爐/小時)元130.4507.26154.05118.81.以上價格以北京市2010年5月份格為參考2.煤的含硫量以特低硫煤為準，燃油以設(shè)計用代表性燃油為準3.污染物的排放以全國污染物普查排放系數(shù)手冊為準?！澳茉磫栴}”“環(huán)境問題”“三農(nóng)問題” 農(nóng)林廢棄物資源化利用 改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu) 提高農(nóng)民收入、增加農(nóng)民就業(yè)崗位 新的、可再生的替代能源 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、增加能源供給 提高能源使用效率 CO2零排放、SO2、氮氧化物低排放 減少秸稈焚燒污染空氣生物質(zhì)成型燃料有助于解決

7、我國三大戰(zhàn)略難題 歐洲、美國、日本等發(fā)達國家生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展已進入商品化階段，擁有成熟的技術(shù)，完整的標準體系和不斷增長的市場。國外生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以德國為例40多座生物質(zhì)燃料廠，240萬噸1100多個生物質(zhì)工業(yè)供暖設(shè)施 超過10萬臺民用生物質(zhì)顆粒采暖爐200多座生物質(zhì)熱電聯(lián)供廠，2008年供電超過 1170萬千瓦時 可再生能源供熱的92%來自于生物質(zhì)能，其中77.8%來自于生物質(zhì)成型燃料成型燃料廠經(jīng)銷商爐具制造商鍋爐制造商配件商協(xié)會及組織 德國2008年可再生能源供熱統(tǒng)計 生物質(zhì)成型燃料（民用）生物質(zhì)成型燃料（工業(yè)）生物質(zhì)成型燃料（熱電聯(lián)產(chǎn)）液態(tài)生物質(zhì)燃料生物質(zhì)燃氣垃圾類生物質(zhì)

8、太陽能供熱深層地熱淺層地熱國內(nèi)生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀生物質(zhì)資源豐富我國糧食與秸稈產(chǎn)量發(fā)展趨勢（根據(jù)中國農(nóng)業(yè)年鑒整理） 我國秸稈年產(chǎn)量約7億噸，另有約1.2億噸稻殼、蔗渣、花生殼等剩余物。據(jù)農(nóng)業(yè)部對糧食產(chǎn)量預測分析，到2020年我國主要作物的秸稈總量將達到8億噸。 我國林木生物質(zhì)資源預測（億噸 ）我國現(xiàn)有生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)廠近200家。秸稈燃料廠主要分布在華北、華中和東北等地；木質(zhì)顆粒燃料廠主要集中在華東、華南、東北和內(nèi)蒙等地。國內(nèi)現(xiàn)有成型設(shè)備生產(chǎn)廠家100多家，主要分布在河南、河北、山東等地區(qū)。國內(nèi)生物質(zhì)燃燒技術(shù)生物質(zhì)成型燃料村鎮(zhèn)應(yīng)用爐具生物質(zhì)工業(yè)鍋爐生物質(zhì)電站鍋爐生物質(zhì)爐具和鍋爐近來也有

9、長足發(fā)展，如廣州迪森、重慶良奇、山東多樂、湖南萬家、張家界三木、北京桑普和北京老萬等。但由于種種原因，使用可靠、技術(shù)先進、價廉物美、能批量投入工業(yè)生產(chǎn)、滿足廣大用戶使用要求的產(chǎn)品并不多。國家產(chǎn)業(yè)政策序號政策文件相關(guān)內(nèi)容1可再生能源法本法是為了促進可再生能源的開發(fā)利用，增加能源供應(yīng)，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，保護環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展而制定的。2可再生能源發(fā)展中長期規(guī)劃到2010年和2020年，生物質(zhì)固體成型燃料年利用量分別達到100萬噸和5000萬噸。3財政部秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法：150元/噸秸稈4關(guān)于加快推進農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見有序發(fā)展以秸稈為原料的生物質(zhì)能。積極

10、利用秸稈固化成型及炭化等發(fā)展生物質(zhì)能，逐步改善農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)。加大資金投入，對生產(chǎn)秸稈固化成型燃料等給予適當資金支持。5農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（0715年)到2010年，全國建成400個左右秸稈固化成型燃料應(yīng)用示范點，秸稈固化成型燃料年利用量達到100萬噸左右，到2015年，秸稈固化成型燃料年利用量達到2000萬噸左右。序號政策文件相關(guān)內(nèi)容6能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃“十一五”期間，重點發(fā)展資源潛力大、技術(shù)基本成熟的風力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)成型燃料、太陽能利用等可再生能源，以規(guī)模化建設(shè)帶動產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。7關(guān)于加強節(jié)能工作的決定優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展高效清潔能源。逐步減少原煤直接使用。大力發(fā)展風能

11、、太陽能、生物質(zhì)能、地熱能、水能等可再生能源和替代能源。8中國應(yīng)對氣候變化國家方案減緩溫室氣體排放的重點領(lǐng)域之一是“推進生物質(zhì)能源的發(fā)展，以生物質(zhì)發(fā)電、沼氣、生物質(zhì)固體成型燃料和液體燃料為重點，大力推進生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用。點火容易燃燒速度均勻適中燃燒所需的氧量與外界滲透擴散的氧量能夠較好的匹配燃燒波浪較小，燃燒相對穩(wěn)定。生物質(zhì)成型燃料燃燒特性生物質(zhì)燃燒過程特點：三個階段：1）預熱干燥；2）揮發(fā)分的析出、燃燒與焦炭形成；3）殘余焦炭燃燒。含水量高且多變，熱值低，爐前熱值變化快，燃燒組織困難；密度小，空隙率高，結(jié)構(gòu)松散，迎風面積大，懸浮燃燒比例大；揮發(fā)分高，且析出溫度低、析出過程迅速，燃燒組織

12、需與之適應(yīng)；著火容易，燃盡困難；堿金屬和氯腐蝕問題突出燃燒設(shè)備的設(shè)計與運行方式的選擇須從其燃燒特性出發(fā)！生物質(zhì)燃燒特性生物質(zhì)成型燃料燃燒機理靜態(tài)滲透式擴散燃燒，燃燒過程從燃料的著火后開始，其燃燒過程分成：(1)表面可燃揮發(fā)物燃燒，形成橙黃色火焰。(2)除表面部分可燃揮發(fā)物燃燒外，表層部分的碳處于過渡燃燒區(qū)，形成橙紅色較長火焰。(3) 表面仍有較少的揮發(fā)分燃燒，更主要的是燃燒向成型燃料更深層滲透。焦碳擴散燃燒，燃料表層生成薄灰殼，外層包圍著淡藍色短火焰。(4)燃料進一步向更深層發(fā)展，在層內(nèi)主要進行碳燃燒，在球表面進行一氧化碳的燃燒。（5）燃盡灰殼不斷加厚，可燃物基本燃盡。特點：體積小，密度大，儲

13、運方便燃料致密，燃燒持續(xù)穩(wěn)定、周期長，燃燒效率高燃燒后的灰渣及煙氣中污染物含量小與常規(guī)生物質(zhì)及煤差別大，燃燒設(shè)備需重新設(shè)計（包括：爐內(nèi)空氣動力場、溫度場和濃度場分布、過量空氣系數(shù)大小、受熱面布置等）國內(nèi)：規(guī)模不大。國外：燃燒設(shè)備已定型，加工工藝合理、專業(yè)化、自動化程度高、熱效率高、排煙污染??；已產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等多領(lǐng)域推廣應(yīng)用 引進技術(shù)不合國情國外：林業(yè)廢棄物； 國內(nèi)：秸稈類生物質(zhì)成型燃料技術(shù)堿金屬問題生物質(zhì)灰高堿金屬含量堿金屬熔點低、易揮發(fā)堿金屬易與床料等反應(yīng)積灰、結(jié)渣、聚團特點：燃燒過程中不可避免造成鍋爐壽命、熱效率降低嚴重影響鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行生物質(zhì)燃燒存在的問題

14、結(jié)渣主要是由煙氣中夾帶的熔化或半熔化的灰粒（堿金屬鹽）接觸到受熱面凝結(jié)下來，并在受熱面上不斷生長、積聚而成，它的表面往往堆積較堅硬的灰渣燒結(jié)層，多發(fā)生在爐內(nèi)輻射受熱面上 積灰則是由生物質(zhì)中易揮發(fā)物質(zhì)（主要是堿金屬鹽）在高溫下?lián)]發(fā)進入氣相后, 與煙氣、飛灰一起流過煙道和受熱面(主要是過熱器和再熱器)等設(shè)備時，會通過一系列的氣固相之間的復雜的物理和化學過程以不同的形態(tài)在對流受熱面上發(fā)生凝結(jié)、沾附或者沉降 堿金屬問題聚團：生物質(zhì)原料中的堿金屬在流化床床料中在一定高溫條件下反應(yīng)形成低熔點的共晶化合物而引起顆粒聚團，妨礙流化，甚至造成流化失敗顆粒被覆層包裹，覆層間相互粘結(jié)灰中的低溫共晶體熔融粘結(jié)流化床燃

15、后料形態(tài)2SiO2+Na2CO3=Na2O2SiO2+CO24SiO2+K2CO3=K2O4SiO2+CO2床料中大塊聚團樣造成床結(jié)渣的幾個關(guān)鍵因素：燃料特性 溫度 床料的選擇 覆蓋層 常用結(jié)渣指標：灰熔點、灰成分和灰粘度灰熔點并不適合作為生物質(zhì)積灰結(jié)渣的單一判別指標還應(yīng)綜合考慮基于灰成分和灰粘度的生物質(zhì)積灰結(jié)渣特性指標：堿酸比、硅比、硅鋁比、堿性指數(shù)、灰沾污指數(shù)等酸性氧化物一般具有較高的熔點，堿性氧化物構(gòu)成的礦物質(zhì)多屬于低熔點化合物，故這兩種氧化物的比值，可反映燃料中的原生的及燃燒生成的低熔點鹽類的多少。 堿酸比：堿酸比指標判別結(jié)渣的分級界限 Rb/a1.75結(jié)渣傾向低中高嚴重硅比是一個權(quán)衡

16、液態(tài)渣粘度的指標。硅比G增加，渣的粘度也增加，其計算公式如下：硅比：式中：當量Fe2O3= Fe2O3+1.1 FeO+ 1.43Fe若：G78.8，輕微結(jié)渣；G=66.1-78.8， 中等結(jié)渣；G66.1，嚴重結(jié)渣硅鋁比：硅鋁比的大致判別界限：(SiO2/Al2O3)2.65 時屬嚴重結(jié)渣。 定義：燃料的單位發(fā)熱量中的堿金屬氧化物(K2O+Na2O)的質(zhì)量含量(kg/GJ)。其表達式如下： Yt(YK2O+YNa2O)/Q堿性指數(shù)：Q燃料在干燥基和定容條件下的高位發(fā)熱量，GJ/KgYt燃料中的灰分百分含量，YK2O、YNa2O灰分中堿性氧化物K2O+Na2O的百分含量，其判別條件為：當堿性指

17、數(shù)小于0.17時，發(fā)生結(jié)渣的可能性極小；當堿性指數(shù)在0.170.34之間，發(fā)生結(jié)渣的可能性增加；當堿性指數(shù)大于0.34時，發(fā)生結(jié)渣 灰沾污指數(shù)(略）生物質(zhì)試樣堿酸比硅比硅鋁比堿金屬含量堿性指數(shù)沾污指數(shù)木屑0.72368.999.58411.9430.341.496花生殼0.75869.527.61118.5520.341.712谷殼0.09894.5565.683.5450.340.004886稻秸0.53275.6275.9516.9820.341.402生物質(zhì)的結(jié)渣指標計算值 綜合各指標可得出，稻秸和花生殼的結(jié)渣傾向嚴重，木屑次之，谷殼相對輕微。 防止爐內(nèi)積灰、結(jié)渣、聚團的對策與煤混燒，降

18、低燃料堿金屬含量對流化床，尋找適宜的惰性床料。可以選擇富含抑制聚團燒結(jié)元素的床料，提高了燒結(jié)發(fā)生的溫度，以保證正常流化合理的風速和一二次風比，控制密相區(qū)燃燒份額和合理的床溫采用煙氣再循環(huán)控制床溫及時排出大渣，保證均勻流化監(jiān)視爐內(nèi)各點溫度和控制風量堿金屬問題解決方法氯腐蝕問題生物質(zhì)中氯含量相對較高（如稻草），氯在燃燒過程中的揮發(fā)及其與鍋爐受熱面的反應(yīng)會引起鍋爐的腐蝕。 生物質(zhì)燃料鍋爐發(fā)生高溫氯腐蝕的原因主要是生物質(zhì)中的氯在燃燒過程中以HCl形式揮發(fā)出來，與鍋爐的金屬壁面發(fā)生反應(yīng) ：Fe+2HClFeCl2+H22Fe+6HCl2FeCl3+3H22FeCl2+Cl22FeCl32Fe+ 3Cl2

19、2FeCl34FeCl3+3O22Fe2O3+6Cl24FeCl2+3O23Fe2O3+4Cl2Fe2O3(保護膜)+6HCl2FeCl3+3H2O4FeCl2+O22FeCl3+2FeOCl4FeOCl+ O22Fe2O3+2Cl2只要HCl和Cl2不斷補充，腐蝕反應(yīng)就會一直進行，而且，F(xiàn)eCl3熔點很低。僅為282，較易揮發(fā)，對保護膜的破壞較為嚴重。除了對Fe、Fe2O3的侵蝕外，氯與氯化物還可在一定條件下對Cr2O3保護膜構(gòu)成腐蝕： 2Cr2O3+4Cl2+O24CrO2Cl2Cr2O3+4HCl+H22CrCl2+3H2O2Cr2O3+8NaCl+5O24Na2CrO4+4Cl24Cr

20、Cl2+3O2Cr2O3+4Cl22MCl+SO3+H2OM2SO4+2HCl2MCl+SO2+O2M2SO4+Cl2當氯、硫化合物共存時： 氯腐蝕問題氯、硫化物+ H2O、O2，加速高溫腐蝕過程。除了以上高溫氣體腐蝕和熔融鹽腐蝕之外，HCl氣體還易在煙道出口處形成露點腐蝕。合理調(diào)整工況加入鈣基吸收劑脫氯 過熱器材料選耐腐蝕的不銹鋼容易腐蝕區(qū)加保護套管在管壁采用高溫噴涂各部分過熱器布置有效吹灰器，加強吹灰高溫氯腐蝕防治措施：氯腐蝕問題解決方法如何將秸稈壓塊成型？如何將秸稈壓塊成型？ 壓塊成型機在工作時，先將生物質(zhì)秸稈粉碎成1030毫米，由輸送機輸送至強制喂料器，強制喂入壓縮機環(huán)模腔內(nèi)。在壓輥和環(huán)模的摩擦擠壓下，