第五章 生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)

生物質(zhì)燃燒原理傳統(tǒng)爐灶及其改進(jìn)生物質(zhì)直接發(fā)電章生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)

2021/6/2712021/6/272第一節(jié)生物質(zhì)燃燒原理一、生物質(zhì)燃料特性2021/6/273與煤炭相比，生物質(zhì)燃料主要有以下差別：（1）含碳量少，含固定碳少（2）含氧量多，含水分多（3）揮發(fā)分含量多（4）密度?。?）含硫量低2021/6/274二、生物質(zhì)燃料的燃燒過程1、燃燒各階段分析生物質(zhì)燃料的燃燒過程是強(qiáng)烈的放熱化學(xué)反應(yīng)。燃燒過程是燃料和空氣間的傳熱、傳質(zhì)過程。發(fā)生燃燒的前提條件是要有足夠的熱量供給和適當(dāng)?shù)目諝夤?yīng)。2021/6/2752021/6/276燃燒各個(gè)階段：（1）預(yù)熱階段（2）干燥階段（3）揮發(fā)分析出燃燒階段（4）焦炭燃燒階段以上燃燒各過程可以分為：吸熱反應(yīng)（預(yù)熱、干燥和揮發(fā)分析出）和放熱反應(yīng)。2021/6/277因參與吸熱反應(yīng)的柴草和參與放熱反應(yīng)的柴草并未直接接觸，這使得柴草的吸熱只能依靠火焰和爐膛內(nèi)壁的輻射。另外，可將空氣分為一次空氣和二次空氣。一般，從爐灶底部供應(yīng)的空氣稱為一次空氣。，而為了讓揮發(fā)分盡可能地充分燃燒所額外提供的空氣稱為二次空氣。2021/6/2782、燃燒過程的溫度控制技術(shù)首先，燃燒過程主要發(fā)生的為碳的燃燒：C+O2===CO2+405.8KJ生成的二氧化碳在氧氣供應(yīng)不足的情況下與空氣中的碳顆粒發(fā)生吸熱反應(yīng)，從而降低溫度：CO2+C===2CO-160.7KJ水蒸氣與碳也會(huì)發(fā)生吸熱反應(yīng)：H2O+C===CO+H-126.7KJ2021/6/279三、燃燒過程的部分計(jì)算問題1、空氣供給量計(jì)算生物質(zhì)燃料中含磷量極少，而鉀常以氧化鉀的形式存在，在忽略不計(jì)的情況下，則單位質(zhì)量燃料的理論需要空氣量可按下式計(jì)算：V0=0.889Cy+0.4256Hy+0.0333（Sy-Oy）V0為單位質(zhì)量燃料理論需要空氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），m3/Kg；Cy為燃料碳元素的應(yīng)用基含量；Hy為燃料氫元素的應(yīng)用基含量；Sy為燃料硫元素的應(yīng)用基含量；Oy為燃料氧元素的應(yīng)用基含量。2021/6/2710一般情況下，ɑ為1.7-3.0，最佳為2.0左右2021/6/27112021/6/27122、排煙量計(jì)算每千克燃料的實(shí)際煙氣量可按下式計(jì)算：Vpy=0.1866(Cy+0.375Sy)+0.111Hy+0.012Wy+0.008Ny+(1.0161ɑpy-0.21)V0Vpy為每千克燃料的實(shí)際煙氣量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）Cy為燃料碳元素的應(yīng)用基的含量；Sy為燃料硫元素的應(yīng)用基含量；Hy為燃料氫元素的應(yīng)用基含量；Wy為燃料水分的應(yīng)用基含量；Ny為燃料氮元素的應(yīng)用基含量。2021/6/27133、燃燒溫度的計(jì)算2021/6/2714設(shè)想使燃料在理想條件下（沒有散熱損失和完全燃燒）時(shí)計(jì)算出來的燃燒溫度稱為“理論燃燒溫度”，該數(shù)值用來評(píng)價(jià)燃料燃燒過程本身的程度，是通過進(jìn)入和排出燃燒系統(tǒng)物質(zhì)的熱平衡來求得。2021/6/2715四、影響燃燒的主要因素1、溫度在考慮到灰分熔化問題的前提下，應(yīng)盡量提高反應(yīng)溫度。2、空氣量燃料和空氣供給決定著燃燒反應(yīng)的進(jìn)程。3、時(shí)間4、顆粒尺寸盡量減少燃料顆粒尺寸有利燃燒反應(yīng)進(jìn)行。2021/6/27165、水分含量大多數(shù)生物質(zhì)燃料若要進(jìn)行自維持燃燒，則要求燃料中水分含量不超過65%。6、氣固混合需要攪動(dòng)使氣固混合良好，才能使灰分剝落并暴露出未燃的炭，保證燃燒的充分性。7、灰分燃料中灰分含量越高，燃料的熱值和燃燒溫度越低。2021/6/2717燃料充分燃燒的三要素：（1）溫度（2）空氣量及其與燃料的混合（3）反應(yīng)時(shí)間和空間2021/6/2718五、生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)一、生物質(zhì)直接燃燒的特點(diǎn)（1）生物質(zhì)直接燃燒所釋放出的CO2相當(dāng)于其生長時(shí)通過光合作用所固定的CO2，實(shí)現(xiàn)CO2的零排放，有助于緩解溫室效應(yīng)。（2）生物質(zhì)的燃燒產(chǎn)物用途廣泛，灰渣可加以綜合利用；（3）生物質(zhì)燃料可與礦質(zhì)燃料混合燃燒，即可減少運(yùn)行成本，提高燃燒效率，又可以降低有害氣體的排放。（4）具有良好的經(jīng)濟(jì)學(xué)和開發(fā)潛力。2021/6/2719二、生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)分類1、爐灶燃燒技術(shù)節(jié)柴灶的特點(diǎn)：熱能在灶內(nèi)停留時(shí)間長，可以得到充分利用，故熱效率高；無熏煙、污染少；質(zhì)量小，可拆裝；功能對，經(jīng)灶橋的調(diào)整，可燒柴、燒鋸灰和燒煤。2021/6/27202、鍋爐燃燒技術(shù)2021/6/2721

在進(jìn)行多相過程的設(shè)備中，若有固相參與且處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，則設(shè)備內(nèi)的固體顆粒物料層稱為固定床。層燃下飼式生物質(zhì)平鋪在爐排上形成一定厚度的燃料層，進(jìn)行干燥、揮發(fā)分析出及燃燒等過程。2021/6/2722

流化床技術(shù)是指生物質(zhì)燃料顆粒與空氣在鍋爐中在沸騰狀態(tài)下燃燒。流化床內(nèi)有大量床料，能蓄積大量熱量，便于低熱值燃料的快速干燥和點(diǎn)火，同時(shí)由于窗內(nèi)高溫?zé)霟犷w粒的劇烈運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了氣固混合，使燃料表面的灰分剝落，有利于顆粒充分燃燒。鼓泡流化床循環(huán)流化床2021/6/2723懸浮燃燒技術(shù)是指生物燃料以粉狀隨同空氣經(jīng)燃燒器噴入鍋爐爐膛，在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行燃燒。該技術(shù)使用于小顆粒燃料燃燒，含水率不能超過15%，燃料是在渦流作用下實(shí)現(xiàn)懸浮狀態(tài)燃燒，揮發(fā)分與二次空氣混合并燃盡。2021/6/27243、生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)存在的問題（1）流化床鍋爐對燃料顆粒尺寸要求嚴(yán)格；（2）對于比重較小、結(jié)構(gòu)松散、蓄熱能力差的生物質(zhì)，必須不斷添加石英砂等床料，以維持正常燃燒室所需的蓄熱床料。燃燒后產(chǎn)生的生物質(zhì)飛灰較硬，容易磨損鍋爐受熱面，而混入了石英砂等床料的灰渣也難以利用。（3）為了維持一定的流化床溫，鍋爐的耗電量較大，費(fèi)用較高；2021/6/2725（4）生物質(zhì)燃料的高含水量使鍋爐排煙容積增大、效率降低；燃燒某些堿金屬含量較高的燃料時(shí)受熱面易受高溫腐蝕、流化床燃燒過程中某些燃料與床料之間的反應(yīng)而導(dǎo)致床凝結(jié)、直接燃燒某些高氮量燃料時(shí)NOx濃度哦過高等現(xiàn)象，大大影響了燃燒效率的提高和排放物濃度的控制。（5）在垃圾焚燒技術(shù)方面，城市生活垃圾的水分較多，熱值偏低，其組成成分和熱值高低隨季節(jié)及地區(qū)的變化而變化，導(dǎo)致垃圾焚燒不易著火，燃燒和燃盡困難。2021/6/2726第二節(jié)傳統(tǒng)爐灶及其改進(jìn)一、舊式炕連灶2021/6/2727舊式柴灶所用的燃料是農(nóng)作物秸稈、薪柴、草類、干畜糞等。導(dǎo)致其熱效率低的原因：灶膛小，因缺少灶箅，空氣供應(yīng)不充分灶門大，灶體保溫性能差；炊具與燃料距離較遠(yuǎn)；高溫?zé)煔庠跔t膛內(nèi)停留時(shí)間短。2021/6/2728二、舊式炕舊式炕的主要問題是采暖熱效率低，原因是熱量從不同方向損失掉了：從炕里側(cè)面墻（一般為人休息時(shí)頭的方向）傳走從炕遠(yuǎn)端墻傳走；從地面?zhèn)髯撸粡牧飨驘焽璧臒煔鈳ё摺?021/6/2729三、炕連灶的綜合熱效率

從炕里側(cè)和抗面散失的熱量（即采暖有效熱量）及炊事吸收的有效熱量的總和是炕連灶的總有效熱量，它與燃料所具有的總熱量之比，稱為炕連灶的綜合熱效率。2021/6/27302021/6/27312021/6/2732第三節(jié)

生物質(zhì)直燃發(fā)電一、概念及發(fā)電系統(tǒng)生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電是由生物質(zhì)鍋爐利用生物質(zhì)直接燃燒后的熱能產(chǎn)生蒸汽，再利用蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)等發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電的一種技術(shù)。由原料收集系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、熱利用系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)組成。2021/6/27332021/6/2734二、不同種類生物質(zhì)直燃發(fā)電（一）農(nóng)林廢棄物直燃發(fā)電1、農(nóng)林廢棄物的收集與供應(yīng)農(nóng)林廢棄物分布分散、密度小，因此收集成本問題和供應(yīng)成本問題成為影響發(fā)電成本的重要因素。2021/6/27352、農(nóng)林廢棄物的預(yù)處理

干燥是指利用熱能等農(nóng)林廢棄物中的水分蒸發(fā)排出。自然干燥：利用空氣流通或太陽能將水分蒸發(fā)出。人工干燥：利用一定的干燥設(shè)備和熱源對農(nóng)林廢棄物進(jìn)行加熱干燥。2021/6/2736人工干燥技術(shù)流化床干燥技術(shù)：物料顆粒懸浮于氣流之中并發(fā)生強(qiáng)烈的傳熱、傳質(zhì)作用，達(dá)到干燥物料的目的。回轉(zhuǎn)筒干燥技術(shù)：由一個(gè)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的傾斜的圓柱形殼體組成，物料由高端進(jìn)，在筒內(nèi)與干燥介質(zhì)并流或逆流達(dá)到干燥目的后由低端流出。筒倉型干燥技術(shù)：物料堆積在筒倉內(nèi)，由熱風(fēng)帶走物料中的水分。2021/6/2737常用的破碎機(jī)顎式破碎機(jī)：擠壓式破碎機(jī)沖擊式破碎機(jī)：大多為旋轉(zhuǎn)式剪切式破碎機(jī)：剪切破碎2021/6/27383、儲(chǔ)存與給料方式燃料儲(chǔ)存分為收集點(diǎn)儲(chǔ)存生物質(zhì)電廠儲(chǔ)存2021/6/2739原料輸送方式分為氣力輸送帶式輸送螺旋輸送2021/6/27404、燃燒系統(tǒng)固定床燃燒技術(shù)：根據(jù)爐排的形狀或擺放位置差異分為火山爐排、水平爐排和傾斜爐排。流化床燃燒技術(shù)床料應(yīng)考慮的因素：一是具有與原料相當(dāng)?shù)牧骰阅芏菬嵛锪闲赃m應(yīng)流化床燃燒使用三是價(jià)格低廉、無毒無味、易于獲得。懸浮燃燒技術(shù)2021/6/27415、熱利用系統(tǒng)

將燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能。其中，核心的熱功轉(zhuǎn)換裝置分為：汽輪機(jī)蒸汽機(jī)斯特林機(jī)2021/6/27426、污染物控制機(jī)械式除塵器：利用質(zhì)量力（包括重力、慣性力和離心力）作用將灰分從煙塵中發(fā)呢里出來。2021/6/2743

濕式除塵器是利用氣體與液滴或液膜密切接觸，依靠慣性、截留、擴(kuò)散和凝聚效應(yīng)等機(jī)理，將灰分從煙氣中分離出來。2021/6/2744過濾式除塵是含塵氣流通過織物或多空填料層進(jìn)行過濾分離裝置。主要分為袋式除塵器和顆粒除塵器。靜電除塵過程是氣體在靜電除塵器中得到凈化，分為氣體的電離、粉塵的荷電和沉積3個(gè)步驟。2021/6/2745控制NOx的方法：通過燃燒控制抑制其產(chǎn)生;通過煙氣凈化將其去除。2021/6/27462、垃圾處理與燃燒發(fā)電2021/6/2747垃圾經(jīng)地磅稱重后，寫到垃圾儲(chǔ)存坑中在坑內(nèi)發(fā)酵脫水，由吊車將垃圾送入給料器，并進(jìn)入焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒。送風(fēng)機(jī)從垃圾儲(chǔ)存坑中吸入空氣使坑中保持負(fù)壓，把空氣經(jīng)過與處理后作為鍋爐的一次空氣和二次空氣?；以偷交以幚硐到y(tǒng)燃燒產(chǎn)生的熱量和煙氣經(jīng)過預(yù)熱鍋爐進(jìn)行能量回收。煙氣經(jīng)煙氣處理系統(tǒng)除塵除酸后排入大氣；除塵設(shè)備收集的灰分和灰渣由廠外處理。2021/6/2748垃圾分選采用機(jī)械式為主，人工分選為輔的方式，常用的垃圾分選包括：重力分選：根據(jù)固體廢棄物中不同物質(zhì)顆粒的密度差異及在運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中受到的重力、介質(zhì)力和其他機(jī)械力的不同。篩選：利用垃圾的粒度差異。磁選：利用各種物質(zhì)磁性的差異。2021/6/2749三、生物質(zhì)直接發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望1、我國直燃發(fā)電廠的建設(shè)2、我國生物質(zhì)直燃發(fā)電廠的建設(shè)實(shí)例2021/6/27503、生物質(zhì)直燃發(fā)電存在的問題（1）堿金屬引起的結(jié)灰、結(jié)渣和腐蝕在生物質(zhì)利用過程中，通過降低燃料中堿金屬含量的比例，設(shè)法提高燃料灰分的熔點(diǎn)，抑制堿金屬的揮發(fā)，以及探索選用新型的床料。同時(shí)在保持正常的流化床運(yùn)行工況的前提下，適當(dāng)?shù)亟档腿紵郎囟?、合理地調(diào)節(jié)燃燒工況也是一條有效減輕結(jié)渣的途徑。2021/6/2751（2）高溫腐蝕

生物質(zhì)燃料的另一特點(diǎn)是氯含量高，氯在生物質(zhì)燃燒過程中揮發(fā)，并與鍋爐受熱面反應(yīng)而進(jìn)行鍋爐腐蝕，溫度高達(dá)400℃時(shí)即發(fā)生上述現(xiàn)象。2MCl+SO3+H2O—