第27卷第4期能源技術(shù)VoL 27 No, 4006年8月ENERGY TECHNOLOGYAug.2006清潔能源與新能源生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)的應(yīng)用張磊,張世紅(華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室430074)摘要:生物質(zhì)是一種可在再生、低污染的清潔能源,在能源系統(tǒng)中占有重要地位。本文綜述了世界上生物質(zhì)與煤混燒的應(yīng)用狀況,包括直接利用和氣化利用,總結(jié)了目前生物質(zhì)與煤混燒中存在的問題,并根據(jù)我國的實(shí)際情況,提出了在我國發(fā)展生物質(zhì)混燒技術(shù)的建議關(guān)鍵詞:生物質(zhì);煤;混合燃燒中圖分類號:TK6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1005-7439(2006)04-0158-0Applications of biomass and coal co-firingZHANG Lei ZHANG Shi-hong(SKLCC of Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)Abstract: Biomass, as a renewable, low pollution and clean energy source, has being taken a very importantrole in China and world wide. In this paper, the advantages of biomass and its applications of co-firing with coal arecomprehensively presented at first, including direct co-combustion and gasification, The existing problems of theco-combustion are then chiefly summarized and analyzed. And on the basis of Chinese energy development strategsome idiographic suggestions on co-firing of biomass and coal are finally put forwardKeywords: Biomass; coal; co-firing在可再生的清潔能源中,生物質(zhì)以其可再生、產(chǎn)熱、發(fā)電以及熱電聯(lián)產(chǎn)等。根據(jù)201年對歐盟21量巨大、可儲存、碳循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。如農(nóng)作個生物質(zhì)電廠燃燒設(shè)備的統(tǒng)計,采用層燃爐、流化床物秸桿、薪柴、水生植物和各種有機(jī)廢物等,具有揮鍋爐和煤粉爐的比例為47%,29%和14%2,余發(fā)分和炭活性高、氮和硫含量低(含氮量0.5%下的10%為氣化利用。氣化利用方式先將生物質(zhì)3%,含硫量0.1%~1.5%、灰分低在氣化爐內(nèi)氣化產(chǎn)生低熱值燃?xì)?主要成分為50%(0.1%~3%)、燃燒后對環(huán)境的二氧化碳凈排的N2以及CO,CO2,CH4,H2和H2O等),經(jīng)簡單放量為零等優(yōu)點(diǎn),而且與煤混燒所含的堿性氧化物的凈化處理后輸送至鍋爐與煤進(jìn)行混合燃燒。有助于脫除煤燃燒產(chǎn)生的SO2。我國的生物質(zhì)資源1.1層燃燃燒豐富,據(jù)統(tǒng)計,僅農(nóng)作物秸稈、薪柴等產(chǎn)生量就相當(dāng)在層燃方式中,生物質(zhì)平鋪在爐排上形成一定于6億te,是僅次于煤的第二大能源;燃煤鍋爐混厚度的燃料層,進(jìn)行干燥干餾、燃燒及還原。一次燒生物質(zhì)將是我國降低CO2排放、減輕環(huán)境污染的風(fēng)從下部通過燃料層為燃料提供氧氣.可燃?xì)怏w與二次風(fēng)在爐排上方充分混合燃燒。層燃技術(shù)種類較有效措施。多,包括固定床、移動爐排、旋轉(zhuǎn)爐排和下飼式等Ⅰ生物質(zhì)與煤的混合燃燒力怕#式織忙目右塭作簡單、堅(jiān)固耐用和運(yùn)生物質(zhì)與煤的混合燃燒技術(shù)可分為直接燃燒和行可中國煤化工用于生物質(zhì)燃燒或者垃圾CNMH女及合理的配風(fēng)系統(tǒng)氣化利用兩種形式。直接燃燒先對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理,然后直接輸送至鍋爐燃燒室,目前有層燃、流化可以使燃料在爐排上的傳輸較為平滑,從而保障·次配風(fēng)的均勻分布,降低由于空氣分布不均勻造成床和煤粉爐等燃燒形式,主要應(yīng)用于工業(yè)、區(qū)域供158·張磊等:生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)的應(yīng)用的過度結(jié)渣、飛灰損失和過量空氣系數(shù)增加等問題而且爐排系統(tǒng)可以采用水冷的方式,以減輕結(jié)渣現(xiàn)象的出現(xiàn),延長設(shè)備使用壽命。如瑞典的Linkoping熱電廠,就是采用的移動爐排燃燒方式,該熱電廠的燃燒系統(tǒng)根據(jù)各種生物質(zhì)特點(diǎn)采用3個不同的燃燒器分別用于燃燒煤(或橡膠)、木材和油。其中燒煤和木材的層燃爐均采用移動爐排燃燒方式,總裝機(jī)容量為240MW和77MW(其中燃燒木材占65MW和30MW)但是,包括移動爐排在內(nèi)的層燃爐還普遍存在燃燒效率較低(一般都在70%以下)的問題。另外圖1 Alholmens Kraft流化床鍋爐示意圖目前移動爐排式鍋爐所用的控制系統(tǒng)大多以電氣機(jī)械裝置為基礎(chǔ),不足以使鍋爐保持適當(dāng)?shù)目諝?煤比以達(dá)到最佳燃燒和排放性能,尤其是在負(fù)荷變化期BEkr uaE 37間不能及時同步調(diào)整工況,以達(dá)到最優(yōu)性能1.2流化床燃燒流化床燃燒是基于氣固流化態(tài)的一項(xiàng)技術(shù),具有對燃料適應(yīng)性好,有害氣體排放量低等優(yōu)點(diǎn),而且流化床在燃燒過程中加λ脫硫劑直接脫硫,可以大…大降低煙氣中SO2的含量。目前發(fā)展比較迅速的圖示 Kraftwerk Schwandorf電廠結(jié)構(gòu)示意圖CFB即循環(huán)流化床燃燒技術(shù),對燃料的適應(yīng)性很有煤粉爐混燒生物質(zhì),只需要對現(xiàn)有燃煤電廠的相好能夠同時燃燒幾種不同特性的燃料,非常適合生關(guān)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改造。如德國的 Kraftwerk物質(zhì)與煤的混燒而且燃料的選擇以及混燒的比例 Schwandorf凝汽發(fā)電廠,就是采用的煤粉爐燃燒的靈活,從而能夠根據(jù)燃料的市場價格進(jìn)行選擇,確方式,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該電廠采用86%的低硫保燃料的經(jīng)濟(jì)性。采用CFB生物質(zhì)與煤混燒。燃褐煤(含硫1%)和14%的農(nóng)作物秸稈、谷殼等作為燒效率可達(dá)95%以上,能與煤粉爐鍋爐相媲美,由于采用分級燃燒,溫度控制在830~850C范圍內(nèi),燃料進(jìn)行混燒,裝機(jī)容量為280MW。盡管采用煤粉爐混燒生物質(zhì)和煤,可以適當(dāng)減NOx的生成量很少。例如芬蘭的 Alholmens少污染,但是受到生物質(zhì)混燒比例不能過大的限制,Kraft熱電廠(圖1),鍋爐容量為240MW,鍋爐的與循環(huán)流化床混燒相比,煤粉爐混燒的SO2和NOx額定蒸發(fā)量為194kg/s,過熱蒸汽壓力的為等氣體排放物還是較多,在氣體污染物的控制方面6.5MPa,溫度545℃。鍋爐的設(shè)計燃料由45%泥煤、10%的森林殘余物、35%的樹皮與木材加工廢還是有待提高。另一方面煤粉爐燃燒對燃料的顆粒尺寸和含水率要求較為嚴(yán)格,一般顆粒尺寸要求料以及10%的煤所組成,是現(xiàn)階段世界上最大的生物質(zhì)與煤混燒的發(fā)電廠于2002年開始運(yùn)行,并且小于2mm,含水率不能超過15%,因此生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)就比較復(fù)雜,投資也較大。由于顆粒的尺在2004年發(fā)電1750GWh,供熱400GWh目前,CFB混燒煤與生物質(zhì)也存在著一些問寸較小,高燃燒強(qiáng)度還會導(dǎo)致的爐墻表面溫度較高題。例如雖然NOx排放總量有所減少,但由于流化導(dǎo)致構(gòu)成爐墻的耐火材料損壞較快。床燃燒溫度較低,N2O的排放濃度一般比其他燃燒4氣化利用方式高;又如,為了讓飛灰的再循環(huán)燃燒,一次風(fēng)機(jī)采用氣化利用方式產(chǎn)生的溫度為800~900C壓頭要求高電耗較大等。燃?xì)釼山中國煤化工間短有利燃燒:而且生物質(zhì)1.3煤粉爐燃燒CNMHG綜合利用。奧地利的煤粉爐具有燃燒效率高、燃燒完全等優(yōu)點(diǎn),是目Zeltweg電廠采用CFB氣化系統(tǒng)(10MW),應(yīng)用與前大型燃煤鍋爐最為常見的一種燃燒方式;采用現(xiàn)木質(zhì)燃料與煤的混合燒燒示范工程,裝機(jī)容量為137MW,于1998~2000年期間示范運(yùn)行。張磊等:生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)的應(yīng)用2混燒中存在的問題質(zhì)與煤混燒技術(shù)目前存在的問題進(jìn)行攻關(guān)2.1生物質(zhì)原料的供應(yīng)(3)針對生物質(zhì)存在經(jīng)濟(jì)收集半徑的特點(diǎn),我在自然生態(tài)中,生物質(zhì)分布廣泛但不集中,并且國應(yīng)優(yōu)先發(fā)展小容量生物質(zhì)混燒技術(shù)設(shè)備.滿足生生物質(zhì)的能量密度較小,(約比礦物燃料小3至4物質(zhì)產(chǎn)地的用能需要。我國在中小容量層燃和流化倍),貯運(yùn)較困難,費(fèi)用較大因此對于生物質(zhì)運(yùn)輸存床鍋爐方面有豐富的技術(shù)積累,發(fā)展層燃和流化床在一個經(jīng)濟(jì)距離,一般電站的規(guī)模取決于距其80~生物質(zhì)混燒技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢120km范圍內(nèi)可獲取的生物質(zhì)原料的數(shù)量,我國農(nóng)參考文獻(xiàn)作物秸稈的經(jīng)濟(jì)收集范圍應(yīng)控制在30km。2.2混燒比例問題1]段菁春,肖軍,王杰林,莊新國.生物質(zhì)與煤共燃研生物質(zhì)含水量高,與煤混燒后鍋爐產(chǎn)生的煙氣究[.電站系統(tǒng)工程,2004,20(1):1-4.量較大,直接采用現(xiàn)有鍋爐,煙氣超過一定限度后熱2] Jarvinen timo, Eija Alakangas. Cofiring of biomass交換器很難適應(yīng)。因此,沒有經(jīng)過改造的鍋爐在混evaluation of fuel procurement and handling in selected合燃燒中生物質(zhì)的份額不能太多ting plants and exchange of information COFIR2.3生物質(zhì)燃料引起的結(jié)渣和腐蝕ING)LA]. in FINAL REPORT- PART 2[RI生物質(zhì)的灰熔點(diǎn)較低,燃燒過程中設(shè)備容易產(chǎn)生結(jié)渣問題。特別是燃用含氯較多的生物質(zhì)如秸稈[3 Hillring Bengt. Cofiring of bie和稻草等,當(dāng)熱交換器表面溫度超過400℃時,還會fuel procurement and handling in selected existing產(chǎn)生高溫腐蝕。Part 2LA]THE ANALYSIS REPORT OF2.4污染PLANT NO. 12: Linkoping of Sweden[RI在氣化利用中還會產(chǎn)生焦油和灰分、廢水的二Jyvaskyla. Finland, 2001次污染問題6[4 Kokko Ari, Marko Nylund. Biomass and coal co3對我國生物質(zhì)混燒技術(shù)的建議combustion in utility scale- operating experience(1)我國有豐富的生物質(zhì)資源.從環(huán)境保護(hù)和Alholmens KraftA. in 18th Internatio充分利用資源的角度來看,生物質(zhì)與煤的混燒技術(shù)ence on Fluidized Bed Combustion, TorontolLC]. Can-應(yīng)該得到國家的政策扶持和財政支持。[5 Brokeland Ruth. Cofiring of biomass- evaluation of(2)我國生物質(zhì)資源量大面廣,種類多樣。對fuel procurement and handling in selected existing不同的資源種類和不同的用戶對象,需要采用不同plants and exchange of information COFIRING的技術(shù)路線和設(shè)備,才能更有效地加以利用。因此Part 2A]THE ANALYSIS REPORT OF我國應(yīng)因地制宜地開發(fā)適合我國國情地生物質(zhì)混燒PLANT NO. 4: Kraftwerk Schwandorf of germany技術(shù),在加強(qiáng)國際合作與交流、引進(jìn)發(fā)達(dá)國家成熟的[R]. Jyvaskyla, Finland, 2001生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)和設(shè)備的同時應(yīng)加強(qiáng)生物質(zhì)6]邱鐘明,陳礪.生物質(zhì)氣化技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景混燒技術(shù)的基礎(chǔ)研究,組織大學(xué)及科研院所對生物J].可再生能源,2002(4):16-19A.A... AAAAAAAa2么AA..A.AAA么 Aaaa么AA.. Aa22aaaas么AA(上接第157頁)量,增加農(nóng)民收入的目的為紐帶的一整套種植、養(yǎng)殖技術(shù)生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。要(7)做好后續(xù)服務(wù),鞏固推廣成果各鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)把沼氣建設(shè)與改水、改廁、改廚、圈養(yǎng)、改路、改庭院站要抓好沼氣的后續(xù)管理和服務(wù)工作,做到每建等相結(jié)合統(tǒng)一規(guī)劃綜合治理與建設(shè)。為了確保產(chǎn)池及V凵中國煤化工卡跟蹤服務(wù),保證零配氣正常,建沼氣池的農(nóng)戶應(yīng)飼養(yǎng)生豬3頭以上,形成件的CNMHG澤縣沼氣協(xié)會和鄉(xiāng)鎮(zhèn)豬多、氣多、肥多的局面。提倡農(nóng)戶因地制宜在房前“沼氣協(xié)會”,通過“協(xié)會”廾展沼氣技術(shù)咨詢、故障排屋后種植水果、瓜菜等,發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)、營造生態(tài)家除、技術(shù)指導(dǎo)等服務(wù)工作,解除農(nóng)民后顧之憂,提高園,從而達(dá)到改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)民生活質(zhì)沼氣綜合效益,鞏固推廣成果160·