生物质直燃锅炉讲义

生物质直燃锅炉讲义浙江旺能环保股份有限公司周玉彩2011-8-5生物质直燃发电厂主要有以下系统：1、燃料收集储运系统 2、轻油点火系统 3、燃烧系统 4、热力系统 5、除灰渣系统 6、化学水处理系统 7、电气及输出系统8、给排水系统 9、废水处理系统 10、烟风及净化系统 11、接入系统等。

第一章生物质的概述一、生物质的定义和资源状况广义的生物质能包括一切由植物光合作用转化和固定下来的太阳能，生物质作为生物质能的载体有许多种定义，美国能源部（DOE）把生物质定义为：生物质是来源于植物和动物的有机物质。

生物质资源十分丰富，目前全球每年水、陆生物质产量约为全球总能耗量的6～10倍左右。

据统计，生物质资源潜力可达100亿吨，仅森林、草原和耕地这三项的产量就达50亿吨干生物质，相对于20亿吨标准煤。

我国可以开发利用的生物质能源有：各种农业废弃物（秸秆和谷壳等）、薪柴、林业废弃物（树叶和枝桠等）、有机垃圾和人畜粪便等。

统计表明，我国秸秆、薪柴、粪便和垃圾四项资源分别为3.08、1.3、0.77和1.43亿吨标准煤，总计约6.58亿吨标准煤。

根据“九五”规划，我国薪材林面积应达到650万公顷，到2010年将达到860万公顷。

二、生物质的种类和特点一般而言，生物质主要有三类：木质、非木质和动物粪便。

从这三大类可以细分为七种：森林、农业的种植物（木质）、森林之外的树木（木质）、农作物（非木质）、庄稼的废弃物（非木质）、加工过程的废弃物（非木质）和动物粪便（粪便）。

通常用作能量转化的生物质可以分为四大类：木材残余物（涵盖所有来源于木材和木材产品的物质，主要包括：燃料木材、木炭、废弃木材和森林的残余物）、农业废弃物（所有与种植业和庄稼处理过程有关的废弃物。

例如：稻谷壳、秸秆和动物的粪便）、能源庄稼（专门用于能量生产的庄稼。

如：甘蔗杆和木薯）和城市固体垃圾（MSW）。

生物质的组成成分包括：纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、单糖、淀粉、水分、灰分和其它化合物。

每一种组分的含量比例是由生物质种类、生长时期和生长条件等因素决定的[8]。

与化石燃料相比，生物质具有以下特点：（1）生物质是一种二氧化碳零排放的能源资源（利用转化过程中排放的二氧化碳量等于生长过程中吸收的量），可以在提供能源的同时而不增加二氧化碳排放量；（2）生物质的硫（0.05﹪～0.5﹪）、氮（0.2﹪～1.5﹪）灰分（2﹪～8﹪）含量少，在利用转化过程中可以减少硫化物、氮化物和粉尘的排放；（3）生物质的挥发份（75﹪～85﹪）含量大（折算挥发份约为烟煤的六倍以上），氧含量高，有利于生物质的着火和燃烧；（4）生物质的水分(要求＜20﹪）含量大，影响着火和燃烧的稳定性，同时在燃烧时造成大量的能量损失，并且可能引起燃料储存问题；（5）单位质量生物质的热值低（3000～3500kcl/kg），要求能量转化设备有足够的空间投入原料；O，棉花堆放密度200～350kg/m3、（6）生物质的分布分散，能量密度低(按＜20﹪H2玉米秸120～200kg/m3)收集运输和预处理过程（例如粉碎、压缩成型和干燥）费用高(购置费200,运输破碎150元/t)。

（7）生物质具有可再生性，原料具有多样性和广泛性，资源开发潜力大。

三、生物质的利用转化方式生物质的利用转化方式主要有三种：热化学法、生物化学法、提取法。

热化学法是指高温下将生物质转化为其它形式能量的转化技术。

主要包括四种方式：直接燃烧（直接将生物质完全燃烧放出热量）；气化（在气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下对生物质进行部分氧化而转化成气体燃料的过程）；热解（在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下，单纯利用热使生物质中的有机物质等发生热分解从而脱除挥发性物质，常温下为液态或气态，并形成固态的半焦或焦炭的过程）；直接液化（在高温高压和催化剂作用下从生物质中提取液化石油等）。

生物化学法是指生物质在微生物的发酵作用下产生沼气、酒精等能源产品。

提取法是利用生物质提取生物油。

生物质转化为电能的技术包括：直接燃烧（包括与煤混和燃烧）、气化和热解。

气化和直接燃烧是利用生物质原料发电的主要方式。

直接燃烧发电的过程是：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，生物质的化学能转变产生出高温高压蒸汽热能在汽轮机中膨胀做功将热能转换成旋转机械能带动发电机旋转发出电能。

四、生物质的燃烧过程 1. 生物质燃烧的总体方程式燃烧是包含有传热和传质过程，并且伴随有化学反应和流体流动的一种综合现象。

对于任何一种生物质燃料在空气中燃烧时的综合反应，可以用以下方程式表示：OH n Ti Al Fe P Na Mg Ca K Si Cl S N O H C x x x x x x x x x x x x x x x 21151413121110987654321+ 48726252423222)76.3)(1(CH n CO n N n O n O H n CO n N O e n +++++=+++......15421413122112109+++++++C n SO K n KCl n HCl n SO n NO n NO n （1）其中第一个分子式表示任一种生物质燃料，这个经验分子式中只包含了15种元素，实际上这是近似处理，完整的生物质组分还应包含更多的元素。

第二个分子式表示的是燃料中的水分，但是其数值变化很大。

第三个分子式表示的是空气，它是按氧气和氮气分别占总体积的21%和79%的混合物来表示的。

方程式的另一边是反应生产物，主要生成物是那些在式中首先表示的物质，生成物中有些化合物是大气的污染物（如：CO 、N 和S 的氧化物），同时有些生成物（如：碱金属的氯化物和硅酸盐等）会导致燃烧设备的积灰和结渣问题。

2. 生物质燃烧的基本过程由于不同种类的生物质在化学组成成分和物理特性上有差别，所有它们的燃烧过程是有些不同。

但是一般认为，生物质的燃烧通常可以分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。

（1）预热起燃阶段在该阶段，生物质（湿物料）被加热，水分逐渐蒸发后变为干物料。

当生物质被加热到160℃时（要求：一次风温190℃），开始释放出挥发分。

挥发分的组成为：二氧化碳、一氧化碳、低分子碳氢化合物（如：甲烷、乙烯等）、还有氢气、氧气和氮气等气体。

挥发分中的氢气、低分子碳氢化合物和一氧化碳是可燃成分，二氧化碳和氮气是不可燃成分。

（2）挥发分燃烧阶段生物质经加热所释放出的挥发分在高温下开始燃烧，同时释放出大量热量，由于挥发分的成分比较复杂，其燃烧反应也比较复杂。

几种主要挥发分气体的燃烧反应方程式如下：（氢气） OH O H 22221=+ （引燃点570℃） （一氧化碳） 2221CO O CO =+ （引燃点610℃） （甲烷） O H CO O CH 222422+=+ （引燃点538℃） （乙烯气） O H CO O H C 22242323+=+ （引燃点425℃）（乙烷气） OH CO O H C 2226232213+=+ （引燃点472℃） （3）炭燃烧阶段挥发分在燃烧初期将固定碳包裹着，氧气不能接触到炭的表面，因而炭在挥发分的燃烧初期是不燃烧的，经过一段时间以后，挥发分燃烧结束，剩下的炭与氧气接触并发生燃烧反应。

炭燃烧时的反应方程式如下：CO CO O C 223422+=+ O H O H 22222=+CO C CO 22=+ 22H CO O H C +=+对于生物质燃烧的基本过程的认识：生物质的水分对燃烧过程影响很大，甚至主宰整个燃烧过程，所以将水分的干燥作为一个独立的过程，并将生物质燃烧的基本过程分为三步：生物质脱挥发分、挥发分燃烧和炭的燃烧。

3. 影响生物质燃烧的因素影响生物质燃烧的因素有很多，其中燃料的水分含量、空气供给量、燃料的颗粒尺寸和反应时间是主要因素。

下面具体分析它们对燃烧过程的影响：（1）水分含量燃烧反应是放热反应，而水分的蒸发却要强烈地吸收热量。

大多数生物质燃料自维持燃烧要求燃料中的水分含量不超过65％（湿基下的质量百分比值），如果超过这个值，则燃烧过程释放的热量不能满足水分蒸发所需的热量，会导致燃烧反应的结束。

实际上，当生物质的水分含量超过50～55％（湿基下的质量百分比值）时，就需要加入辅助燃料来助燃。

（2）空气供给量所有的燃烧反应都是燃料与空气中的氧进行的，所以空气供给量决定着燃烧反应的过程。

如果空气供给量太小，燃烧反应进行得不完全。

而如果空气供给量太大，则加热空气需要热量，结果会导致燃烧温度的降低，使燃烧的稳定性变差。

因此要确定一个最佳的过量空气系数，保证燃烧稳定和完全彻底地进行。

一般情况下，过量空气系数值在1.2～1.5之间。

（3）燃料颗粒尺寸燃烧反应一般是在燃料颗粒的表面进行，如果颗粒表面大的话，这样就会有利于燃烧反应的进行。

燃料颗粒尺寸决定着参与燃烧反应的颗粒总表面积，颗粒尺寸越小，则燃料颗粒的总面积就越大。

因而，燃料颗粒尺寸小一些（要求≤100㎜），有利于燃烧反应的进行。

（4）反应时间燃料的燃烧是一种化学反应，凡是化学反应，均需要一定的时间才能完成。

因此，足够的反应时间是燃料完成燃烧反应的重要条件之一。

第二章燃生物质振动炉排锅炉的结构生物质直燃发电技术与常规火力发电技术的区别主要有两点，同时也是两大技术难点，一是燃烧设备，二是上料系统。

生物质的燃烧设备主要有：堆状燃烧锅炉、炉排式燃烧锅炉、悬浮燃烧锅炉和流化床燃烧锅炉。

目前，生物发电有限公司基本采用从丹麦BWE公司引进的燃生物质振动炉排锅炉的，该技术在国外被广泛应用，有成功的运行经验。

在国内已经建成和投运了5台130t/h的燃灰色秸秆锅炉机组，且目前运行良好。

下面将重点对130t/h高温高压、燃灰色秸秆、水冷式振动炉排锅炉进行详细的介绍和说明。

第一节概述一、总体介绍已：130t/h燃生物质振动炉排锅炉为例。

130t/h高温高压、燃灰色秸秆、水冷式振动炉排锅炉为自然循环、单汽包、单炉膛、平衡通风、室内布置、固态排渣、全钢构架、底部支撑结构型锅炉。

设计燃料为玉米、小麦秸秆、等。

因为生物质中含有如氯化物的盐分，所以它是一种侵蚀性燃料。

其侵蚀性取决于盐分的含量和种类。

生物质燃烧后产生的灰通常是低熔点的（如：玉米秸 DT变形温度1050℃设计值、ST软化温度1210℃设计值、FT熔化温度1260℃、小麦秸 DT变形温度950℃设计值、ST软化温度1030℃设计值、FT熔化温度1200℃）这使得灰容易附着在锅炉的受热面上，并形成一个灰渣层。

这将会减少受热面的吸热量，甚至会有灰渣覆盖整个受热面的危险。

锅炉设计充分考虑了生物质燃料的这些特性。

高温区的屏式过热器上的灰允许堆积到一定的量，并在重力作用下会从受热面滑落。