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生物质燃烧技术概述

发布时间:2018/08/18 点击量:
自古以来,人类就利用直接燃烧的方法从生物质中获取热量。1970年芬兰开始开发流化床锅炉技术,将生物质燃烧产生电能或供热,这项技术已经成熟,并成为燃烧供热电工艺的基本技术。欧美一些国家基本都使用热电联产技术来解决燃烧物质原料用于单一供电或供暖在经济上不合算的问题。生物质燃烧技术包括生物质直接燃烧、生物质和煤的混合燃烧以及生物质的气化燃烧。
1.生物质直接燃烧
生物质转化为电力主要有直接燃烧蒸汽发电和生物质气化发电两种。生物质直接燃烧发电的技术已进入推广应用阶段。生物质气化发电是更洁净,适合于小规模生物质分散利用,投资较少,发电成本也低。大规模的生物质气化发电一般采用生物质联合循环发电(IGCC)技术,能源效率高,可大规模开发利用生物质资源。
直接燃烧发电是生物质与过量空气在锅炉中燃烧,产生的热烟气和锅炉内的换热器换热,使换热器中的水气化为高温高压蒸汽,通过在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能。自20世纪90年代起,丹麦、奥地利等欧洲国家开始对生物质能发电技术进行开发和研究。经过多年的努力,已研制出利用木屑、秸秆、谷壳等发电的锅炉。截止到2004年,丹麦已建立了130家秸秆发电厂,使生物质能源成为丹麦的重要能源之一。
生物质气化的发电技术主要有三种方式:第一是带有汽轮机的生物质加压气化,第二是带有汽轮机或者是发动机的常压生物质气化,第三是带有Rankine循环的传统生物质燃烧系统。传统的生物质气化联合发电技术(BIGCC)包括生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。目前欧美一些国家正开展这方面研究,如美国的Battelle(63MW)和夏威夷(6MW)项目,英国(8MW)、瑞典(加压生物质气化发电4MW)、芬兰(6MW)以及欧盟建设的其他3个7~12MW生物质气化发电BIGCC示范项目。美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位。美国建立Battelle生物质气化发电示范工程代表了生物质能利用的世界先进水平,可生产中热值气体。这种大型生物质气化循环发电系统包括原料预处理、循环流化床气化、催化裂解净化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电等设备,适合于大规模处理农林废弃物。
2.生物质与煤的混合燃烧
生物质与煤(或者水煤浆)混合燃烧是一种新型综合利用生物质能和煤炭资源,同时降低污染排放的燃烧方式。我国生物质能占一次能源总量的33%,是仅次于煤的第二大能源。另外,我国燃煤污染排放严重,发展生物质与煤(或者水煤浆)混合燃烧(混烧)利用方式既能减轻环境污染又能利用再生能源的技术,非常适合我国的国情。在大型燃煤热电厂中,将生物质与矿物燃料混合燃烧,不仅为生物质与矿物燃料的优化提供了机会,同时可使现存许多燃煤设备不需要太大的改动就可投入使用,使整个项目的设备投资费用降低。
生物质和煤(或水煤浆)混合燃烧过程主要包括水分蒸发、前期生物质及挥发分的燃烧和后期煤的燃烧等。单一生物质燃烧主要集中于燃烧前期;单一煤燃烧主要集中于燃烧后期。在生物质与煤(或水煤浆)混烧的情况下,燃烧过程明显分成两个燃烧阶段,随着煤的混合比重加大,燃烧过程逐渐集中于燃烧后期。生物质的挥发分初析温度要远低于煤的挥发分初析温度,使得着火燃烧提前。在煤中掺人生物质后,可以改善煤的着火性能。在煤和生物质混烧时,最大燃烧速率有前移的趋势,同时可以获得更好的燃尽特性。生物质的发热量低,在燃烧的过程中放热比较均匀,单一煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期。在煤中加人生物质后,可以改善燃烧放热的分布状况,对于燃烧前期的放热有增进作用,可以提高生物质的利用率。
近年来,生物质燃烧技术的研究主要集中在高效燃烧、热电联产、过程控制、烟气净化、减少排放量与提高效率等技术领域。在热电联产领域,出现了热、电、冷联产。以热电厂为热源,采用溴化锂吸收式制冷技术提供冷水进行空调制冷,可以节省空调制冷的用电量。热、电、气联产则是以循环流化床分离出来的800~900。C的灰分作为干馏炉中的热源,用干馏炉中的新燃料析出挥发分生产干馏气。流化床技术仍然是生物质高效燃烧技术的主要研究方向,特别像我国生物质资源丰富的国家,开发研究高效的燃烧炉、提高使用热效率,至关重要。