生物质与煤混烧技术的应用

第27卷第4期能源技术VoL 27 No, 4006年8月ENERGY TECHNOLOGYAug.2006清洁能源与新能源生物质与煤混烧技术的应用张磊,张世红(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室430074)摘要:生物质是一种可在再生、低污染的清洁能源,在能源系统中占有重要地位。本文综述了世界上生物质与煤混烧的应用状况,包括直接利用和气化利用,总结了目前生物质与煤混烧中存在的问题,并根据我国的实际情况,提出了在我国发展生物质混烧技术的建议关键词:生物质;煤;混合燃烧中图分类号:TK6文献标识码:A文章编号: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在可再生的清洁能源中,生物质以其可再生、产热、发电以及热电联产等。根据201年对欧盟21量巨大、可储存、碳循环等优点而倍受关注。如农作个生物质电厂燃烧设备的统计,采用层燃炉、流化床物秸杆、薪柴、水生植物和各种有机废物等,具有挥锅炉和煤粉炉的比例为47%,29%和14%2,余发分和炭活性高、氮和硫含量低(含氮量0.5%下的10%为气化利用。气化利用方式先将生物质3%,含硫量0.1%~1.5%、灰分低在气化炉内气化产生低热值燃气(主要成分为50%(0.1%~3%)、燃烧后对环境的二氧化碳净排的N2以及CO,CO2,CH4,H2和H2O等),经简单放量为零等优点,而且与煤混烧所含的碱性氧化物的净化处理后输送至锅炉与煤进行混合燃烧。有助于脱除煤燃烧产生的SO2。我国的生物质资源1.1层燃燃烧丰富,据统计,仅农作物秸秆、薪柴等产生量就相当在层燃方式中,生物质平铺在炉排上形成一定于6亿te,是仅次于煤的第二大能源;燃煤锅炉混厚度的燃料层,进行干燥干馏、燃烧及还原。一次烧生物质将是我国降低CO2排放、减轻环境污染的风从下部通过燃料层为燃料提供氧气.可燃气体与二次风在炉排上方充分混合燃烧。层燃技术种类较有效措施。多,包括固定床、移动炉排、旋转炉排和下饲式等Ⅰ生物质与煤的混合燃烧力怕#式织忙目右塭作简单、坚固耐用和运生物质与煤的混合燃烧技术可分为直接燃烧和行可中国煤化工用于生物质燃烧或者垃圾CNMH女及合理的配风系统气化利用两种形式。直接燃烧先对生物质进行预处理,然后直接输送至锅炉燃烧室,目前有层燃、流化可以使燃料在炉排上的传输较为平滑,从而保障·次配风的均匀分布,降低由于空气分布不均匀造成床和煤粉炉等燃烧形式,主要应用于工业、区域供158·张磊等:生物质与煤混烧技术的应用的过度结渣、飞灰损失和过量空气系数增加等问题而且炉排系统可以采用水冷的方式,以减轻结渣现象的出现,延长设备使用寿命。如瑞典的Linkoping热电厂,就是采用的移动炉排燃烧方式,该热电厂的燃烧系统根据各种生物质特点采用3个不同的燃烧器分别用于燃烧煤(或橡胶)、木材和油。其中烧煤和木材的层燃炉均采用移动炉排燃烧方式,总装机容量为240MW和77MW(其中燃烧木材占65MW和30MW)但是,包括移动炉排在內的层燃炉还普遍存在燃烧效率较低(一般都在70%以下)的问题。另外图1 Alholmens Kraft流化床锅炉示意图目前移动炉排式锅炉所用的控制系统大多以电气机械裝置为基础,不足以使锅炉保持适当的空气/煤比以达到最佳燃烧和排放性能,尤其是在负荷变化期BEkr uaE 37间不能及时同步调整工况,以达到最优性能1.2流化床燃烧流化床燃烧是基于气固流化态的一项技术,具有对燃料适应性好,有害气体排放量低等优点,而且流化床在燃烧过程中加λ脱硫剂直接脱硫,可以大…大降低烟气中SO2的含量。目前发展比较迅速的图示 Kraftwerk Schwandorf电厂结构示意图CFB即循环流化床燃烧技术,对燃料的适应性很有煤粉炉混烧生物质,只需要对现有燃煤电厂的相好能够同时燃烧几种不同特性的燃料,非常适合生关设备进行适当改造。如德国的 Kraftwerk物质与煤的混烧而且燃料的选择以及混烧的比例 Schwandorf凝汽发电厂,就是采用的煤粉炉燃烧的灵活,从而能够根据燃料的市场价格进行选择,确方式,其结构如图2所示。该电厂采用86%的低硫保燃料的经济性。采用CFB生物质与煤混烧。燃褐煤(含硫1%)和14%的农作物秸秆、谷壳等作为烧效率可达95%以上,能与煤粉炉锅炉相媲美,由于采用分级燃烧,温度控制在830~850C范围內,燃料进行混烧,装机容量为280MW。尽管采用煤粉炉混烧生物质和煤,可以适当减NOx的生成量很少。例如芬兰的 Alholmens少污染,但是受到生物质混烧比例不能过大的限制,Kraft热电厂(图1),锅炉容量为240MW,锅炉的与循环流化床混烧相比,煤粉炉混烧的SO2和NOx额定蒸发量为194kg/s,过热蒸汽压力的为等气体排放物还是较多,在气体污染物的控制方面6.5MPa,温度545℃。锅炉的设计燃料由45%泥煤、10%的森林残余物、35%的树皮与木材加工废还是有待提高。另一方面煤粉炉燃烧对燃料的颗粒尺寸和含水率要求较为严格,一般颗粒尺寸要求料以及10%的煤所组成,是现阶段世界上最大的生物质与煤混烧的发电厂于2002年开始运行,并且小于2mm,含水率不能超过15%,因此生物质预处理系统就比较复杂,投资也较大。由于颗粒的尺在2004年发电1750GWh,供热400GWh目前,CFB混烧煤与生物质也存在着一些问寸较小,高燃烧强度还会导致的炉墙表面温度较高题。例如虽然NOx排放总量有所减少,但由于流化导致构成炉墙的耐火材料损坏较快。床燃烧温度较低,N2O的排放浓度一般比其他燃烧4气化利用方式高;又如,为了让飞灰的再循环燃烧,一次风机采用气化利用方式产生的温度为800~900C压头要求高电耗较大等。燃气V山中国煤化工间短有利燃烧:而且生物质1.3煤粉炉燃烧CNMHG综合利用。奥地利的煤粉炉具有燃烧效率高、燃烧完全等优点,是目Zeltweg电厂采用CFB气化系统(10MW),应用与前大型燃煤锅炉最为常见的一种燃烧方式;采用现木质燃料与煤的混合烧烧示范工程,装机容量为137MW,于1998~2000年期间示范运行。张磊等:生物质与煤混烧技术的应用2混烧中存在的问题质与煤混烧技术目前存在的问题进行攻关2.1生物质原料的供应(3)针对生物质存在经济收集半径的特点,我在自然生态中,生物质分布广泛但不集中,并且国应优先发展小容量生物质混烧技术设备.满足生生物质的能量密度较小,(约比矿物燃料小3至4物质产地的用能需要。我国在中小容量层燃和流化倍),贮运较困难,费用较大因此对于生物质运输存床锅炉方面有丰富的技术积累,发展层燃和流化床在一个经济距离,一般电站的规模取决于距其80~生物质混烧技术具有明显的技术优势120km范围内可获取的生物质原料的数量,我国农参考文献作物秸秆的经济收集范围应控制在30km。2.2混烧比例问题1]段菁春,肖军,王杰林,庄新国.生物质与煤共燃研生物质含水量高,与煤混烧后锅炉产生的烟气究[.电站系统工程,2004,20(1):1-4.量较大,直接采用现有锅炉,烟气超过一定限度后热2] Jarvinen timo, Eija Alakangas. Cofiring of biomass交换器很难适应。因此,没有经过改造的锅炉在混evaluation of fuel procurement and handling in selected合燃烧中生物质的份额不能太多ting plants and exchange of information COFIR2.3生物质燃料引起的结渣和腐蚀ING)LA]. in FINAL REPORT- PART 2[RI生物质的灰熔点较低,燃烧过程中设备容易产生结渣问题。特别是燃用含氯较多的生物质如秸秆[3 Hillring Bengt. Cofiring of bie和稻草等,当热交换器表面温度超过400℃时,还会fuel procurement and handling in selected existing产生高温腐蚀。Part 2LA]THE ANALYSIS REPORT OF2.4污染PLANT NO. 12: Linkoping of Sweden[RI在气化利用中还会产生焦油和灰分、废水的二Jyvaskyla. Finland, 2001次污染问题6[4 Kokko Ari, Marko Nylund. Biomass and coal co3对我国生物质混烧技术的建议combustion in utility scale- operating experience(1)我国有丰富的生物质资源.从环境保护和Alholmens KraftA. in 18th Internatio充分利用资源的角度来看,生物质与煤的混烧技术ence on Fluidized Bed Combustion, TorontolLC]. Can-应该得到国家的政策扶持和财政支持。[5 Brokeland Ruth. Cofiring of biomass- evaluation of(2)我国生物质资源量大面广,种类多样。对fuel procurement and handling in selected existing不同的资源种类和不同的用户对象,需要采用不同plants and exchange of information COFIRING的技术路线和设备,才能更有效地加以利用。因此Part 2A]THE ANALYSIS REPORT OF我国应因地制宜地开发适合我国国情地生物质混烧PLANT NO. 4: Kraftwerk Schwandorf of germany技术,在加强国际合作与交流、引进发达国家成熟的[R]. Jyvaskyla, Finland, 2001生物质与煤混烧技术和设备的同时应加强生物质6]邱钟明,陈砺.生物质气化技术研究现状及发展前景混烧技术的基础研究,组织大学及科研院所对生物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页)量,增加农民收入的目的为纽带的一整套种植、养殖技术生态农业模式。要(7)做好后续服务,巩固推广成果各乡镇林业把沼气建设与改水、改厕、改厨、圈养、改路、改庭院站要抓好沼气的后续管理和服务工作,做到每建等相结合统一规划综合治理与建设。为了确保产池及V凵中国煤化工卡跟踪服务,保证零配气正常,建沼气池的农户应饲养生猪3头以上,形成件的CNMHG泽县沼气协会和乡镇猪多、气多、肥多的局面。提倡农户因地制宜在房前“沼气协会”,通过“协会”廾展沼气技术咨询、故障排屋后种植水果、瓜菜等,发展庭院经济、营造生态家除、技术指导等服务工作,解除农民后顾之忧,提高园,从而达到改善农村生态环境、提高农民生活质沼气综合效益,巩固推广成果160·