1、 燃生物质循环流化床锅炉可行性汇报哈尔滨工业大学能源科学与工程学院 能源与环境工程研究所别如山，杨励丹教授第1页1 开发利用生物质能意义 每年经过光合作用固定下来生物质能约是全世界能每年经过光合作用固定下来生物质能约是全世界能源消耗源消耗1010倍。当前被人们利用仅占倍。当前被人们利用仅占1.01.0。预计世界大陆上生物质年产量为预计世界大陆上生物质年产量为1010111110101212吨干物吨干物质。质。我国农作物秸杆每年约为我国农作物秸杆每年约为5 56 6亿吨，折合标准煤约亿吨，折合标准煤约2 22.42.4亿吨，森林每年可提供亿吨，森林每年可提供90009000万吨薪柴万吨薪柴(年实
2、年实际开发量约为际开发量约为1.81.8亿吨亿吨)。林业加工过程生产边角废。林业加工过程生产边角废料每年约为料每年约为24002400万立方米，折合标准煤万立方米，折合标准煤150150万吨。万吨。稻谷年产量约稻谷年产量约200200兆吨，可取得稻壳约兆吨，可取得稻壳约4040兆吨，折兆吨，折合标准煤约合标准煤约2020兆吨。兆吨。第2页 我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要我国农村居民仅维持日常生活用能，每年就需要3 3亿吨标准煤，占全国能耗亿吨标准煤，占全国能耗3030，而这些能源，而这些能源8080左右是由生物质能提供。因为生物质能是可再生能左右是由生物质能提供。因为生物质能是可再
3、生能源，开发利用生物质能含有辽阔前景。源，开发利用生物质能含有辽阔前景。生物质能利用之所以受到世界各国高度重视，还因生物质能利用之所以受到世界各国高度重视，还因为生物质是一个清洁燃料。生物质含硫量低，含氮为生物质是一个清洁燃料。生物质含硫量低，含氮量不高，燃烧后量不高，燃烧后NONOx x和和SOSO2 2含量很低；生物质中灰含量很低；生物质中灰分普通也很小，所以充分燃烧后烟尘含量极低。生分普通也很小，所以充分燃烧后烟尘含量极低。生物质燃烧过程含有二氧化碳零排放特点，这对于缓物质燃烧过程含有二氧化碳零排放特点，这对于缓解日益严重解日益严重“温室效应温室效应”有着特殊意义。有着特殊意义。第3页2
4、 美国生物质燃料利用 美国当前开发利用生物质能主要经过直接燃烧生物美国当前开发利用生物质能主要经过直接燃烧生物质产生蒸汽、电力。生物质原料主要为采伐业枝桠质产生蒸汽、电力。生物质原料主要为采伐业枝桠等废弃物、不成材树木、造纸和木材加工废弃物以等废弃物、不成材树木、造纸和木材加工废弃物以及稻壳、甘蔗渣等。在美国，及稻壳、甘蔗渣等。在美国，采取流化床燃烧技术采取流化床燃烧技术利用生物质能含有相当规模利用生物质能含有相当规模，如美国爱达荷能源产如美国爱达荷能源产品企业已生产出燃生物质媒体流化床锅炉，蒸汽锅品企业已生产出燃生物质媒体流化床锅炉，蒸汽锅炉出力为炉出力为4.54.550t/h50t/h，供
5、热锅炉出力为，供热锅炉出力为1.06101.06107 71.32101.32108 8kJ/hkJ/h。八十年代末，九十年代初，美国利八十年代末，九十年代初，美国利用流化床燃烧技术开发大型燃废木循环流化床发电用流化床燃烧技术开发大型燃废木循环流化床发电锅炉。锅炉。第4页比如，由美国比如，由美国CECE企业生产企业生产两台循环流化床锅炉两台循环流化床锅炉，分别安装于分别安装于FresnoFresno和和RocklinRocklin，出力为，出力为100t/h100t/h，蒸汽压，蒸汽压力为力为8.7MPa8.7MPa，过热蒸汽温度，过热蒸汽温度515515，热功率，热功率78MW78MW分分别
6、于别于19881988、19891989年投运。另外年投运。另外两台热功率为两台热功率为71MW71MW循循环流化床燃废木料锅炉环流化床燃废木料锅炉装在装在MeccaMecca于于19921992年投运。当年投运。当前美国已经有近前美国已经有近10001000家燃木材电厂在运行，装机容家燃木材电厂在运行，装机容量达量达6500MW6500MW。年以前生物质能（废木材、木屑、稻。年以前生物质能（废木材、木屑、稻谷壳和甘蔗渣等可燃生物燃料）发电总装机容量达谷壳和甘蔗渣等可燃生物燃料）发电总装机容量达1MW1MW。第5页表表表表1 1 美国燃生物燃料发电站美国燃生物燃料发电站美国燃生物燃料发电站美国
7、燃生物燃料发电站 （19891989年资料）年资料）年资料）年资料）装置台数装机容量MWe州名独立联产独立联产总量亚拉巴马0150375375亚利桑那2045045加利福尼亚6430736255991康涅狄格4315514169特拉华1013013佛罗里达1215314474788佐治亚0503636夏威夷21370129199爱达荷160.2116116伊利诺伊01022印地安那0703636艾奥瓦21112.213堪萨斯142.41012肯塔基11111路易斯安那11211300311缅因42288704792马里兰2221494308马萨诸塞2938252290密歇根3137824732
8、5明尼苏达32363161224第6页续表续表1 1密西西比0100230230密苏里0206060蒙大拿21718340358新罕布什尔35156580新泽西2014014纽约1117154425579北卡罗来纳32760351411俄亥俄161790107俄克拉何马2181725俄勒冈32469185254宾夕法尼亚090144144南卡罗来纳113494695田纳西21264349得克萨斯192146148犹他0102020佛蒙特5380218298弗吉尼亚090136136华盛顿31172120192威斯康星5955117172总总 计计149367245959628421第7页3 瑞
9、典生物质燃料利用 瑞典是高度发达工业化国家，但因为煤、石油资源瑞典是高度发达工业化国家，但因为煤、石油资源贫乏，能源主要依赖进口石油。但瑞典森林资源丰贫乏，能源主要依赖进口石油。但瑞典森林资源丰富，森林覆盖率达富，森林覆盖率达58%58%，为了利用本国资源，降低，为了利用本国资源，降低石油进口，瑞典非常重视生物质能开发利用。生物石油进口，瑞典非常重视生物质能开发利用。生物质能利用量已占全国总能耗质能利用量已占全国总能耗16.116.1，到达，到达5555亿亿KWhKWh，其中相当部分就是将树枝、树叶、树皮、森林废，其中相当部分就是将树枝、树叶、树皮、森林废弃物、锯木屑和泥炭等运输到热电厂，弃物
10、、锯木屑和泥炭等运输到热电厂，在大型流化在大型流化床锅炉中燃烧而得以利用床锅炉中燃烧而得以利用，尽管这些锅炉含水量有，尽管这些锅炉含水量有时高达时高达50506060，但锅炉热效率仍可到达，但锅炉热效率仍可到达8080。第8页4 丹麦生物质燃料利用 丹丹麦麦为为了了降降低低二二氧氧化化碳碳排排放放，计计划划每每年年燃燃烧烧700700万万吨吨干干草草，八八万万吨吨木木屑屑，采采取取循循环环流流化化床床锅锅炉炉，将将干干草草与与煤煤以以60%60%：40%40%百百分分比比送送入入炉炉内内燃燃烧烧。锅锅炉炉参参数数为为：出出力力为为100t/h100t/h，蒸蒸汽汽压压力力为为9.0MPa9.0
11、MPa，过过热热蒸蒸汽温度汽温度490490，热功率，热功率80MW80MW。第9页5 我国生物质燃料利用 从从我我国国当当前前利利用用生生物物质质能能情情况况看看，因因为为直直接接燃燃烧烧生生物物质质能能占占相相当当比比重重，但但燃燃烧烧设设备备落落后后，热热效效率率很很低低，如如农农用用柴柴灶灶炉炉热热效效率率普普通通为为10102020，先先进进柴柴灶灶炉炉热热效效率率也也仅仅在在3030左左右右；现现在在以以层层燃燃方方式式燃燃生生物物质质锅锅炉炉数数量量极极少少，热热效效率率也也很很低低；生生物物质质气气化化炉炉气气化化率率低低，所所得得燃燃气气热热值值不不高高等等。所所以以提提升升
12、这这些些锅锅炉炉、炉炉具具燃燃烧烧效效率率、热热效效率率以以及及提提升升气气化化炉炉气气化化率率及及燃燃气气热热值值是是急急待待处处理理关关键键技技术术问问题，对于节约能源有着极为主要意义。题，对于节约能源有着极为主要意义。第10页6 生物质燃烧方式选择 植植物物秸秸秆秆是是一一个个生生物物废废料料,它它含含有有生生物物废废料料(如如木木屑屑、椰椰子子壳壳、棕棕榈榈须须等等)普普通通特特点点，即即水水分分很很高高、灰灰分分极极小小、挥挥发发份份很很高高、发发烧烧值值偏偏低低。燃燃烧烧过过程程中中烧烧结结问问题必需针对作物种类认真处理。题必需针对作物种类认真处理。固固体体燃燃料料有有三三种种燃燃
13、烧烧方方式式可可供供选选择择:（1 1）粉粉状状燃燃烧烧 (2)(2)层状燃烧层状燃烧(3)(3)流化床燃烧。流化床燃烧。采采取取粉粉状状燃燃烧烧时时,首首先先应应将将其其制制成成粉粉末末,因因为为生生物物废废料料是是非非脆脆性性材材料料,磨磨制制时时易易生生成成纤纤维维团团而而不不是是粉粉状状,而而且且需需要要预预先先干干燥燥,而而干干燥燥高高水水分分秸秸秆秆要要消消耗耗大大量量热热，这这么么使使锅锅炉炉结结构构、燃燃料料准准备备系系统统复复杂杂化化，经济性不高。经济性不高。第11页 采采取取层层状状燃燃烧烧时时,因因为为水水分分高高,干干燥燥及及预预热热过过程程需需时时较较长长,在在链链条
14、条炉炉上上将将使使着着火火拖拖延延,一一但但它它燃燃尽尽后后,因因为为灰灰分分极极少少,不不能能在在炉炉排排上上形形成成一一层层灰灰保保护护层层，轻易造成尾部炉排烧坏。轻易造成尾部炉排烧坏。循循环环流流化化床床是是燃燃烧烧生生物物废废料料最最正正确确选选择择,在在流流化化床床中中,床床料料含含有有很很高高热热容容量量,给给生生物物废废料料提提供供充充分分预预热热及及干干燥燥热热源源,对对水水分分达达5050左左右右燃燃料料,能能够够稳稳定定地地着着火火燃燃烧烧,因因为为灰灰分分低低，燃燃尽尽残残留留物物不不足足以以形成床料形成床料,所以需采取媒体流化床。所以需采取媒体流化床。第12页7 哈工大
15、在生物质能利用方面研究结果 哈哈尔尔滨滨工工业业大大学学从从八八十十年年代代末末期期开开始始研研究究采采取取流流化化床床燃燃烧烧技技术术开开发发利利用用生生物物质质能能。已已完完成成生生物物质质媒媒体体流流化化床床流流化化特特征征研研究究；生生物物质质在在燃燃烧烧过过程程中中产产生生烧烧结结现现象象研研究究；提提升升燃燃烧烧效效率率研研究究；燃燃生生物物质质媒媒体体流流化化床床锅锅炉炉结结构构研研究究；生生物物质质气气化化后后燃燃气气热热值值及及燃燃气气产产率率研研究究；生生物物废废料料燃燃气气热热力力联联产产关关键键技技术术研研究究，糠糠醛醛渣渣（玉米芯）燃烧试验研究等。（玉米芯）燃烧试验研
16、究等。第13页8哈工大生物质废料系列流化床锅炉1 1、先先后后研研制制开开发发了了4 4、1010、12.512.5、14t/h14t/h燃燃稻稻谷谷壳壳、废废木木与与木木屑屑、甘甘蔗蔗渣渣及及棕棕榈榈空空果果穗穗等等生生物物废废料料流流化化床床锅锅炉炉1010余余台台。其其中中两两台台12.5t/h12.5t/h燃燃甘甘蔗蔗渣渣锅锅炉炉经经德德国国BAYBAY企企业业于于19921992年年出出口口泰泰国国；一一台台4t/h4t/h燃燃稻稻壳壳锅锅炉炉于于19941994年年出出口口泰泰国国；一一台台14t/h14t/h燃燃棕棕榈榈空空果果穗穗流流化化床床锅锅炉炉于于19971997年年出出
17、口口马马来来西西亚亚，9898年年1010月月顺顺利利投投运运；一一台台4t/h4t/h燃燃木木屑屑流流化化床床锅锅炉炉于于19981998年年出出口口西西非非加加纳纳。研制产品进入国际市场，深受用户好评。研制产品进入国际市场，深受用户好评。第14页2 2、三台、三台10t/h10t/h燃废木与木屑流化床锅炉燃废木与木屑流化床锅炉(设计参数为：锅设计参数为：锅炉蒸发量炉蒸发量D=10t/hD=10t/h；工作压力；工作压力P=1.25MPaP=1.25MPa；过热蒸汽；过热蒸汽温度温度t=350t=350；设计效率；设计效率=80.86%)=80.86%)，装在大连金州，装在大连金州外资企业常
18、荣、常盛合板有限企业于外资企业常荣、常盛合板有限企业于19921992年春投运。年春投运。经测试，燃烧效率达经测试，燃烧效率达9999，锅炉热效率达，锅炉热效率达83.883.8，这，这两个主要技术指标已到达国际先进水平。多年来为企两个主要技术指标已到达国际先进水平。多年来为企业节约了大量能源，创造了很高经济效益，用户十分业节约了大量能源，创造了很高经济效益，用户十分满意。该锅炉满意。该锅炉19961996年被国家经贸委列为国家级重点年被国家经贸委列为国家级重点新产品，新产品，9797年年1 1月取得国家专利，月取得国家专利，19981998年年1212月取得中月取得中国航天工业总企业部级科技
19、进步二等奖。国航天工业总企业部级科技进步二等奖。第15页3、某厂与哈工大合作研发35t/h、75t/h燃糠醛渣（玉米芯）循环流化床锅炉已运行2年多，效果良好。以烧糠醛渣为主，辅助燃烧部分煤，从而到达满负荷运行。第16页表2 哈工大研制燃生物废料流化床锅炉表1哈工大475t/h燃生物废料流化床锅炉序号安装地点容量台数燃料投运或设计年份1泰国坤敬糖厂12.5t/h2甘蔗渣1992投运2大连常荣常盛合板有限企业(外资企业)10t/h/3503燃废木及木屑1992投运3衡阳西合国家粮库4t/h1稻壳1993投运4泰国曼谷兴裕集成泰火礱有限企业4t/h1稻壳1994投运5辽宁抚顺试验林厂4t/h1燃废木
20、及木屑1996投运6马来西亚、恩纳社节能技术企业14/2.5MPa1棕榈空果穗1998年10月投运7非洲、加纳共和国加纳奴洛肯特企业4t/h1燃废木及木屑1998年7月投运8辽宁省清原县弯甸子镇试验林场4t/h1燃废木及木屑9某省35t/h/450/3.82MPa1糠醛渣与煤混烧糠醛渣与煤混烧10月投运10某省75t/h/450/3.82MPa112月投运第17页9 哈工大生物质废料流化床锅炉关键技术 1.1.采取媒体流化床采取媒体流化床 流流化化床床是是燃燃烧烧生生物物废废料料最最正正确确选选择择,在在流流化化床床中中,床床料料含含有有很很高高热热容容，给给生生物物质质燃燃料料提提供供充充分
21、分预预热热及及干干燥燥热热源源,对对水水分分达达505060%60%左左右右燃燃料料,能能够够稳稳定定地地着着火火燃燃烧烧,因因为为灰灰分分低低燃燃尽尽残残留留物物不不足足以以形形成成床床料料,所所以以需需用用细细砂砂作作媒媒体体床床料料，以确保形成稳定以确保形成稳定密相区料密相区料层层。2.2.采取稀相区采取稀相区强强旋旋转转切向二次切向二次风风 因因为为生生物物质质废废料料挥挥发发份份很很高高，密密度度小小，因因而而大大量量可可燃燃气气体体和和细细粒粒子子易易被被夹夹带带进进入入稀稀相相区区，需需要要与与空空气气及及时时混混合合。为为此此在在稀稀相相区区下下方方设设置置高高速速喷喷入入切切
22、向向旋旋转转二二次次风风，形形成成强强烈烈旋旋转转上上升升气气流流，延延长长气气体体和和细细小小颗颗粒粒在在炉炉内内停停留留时时间间，加加强强可燃气体和二次可燃气体和二次风强风强烈混合，提升燃烈混合，提升燃烧烧效率效率。第18页 3.3.采取采取立式或立式或卧室旋卧室旋风风分离器分离器 在在稀稀相相区区后后设设置置立立式式或或卧卧式式旋旋风风分分离离器器，将将飞飞灰灰分离下来，分离下来，送入炉内深入燃尽送入炉内深入燃尽，提升燃烧效率提升燃烧效率。4.4.采取了取得国家采取了取得国家专专利利风风力力给给料装置料装置 将将我我取取得得此此项项专专利利用用于于4 4、1010、12.512.5、14
23、14t/ht/h燃燃生生物物质质流流化化床床锅锅炉炉上上，对对播播散散燃燃料料，使使其其均均匀匀分分散散在在床床层层表表面面，及及时时补补充充给给料料口口附附近近燃燃料料燃燃烧烧所所需需确确实实空空气气等等方方面面都都起起到到至至关关主主要要作作用用，使使锅锅炉炉对对燃燃料料粒粒度度组组成成，水水份份改改变变含含有有较较强强适适应应性性，运运行行结结果果证实证实效果良好。效果良好。5.5.燃料适燃料适应应性性我我们对们对布布风风系系统统、密相区受、密相区受热热面、面、辅辅机机选选型等方型等方面面对对燃料适燃料适应应性都有考性都有考虑虑。使燃生物。使燃生物质质流化床流化床锅锅炉可炉可与与煤、生物
24、煤、生物质质混混烧烧，或，或单单独独烧烧任一个燃料。任一个燃料。第19页10 哈工大生物质废料流化床锅炉获奖、专利第20页第21页12 社会效益和经济效益 社社会会效效益益：燃燃生生物物质质流流化化床床锅锅炉炉，可可大大量量降降低低SOSO2 2及及烟烟尘尘对对大大气气污污染染，并并含含有有 “零零排排放放”特特点点，在在保保护护环环境境方方面面有有着着不不可可估估量量现现实实意意义义，另另首首先先，生生物物质质是是可可再再生生能能源源，只只要要太太阳阳还还存存在在，就就不不会会枯枯竭竭。所所以以被被认认为为是是清清洁，很有前途新能源。洁，很有前途新能源。经济效益：到当前为止，我们已经有四种型
25、号经济效益：到当前为止，我们已经有四种型号1010余台燃生物废料流化床余台燃生物废料流化床锅炉进入国际市场，为国家出口创汇。以装在大连外资企业锅炉进入国际市场，为国家出口创汇。以装在大连外资企业3 3台台SHF10-SHF10-1.25/350-M1.25/350-M燃废木与木屑流化床锅炉为例，经济效益非常显著，表现在燃废木与木屑流化床锅炉为例，经济效益非常显著，表现在（1 1）每年节约环境保护罚款）每年节约环境保护罚款1010万元万元/台，台，1212年三台节约环境保护费用近年三台节约环境保护费用近360360万元万元(以前采取层燃炉烧板厂废料，出现锅炉冒黑烟，环境保护每年以前采取层燃炉烧板厂废料，出现锅炉冒黑烟，环境保护每年每台罚款每台罚款1010万元万元)；（；（2 2）原来以层燃方式燃烧，锅炉热效率只有）原来以层燃方式燃烧，锅炉热效率只有40%40%，采取流化床锅炉效率可达采取流化床锅炉效率可达83.8%83.8%，节约了大量能源；（，节约了大量能源；（3 3）锅炉性能好，）锅炉性能好，确保用户大批量连续生产需要，大大提升了生产效率。从原来日产确保用户大批量连续生产需要，大大提升了生产效率。从原来日产30003000张合板，提升到日产张合板，提升到日产1 1张，使用户经济效益大大提升。张，使用户经济效益大大提升。第22页
