生物质_燃烧技术.ppt
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1、生物质燃烧技术研究与进展,陈汉平 2008.6.19,华中科技大学 煤燃烧国家重点实验室,煤燃烧国家重点实验室副主任,陈汉平 博士 教授 博导,地址:湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号 邮编:430074 电话:027 - 87542417-8305,87544779-8305(O),87544640(H) 手机: 13098814658 传真:027 - 87545526 电邮:,http:/,,主要内容,1. 背景 2. 生物质燃烧特性 3. 生物质燃烧技术概况 4. 存在的问题及解决方法 5. 华中科技大学相关工作 6. 建议与展望,BP世界能源统计2006,全球石油探明储量可供生产40
2、多年,天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年 我国石油探明储量可供生产15年、天然气仅可供生产30年、煤炭81年,世界,中国,化石燃料,储量有限,不可再生!,背景,自工业革命以来,人类燃烧化石燃料使二氧化碳含量急剧增加。,背景,海平面上涨,冰川消融,背景,背景,生物质资源现状,能源作物和能源植物产业仍未形成!,农业秸秆总量6.5亿吨, 其中50%可作开发利用, 约2.1亿吨标准煤,林业及木材加工废弃物 约2.7亿吨,30%可开发 利用,约0.5亿吨标准煤,畜禽粪便及污水资源可转化沼气约1.0亿吨标准煤,城市生活垃圾清运量约1.55亿吨,可用量约0.25亿吨标准煤,我国生物质 可用资源量约4
3、.0亿吨标煤,背景,我国发展生物质能的地域图景,我国农作物种植面积情况统计图(2005),我国主要农作物种植结构图(2005),农作物以粮食作物为主,数据来源:国家统计局,背景,我国林业资源面积情况统计图(2006),生物质以农业废弃物为主,我国发展生物质能的地域图景,数据来源:国家统计局,背景,我国生物质能利用重点领域和总体布局表,注:表格由可再生能源发展“十一五”规划整理而成,背景,背景,生物质燃烧技术最成熟、最简便可行的方式之一,采用煤的测试标准,需调整,生物质燃烧特性,ASTM方法下生物质的灰成分分析(%),GB方法下生物质的灰成分分析(%),生物质燃烧特性,玉米秆空气气氛失重曲线,某
4、贫煤空气气氛失重曲线,生物质燃烧特性,在100左右均有一个水分的析出峰,且玉米秆的挥发分开始析出温度和析出峰值温度都远低于煤。,生物质燃烧过程特点: 三个阶段:1)预热干燥;2)挥发分的析出、燃烧与焦炭形成;3)残余焦炭燃烧。 含水量高且多变,热值低,炉前热值变化快,燃烧组织困难; 密度小,空隙率高,结构松散,迎风面积大,悬浮燃烧比例大; 挥发分高,且析出温度低、析出过程迅速,燃烧组织需与之适应; 着火容易,燃尽困难;碱金属和氯腐蚀问题突出,燃烧设备的设计与运行方式的选择须从其燃烧特性出发!,生物质燃烧特性,层燃技术 链条炉和往复推饲炉排炉 结构简单,原料预处理容易,投资和操作成本低 炉膛高温
5、难以避免,流化床技术 高效低污染、传热传质强、燃料适应性好 低温运行 技术成熟,已进入商业运行。,受热面积灰、结渣,未来发展方向,生物质直接燃烧技术,直燃发电的两种不同燃烧方式比较,生物质直接燃烧技术,特点: 体积小,密度大,储运方便 燃料致密,燃烧持续稳定、周期长,燃烧效率高 燃烧后的灰渣及烟气中污染物含量小 与常规生物质及煤差别大,燃烧设备需重新设计(包括:炉内空气动力场、温度场和浓度场分布、过量空气系数大小、受热面布置等) 国内:规模不大,成本高,压制设备不成熟,使用范围狭窄 国外:燃烧设备已定型,加工工艺合理、专业化、自动化程度高、热效率高、排烟污染小;已产业化,在加热、供暖、干燥、发
6、电等多领域推广应用 引进技术不合国情 国外:林业废弃物;国内:秸秆类,生物质成型燃料燃烧技术,生物质成型燃料燃烧技术,生物质固体成型机型式分类表,* 指未进行初投资分摊的净收益,直接燃燃技术,固体成型燃料,数据来源:相关文献整理,初投资不高,经济收益较好,生物质的特点 不利于长距离运输 季节性、区域性 生物质与煤混烧 克服生物质原料供应波动影响,克服纯烧的缺点 能够利用大型电厂的规模经济,热效率高 低成本、低风险 ,污染物排放减少 国外对秸秆类高碱金属生物质的掺混比例一般限制在10-20%(能量基),连续、稳定供应困难,效率 经济性,生物质与煤混烧技术,国内 起步较晚,目前缺乏先进的技术与设备
7、 生物质与煤混烧难以计量和管理,导致政策支持不够 生物质掺混比例低于80%(能量基)不享受政策优惠,按常规火电项目管理,限制了我国生物质与煤混烧技术的发展,生物质与煤混烧技术,直燃发电,混烧发电,固体成型,生物质与煤混烧,垃圾及污泥焚烧,产业化发展迅速、资源供应面临压力、加快装备技术国产化、能源利用品位提高,但未“资源化”,技术上可行、但缺乏政策支持、资源供应稍显灵活、效益有待评估,技术尚不成熟、符合垃圾减量化要求、但环境污染是规模化发展障碍,资源供给充足、符合目前农村用能习惯、成型机械不能高效经济、持续稳定运行,制约推广应用,生物质燃烧技术比较,国外: 欧美主要采用热电联产技术(CHP),锅
8、炉设计基本全部采用流化床技术。CHP工艺中发电效率在30%40%,但是它有80%的潜力可控 丹麦政府已明令电力行业必须每年焚烧140万吨生物质;美国2010年生物质发电将达到13000MW装机容量;2002年日本提出计划2010年生物质能发电达330MW 国内: 主要集中在有稳定生物质原料来源的制糖厂和林木加工企业 最近几年发展迅猛。截至2007年底,国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个,生物质燃烧发电概况,我国生物质直燃发电项目列表(不完全统计),直燃发电,发 展 迅 速,技 术 以 引 进 为 主,秸秆直燃
9、发电厂三大主机参数表,以下以21.2万千瓦秸秆直燃发电厂为例,采用净现值方法对系统经济性做一简单分析。所谓净现值( net present value,通常用NPV表示)是指项目寿命期内每年发生的现金流量,按一定的折现率将各年净现金流量折现到同一时点(通常是初期)的现值累加值。其表达式为:,直燃发电,数据来源:相关文献整理,秸秆直燃电厂投资收益表,* 指未进行初投资分摊的净收益,数据来源:相关文献整理,直燃发电,年净现值流图,直燃发电,投资回收期较长,受秸秆价格波动影响大,生物质与煤间接混烧发电示意图,我国首台煤粉秸秆混燃发电机组于2005年12月16日在华电国际电力股份有限公司所属的十里泉发
10、电厂成功投产。该公司在1台14万千瓦原燃煤锅炉(400吨/小时)基础上加装了两台从丹麦BWE公司进口的输入热负荷为3万千瓦的秸秆专用燃烧器,并对供风系统及相关控制系统进行了优化,同时增加了1套秸秆收购、储存、粉碎和输送设备。 然在实际运行过程中却面临着诸多困境:秸秆价格飞涨(由原100元/吨飚升到400元/吨 );不享受补贴电价;灰粉难以分离 ,对粮食生产造成一定影响 。,生物质与煤混烧发电,循环流化床垃圾焚烧利用系统流程图,江苏盐城垃圾焚烧发电有限公司投资2.58亿人民币,采用国内循环流化床技术,建设规模为三台75t/h循环流化床垃圾焚烧锅炉和配置二台15MW抽凝式汽轮发电机组,日处理垃圾达
11、1000吨。 北京最大的垃圾焚烧项目海淀区六里屯发电厂在建设初期,就遭到了附近居民的强烈反对。主要焦点在于环境污染,特别是二恶英等有毒气体排放对人体所造成伤害的潜在威胁,垃圾及污泥焚烧发电,存在发展空间,面临污染挑战,污泥干燥焚烧利用系统流程图59,垃圾及污泥焚烧发电,我国首例污泥干化焚烧项目于2004年9月27日在上海市石洞口城市污水处理厂投入运营,日处理脱水污泥213吨。 污泥焚烧技术成本较高,盈利空间较小。目前,污水处理费在大部分城市都仅为0.3元/立方米,难以负担污水处理大约每立方米1元的成本。,1. 生物质的收集、储运与预处理,技术发展的瓶颈,能量密度低,分布分散 区域性、季节性 纤
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