广西生物质发电厂锅炉燃烧方式探讨

广西生物质发电厂锅炉燃烧方式探讨 广西生物质发电厂锅炉燃烧方式探讨 2009年第4期西电力 广西生物质发电厂锅炉燃烧方式探讨 DiscussiononCombustionModein GuangxiBiomassElectricityGenerationPlant 陆智 LUZhi (广西电力工业勘察设计研究院,广西南宁530023) 摘要:联系生物质发电技术的发展趋势,对生物质直接燃烧发电技术,生物质与煤混合直燃发电技术进行分析和比较,并 针对广西首个生物质电厂柳城2×15MW生物质发电厂的锅炉燃烧方式进行细致分析,指出采用循环流化床燃烧技术符合 我区生物质能源发展的需要. 关键词:生物质发电;燃烧方式;循环流化床 中图分类号:TM619文献标志码:A文章编号:1671—8380(2009)04—0049—04 生物质能是唯一可储存的可再生能源,其利用 过程环境友好,且可替代化石能源减排co2,因而是 一 种颇具产业化和规模化利用前景的可再生能源, 对我国能源结构的优化意义重大.发展生物质发 电,是构筑稳定,经济,清洁,安全能源供应体系,突 破经济社会发展资源环境制约的重要途径.广西生 物质能资源非常丰富,可作为电厂燃料的生物质资 源种类很多,既有收购期长达半年的甘蔗叶等一年 一 收的农作物秸秆,也有稻秆等一年两季的农作物 秸秆….除部分用于造纸和畜牧饲料外,剩余部分 都可做燃料使用.广西区内现有森林面积约1.51 ×10km2,森林覆盖率64%,每年通过正常的灌木 平茬复壮,森林抚育问伐,果树绿篱修剪以及收集森 林采伐,造材,加工剩余物等方式,可获得数量可观 的生物质资源量.此外,区内还有1.73×10km2 速丰林,位居全国第一位,这些得天独厚的资源优 势,都是广西发展生物质发电产业的优势. 1生物质直接燃烧发电利用技术 生物质直接燃烧发电就是将生物质直接作为燃 料进行燃烧,用于发电或者热电联产.生物质直接 燃烧具有以下特点L2J: ?生物质燃烧所放出的CO2大体相当于其生 成时通过光合作用所吸收的C02,因此可以认为是 CO2的零排放,有助于缓解温室效应. ?生物质的燃烧产物用途广泛,灰渣可以综合 收稿日期:2009—04—14;修回日期:2009—06—08 利用. ?生物质燃料可与矿物质燃料混合燃烧,既可 以减少运行成本,提高燃烧效率,又可以降低s02, NOx等有害气体的排放浓度. ?采用生物质燃烧设备可以快速实现各种生物 质资源的大规模减量化,无害化,资源化利用,而且 成本较低,因而生物质直接燃烧技术具有良好的经 济性和开发潜力. 1.1单燃生物直燃技术 在欧美发达国家主要燃烧的生物质是木本植 物,在我国,由于特殊的国情使得我们用于燃烧的物 质基本局限于秸秆等草本类植物.据有关文献对秸 秆的燃烧机理进行的研究,秸秆等生物质与常规燃 料的区别主要有以下几点【3,5J: ?与常规燃料相比,秸秆的含水量较大,约20%, 是常规燃料含水量的8,10倍.因此,在相同锅炉出 力的情况下,其烟气量约是常规燃料锅炉的1.5,2 倍.在锅炉受热面布置时,要充分考虑这一情况. ?与大多数生物质燃料一样,秸秆的堆积密度 较小.秸秆投入炉内燃烧时,先落在炉床上,随着水 分蒸发,开始漂浮在炉内进行燃烧.因此,在这类锅 炉设计时,一定要考虑到燃烧室的体积要大一些,使 得燃料在炉内有足够的停留时间,得以完全燃尽. ?从燃料的燃烧过程来看,大多数秸秆(除甘蔗 渣外)在干燥后,挥发分快速脱离母体迅猛燃烧,挥 广西电力2009年第4期 发份不附着在秸秆表面燃烧,这与煤的燃 烧机理是完全不同的. ?逸出挥发分后的秸秆变黑称为焦炭 粒子呈暗红色,未见明显的火焰,而且在炉 膛高温火焰的辐射下,缓慢地燃烧,燃尽时 间也较长. 1.1.1层燃炉燃烧技术 层燃炉燃烧技术主要以炉排炉为代 表,燃料在固定或者移动的炉排上实现燃 烧,燃烧所需的空气从下方透过炉排供应 上部的燃料,燃料处于相对静止的状态,燃 料入炉后的燃烧时间可由炉排的移动或者 振动来控制,以灰渣落入炉排下或者炉排 后端的灰坑为结束.图1是由丹麦公司设 计,在西班牙桑古艾萨投入商业运行的典型的装配 有秸秆粉碎机的活动炉排炉. 1.1.2循环流化床燃烧技术 循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构使 其具备很多独特的优点,如低温燃烧特性和炉膛温度 均匀;物料循环和良好的炉内反应条件;循环流化床 炉膛内强烈的颗粒运动;良好的燃料适应性.与炉排 燃烧技术相比,循环流化床燃烧技术具有布风均匀, 燃料与空气接触混合良好,S0)c及NOx排放少等优 点,更适合燃烧水分过高,低热值的秸秆.同时,炉内 温度控制和机组负荷控制上也具有一定的优势]. 瑞典,丹麦,德国等发达国家在流化床燃用生物 质燃料技术方面具有较高的水平.美国爱达荷能源 产品公司已经开发生产出燃生物质流化床锅炉,锅 炉蒸汽出力为4.5,50t/h,供热锅炉出力为36.67 MW;美国CE公司利用鲁奇技术研制的大型燃废 木循环流化床发电锅炉出力为100t/h,蒸汽压力为 8.7a;美国B&W公司制造的燃木柴流化床锅 炉也于20世纪80年代至90年代初投入商业运行. 此外,瑞典以树枝,树叶等林业废弃物作为大型流化 床锅炉的燃料加以利用,锅炉热效率可达到 80%;瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电 联产的 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ,使生物质能在提供高品位电能的同时, 满足供热的要求. 1.2生物质与煤混合直燃技术 生物质与煤混合燃烧有以下技术优势]: ?生物质是可再生能源,在煤粉炉中,煤与生物 质共燃,为现役电厂提供一种快速而低成本的生物 质发电技术,是一种廉价而低风险的可利用再生能 源的发电技术. 圈1西班牙桑古艾萨层燃炉生物质电厂 ?煤粉燃烧发电效率高,可达35%以上,与生 物质共燃正是借用其高效率的优点,这是现阶段其 它生物质发电技术难以比拟的. ?生物质燃烧低硫低氮,在与煤粉共燃时可以 降低电厂的soz和NOx排放,被公认为是现役燃煤 电厂降低coz排放的最有效措施. ?我国生物质资源丰富,可利用未被利用的生 物质折合近4x10t标准煤,且分布广泛,可就地利 用;另一方面,大量利用生物质发电可增加农民收 入,促进农业和农村经济的可持续发展. ?生物质共燃技术简单,投资和运行费用低,此 外,生物质相对较便宜,对燃煤电厂而言还可增加燃 料的选择范围和燃料适应性,降低燃料成本. 丹麦哥本哈根A,,】D()RE电厂,2OO2年增加了 热功率为105MW的生物质发电设备,采用天然气 (油)与麦秸混合燃烧工艺,每小时秸秆消耗量为25t, 农业秸秆主要来源于芬兰和丹麦.生物质的水分含量 用超声波测定,在25%左右【8J.丹麦采用高倍率循环 流化床锅炉,将干草与煤按照6:4的比例送入炉内进 行燃烧,锅炉出力为100t/h,热功率达80MW[6]. 2广西柳城生物质发电厂锅炉燃烧方式探讨 广西作为全国的食糖主产区,占全国糖产量的 一 半以上,甘蔗的种植面积稳定在7.33×103,8× 100km2,每年榨季都产生数量巨大的甘蔗叶等废弃 物.柳州市柳城县作为国家糖料蔗基地县,2008年 种植糖料蔗总面积达393.33km2,种植区域相对集 中,年产秸秆总产量约为37.5×10t,丰富的甘蔗叶 为发展生物质发电创造了良好的条件.同时,柳城 县也是桑蚕养殖大县,2007年底桑园总面积达到87 km2,每年桑树修剪下来的桑树枝达31.5×104t,这 2009年第4期广西电力51 也提供了丰富的生物质燃料.因此,全国收割利用 甘蔗秸秆的可再生能源项目,同时也是广西第一个 生物质秸秆发电厂落户柳城. 项目利用柳城当地的甘蔗叶,桑树枝,水稻秸秆 等作为燃料.由于甘蔗叶和桑树枝等生物质燃料的 收集具有明显的季节性,因此锅炉设计时按每年 4一l1月燃用甘蔗叶,1—3月和12月份燃用桑树枝 考虑.燃料品质见表2[71. 表2柳城生物质燃料品质 从表2数据可以看出,与煤相比,甘蔗叶和桑树 枝的挥发分含量和水分含量较多;固定碳和灰分的 含量相对较低,收到基低位发热量比动力煤中最低 的褐煤还低,因此燃烧生物质燃料时,炉内温度较 低,燃烧的稳定性较差;氮和硫的含量比较低,因而 污染物的排放不是很严重,有利于环境保护. 此外,从表2中的成灰特性和灰成分可以看出, 燃料在较低的温度就能迅速的成灰,说明燃料的灰 熔点较低,使运行中温度的控制要求更高,不合理的 运行温度,将会导致燃料灰的熔融,引发严重的结渣 聚团现象,降低运行效率,严重时将影响锅炉的正常 运行;在生物质燃料的灰中,硅含量很高,有可再利 用的价值;同时,燃料灰中含有大量的碱金属,通过 前人的研究,可以证实灰成分中大量的碱金属导致 了燃料灰的低温熔融特性. 根据柳城生物质燃料水分含量高,能量密度小, 挥发分高,含氧量高,碱金属和氯的含量较高,同时 有机硫和氮的含量低的特性,在燃料品种,水分含 量,预处理程度相差较大的情况下,采用层燃的方式 难以保持稳定,充分的燃烧.而循环流化床燃烧方 式具有燃料适应性广,低温燃烧,燃烧效率高,负荷 调节性能好等优点,因此循环流化床燃烧方式更适 合燃用各种水分大,发热量低的生物质,燃烧效率和 锅炉热效率较高.采用砂子,燃煤炉渣等作为流化 媒体,形成蓄热量大,温度高的密相床层,为高分子, 低热值的生物质提供了优越的着火条件.依靠床层 内剧烈的传热传质过程和燃料在床内较长的停留时 间,使难以燃尽的生物质也能充分燃尽. 图2所示为柳城生物质电厂采用的浙江大学热 能工程研究所提供技术的燃用生物质燃料的中温中 压循环流化床锅炉,锅炉蒸发量(BMCR)为 75t/11.燃料破碎合格后(5,15mm),通过输料 皮带运至主厂房皮带层,落入炉前秸秆料仓,料仓容 积为179m3,可存储约8t的甘蔗叶或35t的桑树 枝;燃料通过料仓底部的12台拨料器松散后落到3 台锅炉给料机上,经输送后通过落料管进入炉膛燃 烧.进入炉膛的燃料与经旋风分离器分离下来的返 回炉膛继续燃烧的物料,在从炉膛底部水冷风室,风 帽进入炉膛的一次风流化作用下,在炉膛密相区充 分混合后开始燃烧,二次风从燃烧室前,后侧进入炉 膛,补充燃料燃烧所需要的氧气. 图2柳城75t/h生物质直燃锅炉 52广西电力2009年第4期 燃烧产生的烟气携带大量物料自下而上从炉膛 上部的后墙出口烟道进入2个高效涡壳式旋风分离 器,在旋风分离器中进行烟气和固体颗粒的分离,分 离后洁净的烟气由分离器中心筒出来依次流过尾部 烟道中的过热器,省煤器和空气预热器后排出,进入 除尘器进行除尘,最后由引风机排至烟囱进入大气, 烟囱高80m,出口内径为2.5m. 综合循环流化床固有优势和柳城生物燃料的燃 烧特性以及技术成本,循环流化床燃烧方式更有利 于柳城生物质直接燃烧发电的实现,更符合我区实 际情况,是秸秆利用的更好的选择. 3结语 面对资源和环境的双重压力,过去以煤电为主 的电力结构的弊端逐渐显现,我国的能源形势面临 着严峻的挑战.大力发展可再生能源被广泛的认为 是解决能源匮乏和环境问题最可行的方法,而在可 供发展的可再生能源种类中,生物质能无疑占据了 很重要的位置,生物质能具有可再生性,广泛分布 性,低污染等特点.合理的开发生物质能源,响应国 家节能减排政策,改善能源结构,为我区经济发展提 供稳定的电力供应.循环流化床燃烧发电是对生物 能的一种有效的利用方式,其成熟的技术为大规模 利用生物质能创造了良好的条件. 参考文献 [1]方振华.广西发展生物质发电的前景,问题与建议[J]. 广西电力,2009(1):4 [2]张明,袁益超,刘聿拯.生物质直接燃烧技术的发展研 究[J].能源研究与信息,2005,21(1):15,21. 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