生物质直接燃烧技术市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

1.生物质燃烧原理生物质燃烧原理2.传统炉灶及其改进传统炉灶及其改进3.生物质直接发电生物质直接发电第五章第五章 生物质直接燃烧技术生物质直接燃烧技术第1页第2页第一节第一节 生物质燃烧原理生物质燃烧原理一、生物质燃料特征一、生物质燃料特征第3页与煤炭相比，生物质燃料主要有以下差异：与煤炭相比，生物质燃料主要有以下差异：（1 1）含碳量少，含固定碳少）含碳量少，含固定碳少（2 2）含氧量多，含水分多）含氧量多，含水分多（3 3）挥发分含量多）挥发分含量多（4 4）密度小）密度小（5 5）含硫量低）含硫量低第4页二、二、生物质燃料燃烧过程生物质燃料燃烧过程1 1、燃烧各阶段分析燃烧各阶段分析生物质燃料燃烧过程是强烈放热化学反应。生物质燃料燃烧过程是强烈放热化学反应。燃烧过程是燃料和空气间传热、传质过程。燃烧过程是燃料和空气间传热、传质过程。发生燃烧前提条件是要有足够热量供给和发生燃烧前提条件是要有足够热量供给和适当空气供给。适当空气供给。第5页第6页燃烧各个阶段：燃烧各个阶段：（1 1）预热阶段）预热阶段（2 2）干燥阶段）干燥阶段（3 3）挥发分析出燃烧阶段）挥发分析出燃烧阶段（4 4）焦炭燃烧阶段）焦炭燃烧阶段 以上燃烧各过程能够分为：吸热反应（预以上燃烧各过程能够分为：吸热反应（预热、干燥和挥发分析出）和放热反应。热、干燥和挥发分析出）和放热反应。第7页因参加吸热反应柴草和参加放热反应柴草因参加吸热反应柴草和参加放热反应柴草并未直接接触，这使得柴草吸热只能依靠并未直接接触，这使得柴草吸热只能依靠火焰和炉膛内壁辐射。火焰和炉膛内壁辐射。另外，可将空气分为一次空气和二次空气。另外，可将空气分为一次空气和二次空气。普通，从炉灶底部供给空气称为一次空气。普通，从炉灶底部供给空气称为一次空气。，而为了让挥发分尽可能地充分燃烧所额，而为了让挥发分尽可能地充分燃烧所额外提供空气称为二次空气。外提供空气称为二次空气。第8页2 2、燃烧过程温度控制技术燃烧过程温度控制技术首先，燃烧过程主要发生为碳燃烧：首先，燃烧过程主要发生为碳燃烧：C+OC+O2 2=CO=CO2 2+405.8 KJ+405.8 KJ生成二氧化碳在氧气供给不足情况下与空气生成二氧化碳在氧气供给不足情况下与空气中碳颗粒发生吸热反应，从而降低温度：中碳颗粒发生吸热反应，从而降低温度：COCO2 2+C=2CO-160.7KJ+C=2CO-160.7KJ水蒸气与碳也会发生吸热反应：水蒸气与碳也会发生吸热反应：H H2 2O+C=CO+H-126.7KJO+C=CO+H-126.7KJ第9页三、燃烧过程部分计算问题三、燃烧过程部分计算问题1 1、空气供给量计算、空气供给量计算 生物质燃料中含磷量极少，而钾常以氧化钾形式生物质燃料中含磷量极少，而钾常以氧化钾形式存在，在忽略不计情况下，则单位质量燃料理论存在，在忽略不计情况下，则单位质量燃料理论需要空气量可按下式计算：需要空气量可按下式计算：V V0 0=0.889C=0.889Cy y+0.4256H+0.4256Hy y+0.0333+0.0333（S Sy y-O-Oy y）V V0 0为单位质量燃料理论需要空气体积（标准状态下），为单位质量燃料理论需要空气体积（标准状态下），m3/Kgm3/Kg；C Cy y为燃料碳元素应用基含量；为燃料碳元素应用基含量；H Hy y为燃料氢元素应用基含量；为燃料氢元素应用基含量；S Sy y为燃料硫元素应用基含量；为燃料硫元素应用基含量；O Oy y为燃料氧元素应用基含量。为燃料氧元素应用基含量。第10页普通情况下，为1.7-3.0，最正确为2.0左右第11页第12页2 2、排烟量计算排烟量计算每千克燃料实际烟气量可按下式计算：每千克燃料实际烟气量可按下式计算：Vpy=0.1866(Cy+0.375Sy)+0.111Hy+0.012Wy+Vpy=0.1866(Cy+0.375Sy)+0.111Hy+0.012Wy+0.008Ny+(1.0161py-0.21)V00.008Ny+(1.0161py-0.21)V0VpyVpy为每千克燃料实际烟气量（标准状态下）为每千克燃料实际烟气量（标准状态下）CyCy为燃料碳元素应用基含量；为燃料碳元素应用基含量；SySy为燃料硫元素应用基含量；为燃料硫元素应用基含量；HyHy为燃料氢元素应用基含量；为燃料氢元素应用基含量；WyWy为燃料水分应用基含量；为燃料水分应用基含量；NyNy为燃料氮元素应用基含量。为燃料氮元素应用基含量。第13页3 3、燃烧温度计算燃烧温度计算第14页 构想使燃料在理想条件下（没有散热损失构想使燃料在理想条件下（没有散热损失和完全燃烧）时计算出来燃烧温度称为和完全燃烧）时计算出来燃烧温度称为“理论燃烧温度理论燃烧温度”，该数值用来评价燃料燃，该数值用来评价燃料燃烧过程本身程度，是经过进入和排出燃烧烧过程本身程度，是经过进入和排出燃烧系统物质热平衡来求得。系统物质热平衡来求得。第15页四、四、影响燃烧主要原因影响燃烧主要原因1 1、温度、温度在考虑到灰分熔化问题前提下，应尽可能提在考虑到灰分熔化问题前提下，应尽可能提升反应温度。升反应温度。2 2、空气量、空气量燃料和空气供给决定着燃烧反应进程。燃料和空气供给决定着燃烧反应进程。3 3、时间、时间4 4、颗粒尺寸、颗粒尺寸尽可能降低燃料颗粒尺寸有利燃烧反应进行。尽可能降低燃料颗粒尺寸有利燃烧反应进行。第16页5 5、水分含量、水分含量 大多数生物质燃料若要进行自维持燃烧，大多数生物质燃料若要进行自维持燃烧，则要求燃料中水分含量不超出则要求燃料中水分含量不超出65%65%。6 6、气固混合、气固混合 需要搅动使气固混合良好，才能使灰分剥需要搅动使气固混合良好，才能使灰分剥落并暴露出未燃炭，确保燃烧充分性。落并暴露出未燃炭，确保燃烧充分性。7 7、灰分灰分 燃料中灰分含量越高，燃料热值和燃烧温燃料中灰分含量越高，燃料热值和燃烧温度越低。度越低。第17页燃料充分燃烧三要素：燃料充分燃烧三要素：（1 1）温度）温度（2 2）空气量及其与燃料混合）空气量及其与燃料混合（3 3）反应时间和空间）反应时间和空间第18页五、五、生物质直接燃烧技术生物质直接燃烧技术一、生物质直接燃烧特点一、生物质直接燃烧特点（1 1）生物质直接燃烧所释放出）生物质直接燃烧所释放出COCO2 2相当于其相当于其生长时经过光合作用所固定生长时经过光合作用所固定COCO2 2，实现，实现COCO2 2零零排放，有利于缓解温室效应。排放，有利于缓解温室效应。（2 2）生物质燃烧产物用途广泛，灰渣可加以）生物质燃烧产物用途广泛，灰渣可加以综合利用；综合利用；（3 3）生物质燃料可与矿质燃料混合燃烧，即）生物质燃料可与矿质燃料混合燃烧，即可降低运行成本，提升燃烧效率，又能够可降低运行成本，提升燃烧效率，又能够降低有害气体排放。降低有害气体排放。（4 4）含有良好经济学和开发潜力。）含有良好经济学和开发潜力。第19页二、生物质直接燃烧技术分类二、生物质直接燃烧技术分类1 1、炉灶燃烧技术、炉灶燃烧技术节柴灶特点：节柴灶特点：热能在灶内停留时间长，能够得到充分利热能在灶内停留时间长，能够得到充分利用，故热效率高；用，故热效率高；无熏烟、污染少；无熏烟、污染少；质量小，可拆装；质量小，可拆装；功效对，经灶桥调整，可烧柴、烧锯灰和功效对，经灶桥调整，可烧柴、烧锯灰和烧煤。烧煤。第20页2 2、锅炉燃烧技术、锅炉燃烧技术第21页 在进行多相过程设备中，若有固相参加且在进行多相过程设备中，若有固相参加且处于静止状态时，则设备内固体颗粒物料处于静止状态时，则设备内固体颗粒物料层称为固定床。层称为固定床。层燃层燃下饲式下饲式 生物质平铺在炉排上形成一定厚度燃料层，生物质平铺在炉排上形成一定厚度燃料层，进行干燥、挥发分析出及燃烧等过程。进行干燥、挥发分析出及燃烧等过程。第22页 流化床技术流化床技术是指生物质燃料颗粒与空气在锅是指生物质燃料颗粒与空气在锅炉中在沸腾状态下燃烧。流化床内有大量炉中在沸腾状态下燃烧。流化床内有大量床料，能蓄积大量热量，便于低热值燃料床料，能蓄积大量热量，便于低热值燃料快速干燥和点火，同时因为窗内高温炽热快速干燥和点火，同时因为窗内高温炽热颗粒猛烈运动，强化了气固混合，使燃料颗粒猛烈运动，强化了气固混合，使燃料表面灰分剥落，有利于颗粒充分燃烧。表面灰分剥落，有利于颗粒充分燃烧。鼓泡流化床鼓泡流化床循环流化床循环流化床第23页悬浮燃烧技术是指生物燃料以粉状随同空悬浮燃烧技术是指生物燃料以粉状随同空气经燃烧器喷入锅炉炉膛，在悬浮状态下气经燃烧器喷入锅炉炉膛，在悬浮状态下进行燃烧。进行燃烧。该技术使用于小颗粒燃料燃烧，含水率不该技术使用于小颗粒燃料燃烧，含水率不能超出能超出15%15%，燃料是在涡流作用下实现悬浮，燃料是在涡流作用下实现悬浮状态燃烧，挥发分与二次空气混合并燃尽。状态燃烧，挥发分与二次空气混合并燃尽。第24页3 3、生物质直接燃烧技术存在问题、生物质直接燃烧技术存在问题（1 1）流化床锅炉对燃料颗粒尺寸要求严格；）流化床锅炉对燃料颗粒尺寸要求严格；（2 2）对于比重较小、结构涣散、蓄热能力差）对于比重较小、结构涣散、蓄热能力差生物质，必须不停添加石英砂等床料，以生物质，必须不停添加石英砂等床料，以维持正常燃烧室所需蓄热床料。燃烧后产维持正常燃烧室所需蓄热床料。燃烧后产生生物质飞灰较硬，轻易磨损锅炉受热面，生生物质飞灰较硬，轻易磨损锅炉受热面，而混入了石英砂等床料灰渣也难以利用。而混入了石英砂等床料灰渣也难以利用。（3 3）为了维持一定流化床温，锅炉耗电量较）为了维持一定流化床温，锅炉耗电量较大，费用较高；大，费用较高；第25页（4 4）生物质燃料高含水量使锅炉排烟容积增）生物质燃料高含水量使锅炉排烟容积增大、效率降低；燃烧一些碱金属含量较高大、效率降低；燃烧一些碱金属含量较高燃料时受热面易受高温腐蚀、流化床燃烧燃料时受热面易受高温腐蚀、流化床燃烧过程中一些燃料与床料之间反应而造成床过程中一些燃料与床料之间反应而造成床凝结、直接燃烧一些高氮量燃料时凝结、直接燃烧一些高氮量燃料时NOxNOx浓度浓度哦过高等现象，大大影响了燃烧效率提升哦过高等现象，大大影响了燃烧效率提升和排放物浓度控制。和排放物浓度控制。（5 5）在垃圾焚烧技术方面，城市生活垃圾水）在垃圾焚烧技术方面，城市生活垃圾水分较多，热值偏低，其组成成份和热值高分较多，热值偏低，其组成成份和热值高低随季节及地域改变而改变，造成垃圾焚低随季节及地域改变而改变，造成垃圾焚烧不易着火，燃烧和燃尽困难。烧不易着火，燃烧和燃尽困难。第26页第二节第二节 传统炉灶及其改进传统炉灶及其改进一、一、旧式炕连灶旧式炕连灶第27页 旧式柴灶所用燃料是农作物秸秆、薪柴、旧式柴灶所用燃料是农作物秸秆、薪柴、草类、干畜粪等。造成其热效率低原因：草类、干畜粪等。造成其热效率低原因：灶膛小，因缺乏灶箅，空气供给不充分灶膛小，因缺乏灶箅，空气供给不充分灶门大，灶体保温性能差；灶门大，灶体保温性能差；炊具与燃料距离较远；炊具与燃料距离较远；高温烟气在炉膛内停留时间短。高温烟气在炉膛内停留时间短。第28页二、二、旧式炕旧式炕 旧式炕主要问题是采暖热效率低，原因是热旧式炕主要问题是采暖热效率低，原因是热量从不一样方向损失掉了：量从不一样方向损失掉了：从炕里侧面墙（普通为人休息时头方向）从炕里侧面墙（普通为人休息时头方向）传走传走从炕远端墙传走；从炕远端墙传走；从地面传走；从地面传走；从流向烟囱烟气带走。从流向烟囱烟气带走。第29页三、炕连灶综合热效率三、炕连灶综合热效率 从炕里侧和抗面散失热量（即采暖有效热从炕里侧和抗面散失热量（即采暖有效热量）及炊事吸收有效热量总和是炕连灶总量）及炊事吸收有效热量总和是炕连灶总有效热量，它与燃料所含有总热量之比，有效热量，它与燃料所含有总热量之比，称为称为炕连灶综合热效率炕连灶综合热效率。第30页第31页第32页第三节第三节 生物质直燃发电生物质直燃发电一、概念及发电系统一、概念及发电系统生物质直接燃烧发电是由生物质锅炉利用生物质直接燃烧发电是由生物质锅炉利用生物质直接燃烧后热能产生蒸汽，再利用生物质直接燃烧后热能产生蒸汽，再利用蒸汽推进汽轮机等发电系统进行发电一个蒸汽推进汽轮机等发电系统进行发电一个技术。技术。由原料搜集系统、预处理系统、储存系统、由原料搜集系统、预处理系统、储存系统、给料系统、燃烧系统、热利用系统和烟气给料系统、燃烧系统、热利用系统和烟气处理系统组成。处理系统组成。第33页第34页二、二、不一样种类生物质直燃发电不一样种类生物质直燃发电（一）农林废弃物直燃发电（一）农林废弃物直燃发电1 1、农林废弃物搜集与供给、农林废弃物搜集与供给 农林废弃物分布分散、密度小，所以搜农林废弃物分布分散、密度小，所以搜集成本问题和供给成本问题成为影响发电集成本问题和供给成本问题成为影响发电成本主要原因。成本主要原因。第35页2 2、农林废弃物预处理、农林废弃物预处理 干燥是指利用热能等农林废弃物中水分蒸干燥是指利用热能等农林废弃物中水分蒸发排出。发排出。自然干燥：利用空气流通或太阳能将水分自然干燥：利用空气流通或太阳能将水分蒸发出。蒸发出。人工干燥：利用一定干燥设备和热源对农人工干燥：利用一定干燥设备和热源对农林废弃物进行加热干燥。林废弃物进行加热干燥。第36页人工干燥技术人工干燥技术流化床干燥技术：物料颗粒悬浮于气流之中流化床干燥技术：物料颗粒悬浮于气流之中并发生强烈传热、传质作用，到达干燥物并发生强烈传热、传质作用，到达干燥物料目标。料目标。回转筒干燥技术：由一个迟缓转动倾斜圆柱回转筒干燥技术：由一个迟缓转动倾斜圆柱形壳体组成，物料由高端进，在筒内与干形壳体组成，物料由高端进，在筒内与干燥介质并流或逆流到达干燥目标后由低端燥介质并流或逆流到达干燥目标后由低端流出。流出。筒仓型干燥技术：物料堆积在筒仓内，由热筒仓型干燥技术：物料堆积在筒仓内，由热风带走物料中水分。风带走物料中水分。第37页惯用破碎机颚式破碎机：挤压式破碎机颚式破碎机：挤压式破碎机冲击式破碎机：大多为旋转式冲击式破碎机：大多为旋转式剪切式破碎机：剪切破碎剪切式破碎机：剪切破碎第38页3 3、储存与给料方式、储存与给料方式燃料储存分为燃料储存分为搜集点储存搜集点储存生物质电厂储存生物质电厂储存第39页原料输送方式分为原料输送方式分为气力输送气力输送带式输送带式输送螺旋输送螺旋输送第40页4 4、燃烧系统、燃烧系统固定床燃烧技术：固定床燃烧技术：依据炉排形状或摆放位置依据炉排形状或摆放位置差异分为火山炉排、水平炉排和倾斜炉排。差异分为火山炉排、水平炉排和倾斜炉排。流化床燃烧技术流化床燃烧技术床料应考虑原因：床料应考虑原因：一是含有与原料相当流化性能一是含有与原料相当流化性能二是热物料性适应流化床燃烧使用二是热物料性适应流化床燃烧使用三是价格低廉、无毒无味、易于取得。三是价格低廉、无毒无味、易于取得。悬浮燃烧技术悬浮燃烧技术第41页5 5、热利用系统、热利用系统 将燃烧系统产生热量转化为电能。其中，将燃烧系统产生热量转化为电能。其中，关键热功转换装置分为：关键热功转换装置分为：汽轮机汽轮机蒸汽机蒸汽机斯特林机斯特林机第42页6 6、污染物控制、污染物控制 机械式除尘器：利用质量力（包含重力、惯机械式除尘器：利用质量力（包含重力、惯性力和离心力）作用将灰分从烟尘中发呢性力和离心力）作用将灰分从烟尘中发呢里出来。里出来。第43页 湿式除尘器是利用气体与液滴或液膜亲密湿式除尘器是利用气体与液滴或液膜亲密接触，依靠惯性、截留、扩散和凝聚效应接触，依靠惯性、截留、扩散和凝聚效应等机理，将灰分从烟气中分离出来。等机理，将灰分从烟气中分离出来。第44页过滤式除尘是含尘气流经过织物或多空填过滤式除尘是含尘气流经过织物或多空填料层进行过滤分离装置。主要分为袋式除料层进行过滤分离装置。主要分为袋式除尘器和颗粒除尘器。尘器和颗粒除尘器。静电除尘过程是气体在静电除尘器中得到静电除尘过程是气体在静电除尘器中得到净化，分为气体电离、粉尘荷电和沉积净化，分为气体电离、粉尘荷电和沉积3 3个个步骤。步骤。第45页控制控制NOxNOx方法：方法：经过燃烧控制抑制其产生经过燃烧控制抑制其产生;经过烟气净化将其去除。经过烟气净化将其去除。第46页2 2、垃圾处理与燃烧发电、垃圾处理与燃烧发电第47页垃圾经地磅称重后，写到垃圾储存坑中在坑内发垃圾经地磅称重后，写到垃圾储存坑中在坑内发酵脱水，由吊车将垃圾送入给料器，并进入焚烧酵脱水，由吊车将垃圾送入给料器，并进入焚烧炉内进行焚烧。炉内进行焚烧。送风机从垃圾储存坑中吸入空气使坑中保持负压，送风机从垃圾储存坑中吸入空气使坑中保持负压，把空气经过与处理后作为锅炉一次空气和二次空把空气经过与处理后作为锅炉一次空气和二次空气。气。灰渣送到灰渣处理系统灰渣送到灰渣处理系统燃烧产生热量和烟气经过预热锅炉进行能量回收。燃烧产生热量和烟气经过预热锅炉进行能量回收。烟气经烟气处理系统除尘除酸后排入大气；烟气经烟气处理系统除尘除酸后排入大气；除尘设备搜集灰分和灰渣由厂外处理。除尘设备搜集灰分和灰渣由厂外处理。第48页 垃圾分选采取机械式为主，人工分选为辅垃圾分选采取机械式为主，人工分选为辅方式，惯用垃圾分选包含：方式，惯用垃圾分选包含：重力分选：依据固体废弃物中不一样物质重力分选：依据固体废弃物中不一样物质颗粒密度差异及在运动介质中受到重力、颗粒密度差异及在运动介质中受到重力、介质力和其它机械力不一样。介质力和其它机械力不一样。筛选：利用垃圾粒度差异。筛选：利用垃圾粒度差异。磁选：利用各种物质磁性差异。磁选：利用各种物质磁性差异。第49页三、生物质直接发电技术应用现实状况与三、生物质直接发电技术应用现实状况与展望展望1 1、我国直燃发电厂建设、我国直燃发电厂建设2 2、我国生物质直燃发电厂建设实例、我国生物质直燃发电厂建设实例第50页3 3、生物质直燃发电存在问题、生物质直燃发电存在问题（1 1）碱金属引发结灰、结渣和腐蚀）碱金属引发结灰、结渣和腐蚀在生物质利用过程中，经过降低燃料中碱在生物质利用过程中，经过降低燃料中碱金属含量百分比，设法提升燃料灰分熔点，金属含量百分比，设法提升燃料灰分熔点，抑制碱金属挥发，以及探索选取新型床料。抑制碱金属挥发，以及探索选取新型床料。同时在保持正常流化床运行工况前提下，同时在保持正常流化床运行工况前提下，适当地降低燃烧温度、合理地调整燃烧工适当地降低燃烧温度、合理地调整燃烧工况也是一条有效减轻结渣路径。况也是一条有效减轻结渣路径。第51页（2 2）高温腐蚀）高温腐蚀 生物质燃料另一特点是氯含量高，氯在生生物质燃料另一特点是氯含量高，氯在生物质燃烧过程中挥发，并与锅炉受热面反物质燃烧过程中挥发，并与锅炉受热面反应而进行锅炉腐蚀，温度高达应而进行锅炉腐蚀，温度高达400400时即发时即发生上述现象。生上述现象。2MCl+SO2MCl+SO3 3+H+H2 2OMOM2 2SOSO4 4+2HCl+2HCl2MCl+SO2MCl+SO2 2+O+O2 2MM2 2SOSO4 4+Cl+Cl2 2第52页在锅炉受热面设计时选取新防腐材料，在实在锅炉受热面设计时选取新防腐材料，在实际运行过程中应该合理地调整工况，加入际运行过程中应该合理地调整工况，加入适量脱氯剂或吸收剂脱除或降低适量脱氯剂或吸收剂脱除或降低HClHCl排放，排放，降低炉内降低炉内HClHCl浓度，能够减轻锅炉高温氯腐浓度，能够减轻锅炉高温氯腐蚀。蚀。同时考虑到生物质燃料中氯大部分以氯离子同时考虑到生物质燃料中氯大部分以氯离子形态存在，搜集原料时采取雨水冲刷后太形态存在，搜集原料时采取雨水冲刷后太阳晾干生物质燃料，一定程度上可缓解高阳晾干生物质燃料，一定程度上可缓解高温氯腐蚀。温氯腐蚀。第53页第54页第55页