1、1生物质直燃锅炉讲义浙江旺能环保股份有限公司周玉彩2011-8-52生物质直燃发电厂主要有以下系统组成：1、燃料收集储运系统 2、轻油点火系统 3、燃烧系统 4、热力系统 5、除灰渣系统 6、化学水处理系统 7、电气及输出系统 8、给排水系统 9、废水处理系统 10、烟风及净化系统 11、接入系统等。第一章 生物质的概述一、生物质的定义和资源状况广义的生物质能包括一切由植物光合作用转化和固定下来的太阳能，生物质作为生物质能的载体有许多种定义，美国能源部（DOE）把生物质定义为：生物质是来源于植物和动物的有机物质。生物质资源十分丰富，目前全球每年水、陆生物质产量约为全球总能耗量的 610 倍左右
2、。据统计，生物质资源潜力可达 100 亿吨，仅森林、草原和耕地这三项的产量就达 50 亿吨干生物质，相对于 20 亿吨标准煤。我国可以开发利用的生物质能源有：各种农业废弃物（秸秆和谷壳等） 、薪柴、林业废弃物（树叶和枝桠等） 、有机垃圾和人畜粪便等。统计表明，我国秸秆、薪柴、粪便和垃圾四项资源分别为 3.08、1.3、0.77 和 1.43 亿吨标准煤，总计约 6.58 亿吨标准煤。根据“九五”规划，我国薪材林面积应达到 650 万公顷，到 2010 年将达到 860 万公顷。二、生物质的种类和特点一般而言，生物质主要有三类：木质、非木质和动物粪便。从这三大类可以细分为七种：森林、农业的种植物
3、（木质） 、森林之外的树木（木质） 、农作物（非木质） 、庄稼的废弃物（非木质） 、加工过程的废弃物（非木质）和动物粪便（粪便） 。通常用作能量转化的生物质可以分为四大类：木材残余物（涵盖所有来源于木材和木材产品的物质，主要包括：燃料木材、木炭、废弃木材和森林的残余物） 、农业废弃物（所有与种植业和庄稼处理过程有关的废弃物。例如：稻谷壳、秸秆和动物的粪便） 、能源庄稼（专门用于能量生产的庄稼。如：甘蔗杆和木薯）和城市固体垃圾（MSW） 。生物质的组成成分包括：纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、单糖、淀粉、水分、灰分和其它化合物。每一种组分的含量比例是由生物质种类、生长时期和生长条件等因素决定的
4、。与化石燃料相比，生物质具有以下特点：3（1）生物质是一种二氧化碳零排放的能源资源（利用转化过程中排放的二氧化碳量等于生长过程中吸收的量） ，可以在提供能源的同时而不增加二氧化碳排放量；（2）生物质的硫（0.050.5） 、氮（0.21.5）灰分（28）含量少，在利用转化过程中可以减少硫化物、氮化物和粉尘的排放；（3）生物质的挥发份（7585）含量大（折算挥发份约为烟煤的六倍以上） ，氧含量高，有利于生物质的着火和燃烧；（4）生物质的水分(进厂要求20）含量大，影响着火和燃烧的稳定性，同时在燃烧时造成大量的能量损失，并且可能引起燃料储存问题；（5）单位质量生物质的热值低（30003500kcl
5、/kg） ，要求能量转化设备有足够的空间投入原料；（6）生物质的分布分散，能量密度低(按20H 2O，棉花堆放密度200350kg/m 3、玉米秸 120200kg/m 3)收集运输和预处理过程（例如粉碎、压缩成型和干燥）费用高(购置费 200,运输破碎 150 元/t)。（7）生物质具有可再生性，原料具有多样性和广泛性，资源开发潜力大。三、生物质的直接燃烧发电转化方式生物质的直接燃烧发电的过程是：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，生物质的化学能转变产生出高温高压蒸汽热能在汽轮机中膨胀做功将热能转换成旋转机械能带动发电机旋转发出电能。四、生物质的燃烧过程1. 生
6、物质燃烧的总体方程式燃烧是包含有传热和传质过程，并且伴随有化学反应和流体流动的一种综合现象。对于任何一种生物质燃料在空气中燃烧时的综合反应，可以用以下方程式表示： OHnTiAlFePNaMgCKSilNOHC xxxxxxxx 2151431210987654321 4872654232).)( COnHnen （1）.154113112109 SKll4其中第一个分子式表示任一种生物质燃料，这个经验分子式中只包含了 15种元素，实际上这是近似处理，完整的生物质组分还应包含更多的元素。第二个分子式表示的是燃料中的水分，但是其数值变化很大。第三个分子式表示的是空气，它是按氧气和氮气分别占总体积
7、的 21%和 79%的混合物来表示的。方程式的另一边是反应生产物，主要生成物是那些在式中首先表示的物质，生成物中有些化合物是大气的污染物（如：CO、N 和 S 的氧化物） ，同时有些生成物（如：碱金属的氯化物和硅酸盐等）会导致燃烧设备的积灰和结渣问题。2. 生物质燃烧的基本过程由于不同种类的生物质在化学组成成分和物理特性上有差别，所有它们的燃烧过程是有些不同。但是一般认为，生物质的燃烧通常可以分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。（1）预热起燃阶段在该阶段，生物质（湿物料）被加热，水分逐渐蒸发后变为干物料。当生物质被加热到 160时（要求：一次风温 190） ，开始释放出挥
8、发分。挥发分的组成为：二氧化碳、一氧化碳、低分子碳氢化合物（如：甲烷、乙烯等） 、还有氢气、氧气和氮气等气体。挥发分中的氢气、低分子碳氢化合物和一氧化碳是可燃成分，二氧化碳和氮气是不可燃成分。（2）挥发分燃烧阶段生物质经加热所释放出的挥发分在高温下开始燃烧，同时释放出大量热量，由于挥发分的成分比较复杂，其燃烧反应也比较复杂。几种主要挥发分气体的燃烧反应方程式如下：（氢气） （引燃点 570）OH221（一氧化碳） （引燃点 610）2C（甲烷） （引燃点 538）224（乙烯气） （引燃点 425）OHH233（乙烷气） （引燃点 472）CC226215（3）炭燃烧阶段挥发分在燃烧初期将固定
9、碳包裹着，氧气不能接触到炭的表面，因而炭在挥发分的燃烧初期是不燃烧的，经过一段时间以后，挥发分燃烧结束，剩下的炭与氧气接触并发生燃烧反应。炭燃烧时的反应方程式如下：COC2342 OH22OC对于生物质燃烧的基本过程的认识：生物质的水分对燃烧过程影响很大，甚至主宰整个燃烧过程，所以将水分的干燥作为一个独立的过程，并将生物质燃烧的基本过程分为三步：生物质脱挥发分、挥发分燃烧和炭的燃烧。3. 影响生物质燃烧的因素影响生物质燃烧的因素有很多，其中燃料的水分含量、空气供给量、燃料的颗粒尺寸和反应时间是主要因素。下面具体分析它们对燃烧过程的影响：（1）水分含量燃烧反应是放热反应，而水分的蒸发却要强烈地吸
10、收热量。大多数生物质燃料自维持燃烧要求燃料中的水分含量不超过 65（湿基下的质量百分比值） ，如果超过这个值，则燃烧过程释放的热量不能满足水分蒸发所需的热量，会导致燃烧反应的结束。实际上，当生物质的水分含量超过 5055（湿基下的质量百分比值）时，就需要加入辅助燃料来助燃。（2）空气供给量所有的燃烧反应都是燃料与空气中的氧进行的，所以空气供给量决定着燃烧反应的过程。如果空气供给量太小，燃烧反应进行得不完全。而如果空气供给量太大，则加热空气需要热量，结果会导致燃烧温度的降低，使燃烧的稳定性变差。因此要确定一个最佳的过量空气系数，保证燃烧稳定和完全彻底地进行。一般情况下，过量空气系数值在 1.21
11、.7 之间。（3）燃料颗粒尺寸燃烧反应一般是在燃料颗粒的表面进行，如果颗粒表面大的话，这样就会有利于燃烧反应的进行。燃料颗粒尺寸决定着参与燃烧反应的颗粒总表面积，颗粒尺寸越小，则燃料颗粒的总面积就越大。因而，燃料颗粒尺寸小一些（要求100） ，有利于燃烧反应的进行。6（4）反应时间燃料的燃烧是一种化学反应，凡是化学反应，均需要一定的时间才能完成。因此，足够的反应时间是燃料完成燃烧反应的重要条件之一。第二章 燃生物质振动炉排锅炉的结构生物质直燃发电技术与常规火力发电技术的区别主要有两点，同时也是两大技术难点，一是：燃烧设备，二是：上料系统。生物质的燃烧设备主要有：堆状燃烧锅炉、炉排式燃烧锅炉、悬
12、浮燃烧锅炉和流化床燃烧锅炉。目前，生物发电有限公司基本采用从丹麦 BWE 公司引进的燃生物质振动炉排锅炉的，该技术在国外被广泛应用，有成功的运行经验。在国内已经建成和投运的 130t/h的燃灰色秸秆锅炉机组，且目前运行良好。下面将重点对 130t/h 高温高压、燃灰色秸秆、水冷式振动炉排锅炉进行详细的介绍和说明。第一节 概 述1.1 锅炉概述以：130t/h燃生物质振动炉排锅炉为例。锅炉采用生物燃料燃烧技术的 130T/H 振动炉排高温高压蒸汽锅炉。锅炉为高温、高压、自然循环、单锅筒、平衡通风、室内布置、固态排渣、全钢焊接构架、底部支撑结构的锅炉。包括振动炉排及 4 个烟气回程。锅炉安装在锅炉
13、基座上。前 3 个回程的水冷壁及炉排水冷壁共同组成了锅炉的蒸发系统。这些水冷壁包围并形成了布置过热器的封闭空间。求：该生物质直烧锅炉发电厂装机容量？设计点电功率（Ps）公式Ps=(QsGr10000.221)/243600式中：Qs垃圾低位热值设计值，kj/ ,；Gr垃圾焚烧发电厂日处理垃圾量，t/d；0.22该垃圾焚烧发电厂的热效率；2424 小时；1小时；73600秒Ps=(1975024.94810000.221)/3600=30111.85KW=30MW。与单级凝汽式汽轮机组相匹配（30 MW） 。设计燃料为用玉米和小麦秸秆，采用前墙给料。锅筒内设置档板，档板位于水蒸汽连接管的上方，下
14、降管位于底部，用于水循环的供水，汽水分离器位于顶部，用以保证干燥的饱和蒸汽被输送至过热器。锅筒通过左右两根下降管向左右两侧水冷壁下集箱和烟井 2 后墙水冷壁下集箱供水，并分配到炉排水冷壁下集箱和烟井 3 后墙水冷壁下集箱内，通过两侧水冷壁以及炉排水冷壁、前水冷壁和烟井 2、3 后墙水冷壁的吸热上升到上集箱最后进入锅筒。在锅炉第 3 回程中，过热器是管束卧式布置；在第 1 回程及第 2 回程中，是屏式垂直布置。第一级过热器及第二级过热器在第 3 回程中，第三级过热器在第 1 回程即炉膛的上部，第四级过热器位于第 2 回程中。减温器安装在每级过热器之间。减温器带有喷嘴，用于喷水。喷水来自于给水管路
15、。减温器的功能在于根据负荷的变化调节过热蒸汽的温度以满足汽机的要求。过热蒸汽流经四级过热器和三级减温器后由主蒸汽管道引向汽轮机。在主蒸汽管道内设有安全阀和启动放汽阀，并有一条通往吹灰器减温减压站的管路以提供吹灰汽源。省煤器、烟气冷却器安装在省煤器烟气冷却器塔内，在锅炉中形成第 4个回程。锅炉这个部分没有水冷壁。省煤器和烟气冷却器是由方形鳍片蛇形管组成。省煤器位于第四回程的上部，分为两级。烟气冷却器位于省煤器的下方，分为五级。空气预热器单独立式布置在炉外，空气预热器是由一组圆形鳍片蛇形管组成。空气预热器是通过给水与冷空气的热交换，来加热空气的。1.2 给料系统黄色秸秆锅炉的给料系统由储料仓链式输
16、送机、分配链式输送机、分配小8车以及炉前给料装置组成。由于黄色秸秆的特殊性，送到给料系统的黄色秸秆应该是打包的，每包秸秆的规格为 1.5m1.3m1.2m 和 2.0m1.2m0.9m 两种，每包重量为300500Kg。储料仓链式输送机位于储料仓内，分别由 5 条长输送链单元组成，每个单元由一台电机驱动并包含一套张紧装置。输送链上的料包由分布在输送链内的料包驱动齿拨动料包往前输送。在储料仓链式输送机的末端（储料仓外） ，连接着 2 套水平布置的分配链式输送机，其传输形式及驱动方式同储料仓链式输送机，2 套分配链式输送机成Y 形分开，夹角约 2.7。分配链式输送机将料包分别配送到位于分配链式输送
17、机末端的分配系统中。料包传输的速度约为 10m/min。分配系统共有 2 台分配小车，每台小车负责将每个单独的料包传输给下级的 2 条炉前给料装置上，如果一台分配小车发生故障，另一台分配小车能满足锅炉额定负荷下的全部给料量需求。炉前给料装置设置在锅炉炉前，共有 4 套，分别对应 4 个位于锅炉前墙的给料口，与振动炉排的 4 个区域相匹配。炉前给料装置的向上行部分由称重输送链、密封输送链、缓冲输送链、定量过渡输送链和定量输送链组成。秸秆在这里完成了称重、定量、切包的工艺过程。秸秆到达最高点后开始下行，下行部分由翻松、螺旋输送环节组成，然后到达与锅炉给料口等标高、同位置的水平给料机。给料机内螺旋给
18、料装置推动秸秆经过水冷给料机，最后进入位于锅炉前墙的给料口。在全部给料系统内设有多处密封门、消防安全挡板和消防水喷淋设施。1.3 锅炉点火燃烧器锅炉点火燃烧器位于锅炉右侧的炉膛水冷壁上，使用轻柴油作为燃料点火。燃烧器仅用于启动点火过程。燃烧器配有自带的供风机。燃烧器有一个推进机构，在点火结束后，可以从炉膛内退出。燃烧器退出后，有一个隔热门将燃烧器孔关闭进行封闭隔热。1.4 送风系统锅炉助燃空气取自锅炉房内屋顶之下，并输送到送风机，送风机位于锅炉9房内。从送风机出来的空气被输送到空气预热器，在此进行加热，加热空气的热量来自给水系统的热水。加热后的空气被配送到炉排下部一次风（PA） 、4 套炉前给
19、料点火风(IA)、前后墙二次风(SA)和燃尽风(OFA)4 个系统中，除了二次风以外每一个系统都有一个用于流量测量的文丘里管测量装置，这些一次风、二次风、点火风及燃尽风的份额都有固定的分配比例，风压和风量的调节由各自系统的电动调节风门进行调节。4 套点火风道中热风的风压和风量是根据负荷来进行控制调节的，每套都有独自的电动调节风门，并有总的电动调节风门和流量测量装置。不同的系统都安装了热膨胀补偿元件。锅炉的整个送风系统是一个正压系统，由送风机的压头来克服空气流经空气预热器、空气通道以及相关元件的阻力。1.5 烟气系统通过炉膛内炉排表面生物质燃料的燃烧以及与送风系统送入的热风助燃，源源不断地生成了
20、高温烟气，烟气不断地与流经的炉膛四周的膜式水冷壁与水冷壁空腔内的三级过热器、四级过热器、二级过热器和一级过热器进行热交换。烟气在离开一级过热器后通过转弯烟道进入尾部的省煤器、烟气冷却器塔，在这个塔内，烟气先后与省煤器和烟气冷却器管排进行热交换，在离开最后一级烟气冷却器之后，烟气在锅炉内完成了全部的热交换，最后在炉外的布袋除尘器内经过对烟气的消烟除尘，通过引风机由烟囱向大气排放。锅炉的整个烟气系统是一个负压系统，由引风机的压头来克服烟气流经烟道、冲刷受热面的阻力以及除尘器的阻力。1.6 省煤器、空气预热器及烟气冷却器系统省煤器卧式布置在锅炉第四回程内的上方。烟气冷却器卧式布置在锅炉第四回程内，位
21、于省煤器的下方。空气预热器系统是一个独立布置的系统。从给水箱导出的给水在输往省煤器之前，设置一条流经空气预热器和烟气冷却器的旁路。这个旁路的流量由设置在主管路上的电动调节阀控制。在旁路内，给水首先通过空气预热器向送风机输出的冷空气进行热交换，给水被冷却、冷空10气被加热。然后，这部分给水继续送往烟气冷却器，由流经烟气冷却器的烟气与给水进行热交换，给水被加热、烟气被冷却。在上述的空气预热器、烟气冷却器旁路内另有一条短接空气预热器的旁路和一条短接烟气冷却器的旁路，用于在不同工况下的运行，这些旁路都分别有电动调节阀控制流量。1.7 炉排振动炉排横向分成 4 个区域，由专门的驱动装置通过连接杆推动炉排
22、组件进行往复振动。振动炉排的炉排水冷壁部分是锅炉蒸发系统的一部分。在炉排低端采用挠性弯管进行给水，通过另一套挠性弯管，水汽混合物被送回到炉排高端并进入前水冷壁。炉排水冷壁安装在炉排支架上，炉排支架通过驱动装置进行往复振动。炉排支架通过弹簧安装在锅炉基座上。炉排表面向前下倾角与水平夹角为 5,驱动装置的驱动杆上倾角与水平夹角为 20。振动驱动装置的振幅为5mm。炉排下部设置 12 个灰斗，收纳从炉排表面漏下的细灰。1.8 吹灰系统锅炉设有吹灰系统，在炉膛内壁采用墙式吹灰器，在第 3 回程中设有长伸缩式吹灰器，在第 4 回程的省煤器及烟气冷却器部分设有耙式吹灰器。吹灰器的吹灰介质是过热蒸汽。主蒸汽经过减压和减温，送入吹灰器进行吹灰。炉膛内墙式吹灰器有 11 个，安装在炉膛的不同部位。过热器区域长伸缩式吹灰器有 5 个，安装在每组过热器的上方。省煤器及烟气冷却器区域耙式吹灰器有 7 个，安装在每组省煤器和烟气冷却器的上方。吹灰器的合理设置及有效工作可以保证锅炉各部分受热面不被烟气沾污和腐蚀，以确保应有的受热面吸热量和锅炉机组的长期安全有效运行。1.9 除渣系统 锅炉的除渣系统由 2 台刮板捞渣机和 1 台链板输送机组成。捞渣机用于炉排燃尽灰渣和烟道沉降灰的连续清除，工作原理为典型开式链双链单驱动传动，由一套电机减速机通过传达链带动刮板园环链，从而实现物料
