Transcript ch4 生物質燃燒技術
Chapter4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 結束 放映 生物質燃燒技術 生物質燃料與燃燒 生物質預處理技術 省柴灶 生物質現代化燃燒技術 生物質燃燒發電／熱電聯產 生物質與煤的混合燃燒技術 主要污染物與控制技術 目錄 4.1 生物質燃料與燃燒 燃料一般是指可以與氧發生激烈的氧化反應， 釋放出大量熱量，而且具有經濟合理性的一種 物質。按照形態可分為氣體燃料、液體燃料和 固體燃料；按照取得的方法可為天然燃料和人 造燃料。本章主要討論生物質固體燃料，包括 農作物秸秆、稻殼、鋸末、果殼、果核、木屑、 薪柴和木炭等。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 4.1.1 生物質成分與特性 1. 元素分析成分 (1)碳。 (2)氫。 (3)氧和氮。 (4)硫。 (5)灰分。 (6)水分。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 2. 工業分析成分 在隔絕空氣條件下對燃料進行加熱，首先是 水分蒸發逸出，然後燃料中的有機物開始熱分 解並逐漸析出各種氣態產物，稱為揮發分 （V），主要含有H2、CH4等可燃氣體和少量的 O2、N2、CO2等不可燃氣體。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 生物質揮發分含量一般在76%～86%之間， 遠遠高於煤，因此揮發分的熱解與燃燒是生物 質燃燒的主要過程。餘下的固體殘餘物為木炭， 主要由非揮發性碳（固定碳）與灰分組成。所 謂固定碳，並非純碳，其中殘留少量的H、O、 N和S等成分。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 表4.1 幾種生物質的元素分析(可燃基) 燃料類型 C/% H/% O/% N/% S/% 杉木 52.8 6.3 40.5 0.1 — 杉樹皮 56.2 5.9 36.7 — — 麥桿 49.04 6.16 43.41 1.05 0.34 玉米芯 48.4 5.5 44.3 0.30 — 高粱秸 48.63 6.08 44.92 0.36 0.01 稻桿 48.87 5.84 44.38 0.74 0.17 稻殼 46.20 6.10 45.00 2.58 0.14 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 用揮發分、固定碳、灰分和水分表示燃料的成分 稱為燃料的工業分析成分，幾種生物質工業分析 見表4.2。 燃料類型 水分/% 揮發分/% 固定碳/% 灰分/% 雜草 豆桿 稻草 麥桿 玉米桿 玉米芯 棉桿 5.43 5.10 4.97 4.39 4.87 15.0 6.78 68.77 74.65 65.11 67.36 71.45 76.60 68.54 16.40 17.12 16.06 19.35 17.75 7.00 20.71 9.46 3.13 13.86 8.90 5.93 1.40 3.97 結束放映 低位熱值/（kJ/kg） 16192 16146 13970 15363 15539 14395 15991 4.1 生物質燃料與燃燒 3. 生物質的熱值 熱值（又稱發熱量）是指在一定温度下，單 位質量（氣體燃料為單位容積）的燃料完全燃 燒後，在冷却至原有温度時所釋放的熱量，是 衡量燃料品質的重要指標。生物質的熱值一般 在18～21MJ/kg之間，固體燃料的熱值通常採用 氧彈測熱器直接測定。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 考慮到在實際燃燒狀況下，燃燒產物具有相 當高的温度（一般都超過100℃），而水蒸氣在 燃燒產物中分壓力遠低於大氣壓，不能凝結為 水，以燃料中水蒸氣是否釋放汽化潛熱，將熱 值分為高位熱值和低位熱值。在實際應用中一 般採用低位熱值，幾種生物質低位熱值見表4.2。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 兩者之間差別在於水蒸氣（水分蒸發和氫燃 燒生成）的汽化潛熱是否釋放出來，換算關係 為 Qdw＝Qgw－25(9H＋W) 式中 Qgw----燃料的高位熱值，kJ/kg； Qdw----燃料的低位熱值，kJ/kg； H、W----氫、水的元素分析，%。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 4. 生物質的物理特性 生物質的物理特性也是十分重要的。生物質的 分佈、自然形狀、尺寸、堆積密度及灰熔點等 物理特性影響生物質的收集、運輸、儲存、預 處理和相應的燃燒技術。 (1)堆積密度。是指包括固體燃料顆粒間空間在內 的密度。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 (2)灰分熔點。在高温狀態下，灰分將變成熔融狀 態，形成含有多種組分的灰（具有氣體、液體 或固體形態），在冷表面或爐牆會形成沉積物， 即積灰或結渣。灰分開始融化的温度稱為灰熔 點。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 4.1.2 燃燒的基本過程 燃燒是指燃料中所含的C、H等可燃元素與氧氣 發生激烈的氧化反應，同時釋放熱量的過程。 固體燃料的燃燒按燃燒特徵，通常分為以下 (1)表面燃燒。 (2)分解燃燒。 (3)蒸發燃燒。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 生物質的燃燒過程可以分為以下四個階段。 (1)預熱和乾燥階段。 (2)揮發分析出及木炭形成階段。 (3)揮發分燃燒階段。 (4)固定碳燃燒階段。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 燃燒過程可知，要使燃料充分地燃燒，必須具 備三個條件：一定的温度，合適空氣量及與燃 料良好的混合，足夠的反應時間和空間，即燃 燒“三要素”。 (1)一定的温度。 不同的點火温度以及燃料種類，其著火點也不 同，不同種類木材的著火點及自燃温度見表4.3。 結束放映 表4.3 不同種類木材的著火點及自燃溫度 種類 引火點 /℃ 著火點 （有明火）/℃ 氧氣中自燃 /℃ 空氣中自燃 /℃ 320℃下著火時間 /s 雲杉 260 300 260 430 140 楊樹 250 290 240 450 138 櫻 250 250 250 490 144 松 250 260 260 490 187 櫪 250 270 270 470 151 榆 240 280 280 440 164 樺 240 260 260 500 179 青岡 260 290 290 540 272 柿 240 250 250 420 197（350℃以下） 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 (2)合適空氣量及與燃料良好的混合。 在合適空氣量情況下，影響燃燒的主要因素 取決於空氣與燃料良好的混合， 各種元素完全燃燒時，所需的理論空氣量與 煙氣量見表4.4。 1kg可燃元素 氧氣量/m3 理論空氣量/m3 理論煙氣量/m3 C H S 1.87 5.55 0.70 8.89 26.43 3.33 1.87 11.1 0.70 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 (3)足夠的反應時間和空間。燃燒反應一般都發生 在一定的時間內和空間中。 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 4.1.3 影響燃燒速度的因素 1. 温度對燃燒速度的影響 温度是通過對化學反應速度的影響而起作用的。 者之間的關係符合以下規律 - K = K0e 結束放映 E RT 4.1 生物質燃料與燃燒 式中 K-----表征化學反應速度的常量 K0----與反應物有關的係數 E------化學反應活化能，kJ/kmol R------通用氣體常數，為8.314kJ/(kmol·K) T------絕對温度，K 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 2. 氣流擴散速度對燃燒速度的影響 氣流擴散速度由氧氣濃度所決定，遵循如下關 係式 式中 M = Ck (cgl - cjt ) M----表徵氣流擴散速度的量 Ck----擴散速度常數，主要取決於氣流速度， 與温度基本無關 cgl，cjt----氣流和木炭表面的氧氣濃度 結束放映 4.1 生物質燃料與燃燒 根據温度和氣流擴散速度對燃燒的影響程度的 不同，可將燃燒劃分為三種不同的區域。 (1)動力燃燒區。 (2)擴散燃燒區。 (3)過渡燃燒區。 結束放映 4.2 生物質預處理技術 生物質中水分變化較大，具有鬆散、能量密度 低（特別是以體積計算的能量密度）及分散等 特點。為了便於對生物質的收集以及採用自動 上料機構，需要對生物質進行預處理，以滿足 不同燃燒系統的具體要求，並增加生物質的能 源密度，減少收集、運輸和儲存的成本。 結束放映 4.2 生物質預處理技術 4.2.1 農作物結桿打捆處理 在農作物收穫時節，農業生產的廢物，如稻草、 麥桿及棉桿等結桿可以使用打捆機進行收集與 處理。打捆機自動完成對小麥、牧草等作物結 桿的撿拾、壓捆、捆扎和放捆一系列作業，可 與多種型號的拖拉機配套，適應各種地域條件 作業。 結束放映 4.2 生物質預處理技術 方捆機由於所打的草捆密度比圓捆高，運輸和 儲存比較方便，可連續作業，效率較高。但其 結構複雜，製造成本高。密實型草捆正處於研 究階段，沒有投入實際的應用。不同種類草捆 的技術參數見表4.5。 結束放映 4.2 生物質預處理技術 表4.5 不同種類草捆的技術參數 參數 方捆（小） 圓捆 方捆（大） 密實型 ＞25 ＞30 ＞60 ＞70 15～20 15～20 14 長方體 圓柱體 長方體 圓柱體 密度/（kg/m3） 120 110 １５０ 300 堆積密度/ （kg/m3） 120 85 １５０ 270 40×50× （50～120） (120～200)× （120～170） 120×130× （120～250） 8～25 300～500 500～600 消耗功率/kW 產量/（t/h） 形狀 外形尺寸/cm 質量/kg 結束放映 8～20 25～40 任意長度 4.2 生物質預處理技術 4.2.2 生物質乾燥 生物質水分變化範圍較大，影響因素包括燃料 的種類、當地的氣候狀況、收穫的時間和預處 理方式等。依據是否使用熱源，可將生物質乾 燥技術分為自然乾燥和人工乾燥兩種方法。 1. 自然乾燥 2. 人工乾燥 是指利用一定的乾燥設備和熱源，對生物質進 行加熱乾燥的方法。 結束放映 4.2 生物質預處理技術 結束放映 圖 4.5 利用尾氣餘熱回收作熱源的生物質乾燥系統 4.2 生物質預處理技術 4.2.3 生物質粉碎 4.2.4 生物質輸送 結束放映 4.3 省柴灶 表4.6 發展中國家改良爐灶的發展狀況及成本範圍 國家和地區 採用改良爐灶 價格範圍 的人數/百萬 /美元 國家和地區 採用改良爐灶 的人數/百萬 價格範圍/ 美元 發展中國家 1504 1～20 拉丁美洲 45 10～20 中國 390 8～12 非洲撒哈 336 1～3 印度 420 3～4.5 拉以南地區 結束放映 4.3 省柴灶 4.3.1 省柴灶發展歷程 省柴灶按其使用燃料的種類可分為以薪柴為主 的硬柴爐灶、以秸秆為主的軟柴爐灶、兼燒薪 柴和秸秆的兩用爐灶以及使用牲畜糞便的爐灶。 依據通風形式、欄火圈形狀或燃燒室形狀，省 柴灶的分類如圖4.2所示。 結束放映 4.3 省柴灶 圖 4.2 省柴灶的分類 結束放映 4.3.2 省柴灶的工作過程 結束放映 圖 4.3 NG-Ⅱ型組裝省柴灶結構簡圖 4.3 省柴灶 4.3.3 省柴灶的節能原理 綜合分析省柴灶中各項熱損失。 1. 減少排煙熱損失（q2） 2. 減少化學不完全燃燒熱損失（q3） 3. 減少固體不完全燃燒熱損失（q4） 4. 減少散熱損失（q5） 5. 減少灰渣熱損失（q6） 結束放映 4.3 省柴灶 4.3.4 省柴灶熱性能試驗 1. “三個十”法 2. “熄火”法 3. “燃盡”法 4. 均耗量法 結束放映 4.3 省柴灶 5. 民用柴爐、柴灶熱性能測試方法 (1)升温性能：單位時間內鍋水温度升高的度數， 表示爐灶的起動性能； (2)蒸發速度：單位時間內鍋水蒸發的數量，表示 爐灶的持續加熱性能； (3)熱效率：鍋水升温時吸收的熱量同部分水蒸發 時吸收熱量之和，與投入爐膛內燃盡的柴草熱 量之比。表示爐灶的熱利用性能。 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 結束放映 圖 4.4 生物質現代化燃燒技術示意圖 4.4 生物質現代化燃燒技術 4.4.1 層燃技術 在層燃方式中，生物質平鋪在爐排上形成一定 厚度的燃料層，進行乾燥、乾餾、燃燒及還原 過程。空氣（一次配風）從下部通過燃料層為 燃燒提供氧氣，可燃氣體與二次配風在爐排上 方的空間充分混合燃燒，層燃的燃燒過程見圖 4.5。 結束放映 圖 4.5 層燃的燃燒過程 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 空氣通過爐排和灰渣層被預熱，和熾熱的木炭 相遇，發生劇烈的氧化反應 C＋O2→CO2 2C＋O2→2CO 依據燃料與煙氣流動的方向不同，可將爐排燃 燒技術分為三類（見圖4.6）。 (1)順流。 (2)逆流。 (3)叉流。 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 圖 4.6 爐排燃燒技術的分類 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 一個設計良好的爐排要保証燃燒的燃料在爐排 表面分佈均匀，以保障一次配風的均匀分佈。 空氣分佈不均匀會造成結渣、飛灰損失增加、 過量空氣係數增加等問題。燃料在爐排上傳輸 必須儘可能地保證平滑和均匀，以避免出現火 口，飛灰和炭粒增加等現象的出現。 生物質鍋爐典型的爐排形式可參見圖4.7，生物 質燃燒系統參見圖4.8。 結束放映 圖 4.7 生物質鍋爐典型的爐排形式示意圖 結束放映 圖 4.8 生物質燃燒系統 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 在丹麥開發了一種專門燃燒成捆結桿的燃燒爐， 見圖4.9。採用液壓式活塞將成捆的結桿通過輸 入通道連續地輸送至水冷移動爐排。由於結桿 的灰熔點較低，可通過水冷爐牆或煙氣循環等 方式來控制燃燒室溫度，使其不超過900℃。 結束放映 圖 4.9 以成捆結桿為燃料的生物質鍋爐 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 下飼式形式為一種廉價及簡單的技術，廣泛的 應用於中、小型系統（額定功率一般小於 6MW）。它具有簡單、易於操作及控制等特點， 適用於含灰量較低（如木屑、鋸末及顆粒燃料 等）和顆粒尺寸較小（＜50mm）的生物質，可 在低負荷狀態下運行，見圖4.10。 結束放映 圖 4.10 下飼式生物質鍋爐 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 4.4.2 流化床技術 1. 流化床的工作原理 燃料在流化床中運動形式與層燃爐和煤粉爐有 著明顯區別，如圖4.4所示。 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 (1)固定床。當空氣的速度（按整個布風板面積計 算的流速，也稱空截面氣流速度）較低時，在 燃料顆粒的重力大於氣流推力的情況下，固體 顆粒將處於静止狀態，布風板上燃料層保持不 動，稱為固定床[圖4.4(a)]，層燃方式就屬於這 種狀態。在這種狀態下，只有空氣與顆粒之間 的相對運動，而固體顆粒之間則相對静止，料 層高度基本上維持不變，空氣通過料層阻力將 與速度的平方成正比，如圖4.11 AB段所示。 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 (2)流化床。由於固體顆粒組成的燃料層表現出流 體特性，稱為流化床[又稱沸騰床，見圖4.4(b)]， 此燃燒方式稱為沸騰燃燒。但是，此時固體顆 粒仍然留在料層中，而無法被氣流帶出，即向 上運動的絕對速度為零。 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 料層開始膨脹時，稱為臨界流化點，此時氣流 速度umf為臨界流化速度。試驗表明，臨界流化 速度與固體顆粒的大小及其粒度分佈、顆粒密 度和氣流物理性質有關。繼續提高氣流速度， 因料層膨脹，顆粒間的空隙也增加，通過料層 的實際風速趨於常數，所以料層的阻力基本維 持恒定值不變，如圖4.11 BC段所示。 結束放映 圖 4.11 流化床特性曲線 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 (3)氣流輸送。當空氣流速繼續增加超過一定限度 ut時，穩定的沸騰狀態被破壞，顆粒將被氣流帶 走[圖4.4(c)]，這種運動形式稱為氣流輸送，燃 燒狀態為懸浮燃燒。 綜上所述，如果要保持料層的流態化，關鍵的 因素在於適當的氣流速度，氣流速度u大於臨界 流化速度umf，而小於極限速度ut，即 umf＜u＜ut 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 2. 流化床的特點 圖4.12為鼓泡流化床的結構示意圖，主要由送 料機構、布風板、風室、燃燒室、受熱面與溢 流口等組成。燃燒室由沸騰段和懸浮段組成。 沸騰段的範圍自布風板上方至溢流口下沿以上 150～200mm的空間，高度一般為料層静止厚度 的2～2.4倍。沸騰段的主要作用是在布風板一 定高度範圍內有足夠的氣流速度，以保證良好 的流化，防止顆粒分層。 結束放映 圖 4.12 鼓泡流化床的結構示意圖 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 3. 循環流化床 循環流化床鍋爐的燃料及脫硫劑從流化床布 風室上部給入，在爐內燃燒並發生化學反應。 循環流化床（如圖4.13所示）主要由燃燒室、 飛灰分離收集裝置、飛灰回送裝置及外部流化 床換熱器等組成，分別說明如下。 (1)燃燒室。 (2)飛灰分離收集裝置。 (3)飛灰回送裝置。 (4)外部流化床換熱器。 結束放映 圖4.13 循 環 流 化 床 鍋 爐 的 工 作 原 理 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 4. 流化床燃燒SO2的控制技術 在生物質燃燒過程中進行固硫反應。受熱分解 產生的CaO與煙氣中SO2結合生成CaSO4，反應 產物既可以隨灰渣排掉，又可以再生重新使用。 主要反應過程如下 燃燒反應：S＋O2→SO2 煅燒反應：CaCO3→CaO＋CO2 1 固硫反應：CaO＋SO2＋ O2→CaSO4 2 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 5. 秸秆在流化床中引起結塊問題 在使用流化床燃燒農作物秸秆時，由於床料通 常使用的石英砂（主要成分為SiO2，熔點在 1450℃以上）可與秸秆灰中的Na2CO3或K2CO3 發生反應，如下式 2SiO2＋Na2CO3→Na2O‧2SiO2＋CO2 4SiO2＋K2CO3→K2O‧4SiO2＋CO2 結束放映 4.4 生物質現代化燃燒技術 4.4.3 懸浮燃燒技術 生物質懸浮燃燒技術與煤粉燃燒技術類似，幾 乎是大型鍋爐的唯一燃燒方式。對於大型的燃 煤系統而言，煤粉爐具有效率高、燃燒完全等 優點，已成為標準的燃燒系統。圖4.14為採用 懸浮燃燒技術的生物質水管鍋爐。 結束放映 圖4.14 示採 意用 圖懸 浮 燃 燒 技 術 的 生 物 質 水 管 鍋 爐 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 表4.7 生物質燃燒發電技對比 工作介質 發電技術 裝機容量 發展狀況 水蒸氣 汽輪機 蒸汽機 5～500 MW 0.1～1 MW 成熟技術 成熟技術 技術氣體（無相變） 斯特林發動機 20～100 kW 發展和示範階段 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 4.5.1 汽輪機發電技術 汽輪機是將蒸汽能量轉換為機械功旋轉式動力機 械。生物質在鍋爐中燃燒，釋放出熱量，產生高 温、高壓的水蒸氣（飽和蒸汽），在蒸汽過熱器 吸熱後成為過熱蒸汽，進入汽輪機膨脹做功，以 高速度噴向渦輪葉片，驅動發電機發電。做功後 的乏氣在向冷却水釋放出熱量後凝結為水，經給 水泵重新進入鍋爐，完成一個循環。簡單的蒸汽 動力裝置的理想循環稱為朗肯循環（如圖4.15所 示）。 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 圖 4.15 汽輪機發電系統示意圖 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 其中各個階段分別為： (1)過程1～2：在水泵中的絕熱壓縮，狀態變化的很 快，還沒有來得及進行熱交換，系統與外界之間為 絕對熱絕緣，此過程為定熵過程。 (2)過程2～3：在預熱器中定壓加熱至飽和温度。 (3)過程3～4：在生物質鍋爐中汽化。 (4)過程4～5：在蒸汽過熱器中過熱。 (5)過程5～6：在汽輪機中絕熱膨脹（實際過程）， 其中5～6‘為理想過程。 (6)過程6～1。在冷凝器中完全凝結，釋放出熱量。 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 4.5.2 蒸汽機發電技術 蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為機械功往復式動 力機械。它的出現引起了18世紀的工業革命。 直到20世紀初，它仍然是世界上最重要的原動 機，後來才逐漸讓位於內燃機和汽輪機等。每 臺蒸汽機的裝機容量為50～1200kW，因此可應 用於小規模系統和中型系統。它的發電過程與 汽輪機類似，也採用朗肯循環，如圖4.16所示。 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 圖 4.16 蒸汽機發電系統示意圖 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 4.5.3 斯特林發動機發電技術 斯特林發動機是一種外燃閉式循環往復活塞式 熱力發動機。 結束放映 圖 4.17 史特林發動機循環的T-S圖 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 在斯特林發動機封閉的氣缸內充有一定容積的 工質，氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。 理論上，定容儲熱量等於回熱量，其循環效率 等於卡諾循環效率。考慮到摩擦力、熱損失和 壓力損失等因素，發電的實際效率為15%～30%。 結束放映 圖 4.18 史特林發電機發電系統示意圖 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 4.5.4 熱電聯產 發電廠鍋爐產生的蒸汽驅動汽輪發電機組發電 以後，排出的乏氣仍然含有大量的熱能，却被 冷却水帶走白白地損失掉，因而熱效率較低， 僅為20%～40%。如果蒸汽驅動汽輪機之後的乏 氣熱量能夠加以利用，則既能發電又能提供熱 量，這種生產方式稱為熱電聯產(combined heat and power production，CHP)。 結束放映 圖 4.19 Rudk bing熱電聯產系統工藝流程 結束放映 4.5 生物質燃燒發電／熱電聯產 表4.8 Rudk bing熱電聯產系統參數 項 目 參 數 項 目 參 數 裝機容量/MW 2.3 燃料含水率/% 10～25 供熱量/MW 7.0 料倉容量/t 350 蒸汽壓力/MPa 6 鍋爐類型 爐排形式，粉碎燃料 蒸汽溫度/℃ 450 除塵器類型 袋式除塵器 燃料消耗量/（t/a） 12500 結束放映 4.6 生物質與煤的混合燃燒技術 生物質與煤混合燃燒技術可分為直接利用和氣 化利用兩種形式。 4.6.1 直接利用 直接利用是首先對生物質進行預處理，然後直 接輸送至鍋爐燃燒室的利用方式。採用的方式 可以是層燃、流化床和煤粉爐等燃燒方式。是 現階段世界上最大的生物質發電廠，工藝流程 可見圖4.20。 結束放映 4.6 生物質與煤的混合燃燒技術 圖 4.20 生物質與煤混合燃燒工藝流程示意圖 結束放映 4.6 生物質與煤的混合燃燒技術 當採用煤粉爐作為燃燒設備時，生物質的預處 理可以分為以下三種方式。 (1)將生物質與煤預先混合，然後經過磨煤機粉碎 後，通過分配系統輸送至所有的燃燒器。 (2)將生物質與煤分別處理，包括計量、粉碎，然 後通過各自管路輸送至燃燒器前。 (3)與第二種方式基本相同，不同的是為生物質準 備了專門的燃燒器單獨使用。 結束放映 4.6 生物質與煤的混合燃燒技術 4.6.2 氣化利用 在採用氣化利用方式時，首先將生物質在氣化 爐中氣化，產生燃氣（主要成分為50%的N2以 及CO、CO2、CH4、H2和H2O等）的熱值較低， 經簡單的浄化處理後，直接輸送至鍋爐燃燒室 與煤進行混合燃燒。 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 生物質燃燒對環境的影響主要表現為排放物對大 氣環境的污染。大氣污染是指人類活動所產生的 污染物超過自然界動態平衡恢復能力時，出現的 破壞生態平衡而導致的大氣污染和公害。引起大 氣污染的污染源包括自然界和人類活動，如生物 質燃燒、固體廢物的焚燒等。直接排放到大氣中 的污染物稱為一次污染物；一次污染物經陽光照 射後，發生光化學反應生成的污染物稱為二次污 染物。 結束放映 表4.9 生物質燃燒主要污物及其對環境的影響 污染物 來 源 對大氣、環境和人類健康的影響 煙塵 未完全燃燒的炭顆粒、飛灰及 鹽分等 影響人類呼吸系統，致癌 CO2 燃燒的主要產物 溫室效應（由於生物質為可再生能源 ，一般可近似認為CO2零排放） CO 未完全燃燒的產物 通過O3形成非直接的温室效應 NOx（NO、NO2） 一般為生物質含有的N；另外， 通過O3形成非直接的温室效應，酸雨， 一定條件下可由空氣中的N形成 破壞植被，形成煙霧，腐蝕材料；影 響人類呼吸系統 SOx（SO2、SO3） 生物質含有的S 酸雨，破壞植被，形成煙霧，腐蝕材 料；影響人類呼吸系統，導致哮喘病 HCl 生物質含有的Cl 酸雨，破壞植被，腐蝕材料；影響人 類呼吸系統 重金屬 生物質含有的重金屬 在食物鏈中累積，具有毒素，可致癌 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 4.7.1 煙塵的生成與控制技術 煙塵除了炭微粒外，還含有硫、氫、酚、苯和 重金屬等有毒、有害物質或强致癌物質。 煙塵可分為如下兩種類型。 (1)氣相析出型。 (2)粉塵。 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 在生物質燃燒過程中可採取避免污染物產生的 措施，如通過選擇合適的燃燒設備，燃燒過程 的優化控制，多級配風系統等方式，以提高燃 燒温度，延長滯留時間使空氣與燃料的充分混 合，減少不完全燃燒熱損失，提高燃燒效率， 減少污染物的產生。 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 1. 機械除塵器 該類除塵器是利用質量力（重力、慣性力和離 心力）的作用將灰分從煙氣中分離出來的裝置， 可分為重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器， 其類型和性能特點見表4.10。 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 表4.10 機械除塵器類型和性能特點 設 備 重力沉降室 慣性除塵器 旋風除塵器 高效旋風除塵器 作用力 重力 慣性力 離心力 離心力 除塵效率/% ＜50 50～70 60～85 80～90 最小捕捉粒徑/μm 50～100 20～50 20～40 5～10 壓力損失/Pa 50～130 300～800 400～800 1000～1500 0.3～2 10 15～25 15～25 氣流速度/（m/s） 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 2. 濕式除塵器 該類除塵器主要是利用氣體與液滴或液膜密切 接觸，依靠慣性、截留、擴散和凝聚效應等除 塵機理，將灰分從煙氣中分離出來的高效除塵 裝置。其類型性能特點見表4.11： 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 表4.11 濕式除塵器類型和性能特點 設備 濕式離心 除 除塵器 特點 將離心分離 和濕式除塵 相結合 噴淋塔 將液體霧化成 細小液滴，與 氣流逆向運動 泡沫除塵器 氣體通過篩板 進入液體，形 成泡沫接觸除 塵 文氏管 利用文氏管將 液體霧化成細 小顆粒 除塵效率/% 80～90 70～85 80～95 90～98 最小捕捉粒徑/μm 2～5 10 2 ＜0.1 壓力損失/Pa 500～1500 25～250 800～3000 5000～20000 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 3. 過濾式除塵器 使含塵氣流通過織物或多孔的填料層進行過濾 分離的裝置，主要分為袋式除塵器和顆粒層除 塵器。 4. 電除塵器 主要利用高壓電場使塵粒帶上電荷，在静電力 的作用下使粉塵與氣流相分離，一般分為濕式 和乾式兩種形式。 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 4.7.2 NOx的生成與控制技術 燃燒過程中生產的NOx主要為NO和NO2。NO是 無色無嗅氣體，與血紅蛋白的親和力約為CO的 1000倍，當其濃度較大時，容易引起缺氧性中 樞神經麻痹。 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 生物質燃燒過程中的NOx主要為NO，占90%， NO2占10%，且NO2可通過NO在大氣中轉化而來。 根據燃料種類和燃燒條件的不同，NOx可分成兩 類。 (1)温度型NOx。空氣中的N2在高温條件下氧化而產 生的氮氧化物，稱為温度型NOx，其生成過程可 用以下反應加以說明 O2→O＋O O＋N2→NO＋N N＋O2→NO＋O 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 (2)燃料型NOx。在生物質中含有0.1%～1%的N， 以氮的有機物形式存在。在燃燒過程中，有機 化合物的氮原子容易分解出來，從而生成大量 的NOx，稱為燃料型NOx。 結束放映 4.7 主要污染物與控制技術 影響燃料型NOx生成量的主要因素是燃料含氮 量、氧濃度和過量空氣係數，抑制燃料型NOx 的生成的方法有如下。 (1)二段燃燒法。 (2)流化床燃燒技術。 結束放映