循环流化床锅炉焚烧生物质燃料的研究进展中国生物质燃料网

[22]GlazerMP，SchrmannH，MonkhousePJ,etal.Co-combus-tionofcoalwithhighalkalistraw[A].Kecenedproceedingsof8thInternationalConferenceonCirculatingFluidizedBeds[C].Hangzhou：China，May2005：630-636.

煤、石油、天然气等化石燃料从20世纪70年代就开始大规模的开采，其存储量急剧减少。据预测，地球上蕴藏的可开发利用的煤和石油等化石能源将分别在200年和30～40年以内耗竭，而天然气按储采比也只能用60年。目前，寻找替代能源已经引起全社会的广泛关注

。

[10]KaygusuzK，TukerMF.BiomassenergypotentialinTurkey[J].RenewableEnergy，2002，(26)：661-678.

(83)：1803-1821.

[7]DuoWL，KaridioI，CrossL，bustionandemissionperformanceohogfuelfluidizedbedboilerwithadditionoftirederivedfuel[A].SamaVpisupatedproceedingsof17thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustion[C].FloridaASME,2003,3,18-21.

作床料的情况。

[9]ConnellMGR.Carbonsequestrationandbiomassenergyoffset:theoretical,potentialandachievablecapacitiesglobally，inEuropeandtheUK[J].BiomassandBio-energy，2003，24(2)：97-116.

4)空气的分段送入对控制木材、污泥等高挥发分燃料燃烧的气体排放效果不明显，其原因尚待进一步研究，而分级送风对流场的影响以及挥发分析出和燃烧所发生的区域则是研究此问题所应该着重考虑的。

[15]LecknerB，AmandLE，KLcke，etal.Gaseousemissionsfromco-combustionofsewagesludgeandcoal/woodinafluidizedbed[J].Fuel，2004，(83)：477-486.

[26]HansenLA，MichelsenHP，Dam-JohansenK.Alkalimetalsinacoal-andbiomass-firedCFBC-measurementsandthermodynam-icmodeling[C].RubowLNedproceedings13thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustion[C].NewYorkASME,1995：39-48.

[27]张殿军，陈之航.生物质燃烧技术的应用[J].能源研究与信息，1999，15(3)：15-21.

HansenLA等

[3]KlassDL.Biomassforrenewableenergy，fuels，andchemicals[M].AcademicPress;SanDiego;USA1998.

[25]许卫国，王学全，吴履琛.燃烧稻壳流化床的技术特点[J].锅炉制造,2001，(4)：22-2.

[20]CliffeKR，PatumsawadS.Co-combustionofwastefromoliveoilproductionwithcoalinafluidisedbed[J].WasteManagement，2001，21(1)：49-53.

[2]YokoyamaSY，OgiT，NalampoonA，etal.BiomassenergypotentialinThailand[J].BiomassandBio-energy，2000，18(5):405-410.

通过研究也证明了使用CFB锅炉燃烧废弃木材是可行的。同时，他们从经济上分析后又指出，作为CFB锅炉燃料的废弃木材不适宜远距离输送。举例来说，当机组容量为25MW时，运输距离最好不超过70km。若按照这个运输距离(70km)进行计算，保守估计，生产每千瓦时电能可以节约6美分的成本

[33]ToramanOY，HuseyinT,BayatO，etal.Emissioncharacteris-ticsofco-combustionofsewagesludgewitholivecakeandlignitecoalinacirculatingfluidizedbed[J].JournalofEnvironmentalScienceandHealth-PartAToxic/HazardousSubstancesandEnvironmentalEngineering，2004，39(4)：973-986.

[12]HiltunenMA，VilokkiHAJ，HolopainenHA.Greenenergyfromwood-basedfuelsusingfosterwheelerCFBboilers[A].SamaVpisupatedproceedingsof17thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustion[C].FloridaASME，May2003：77-81.

。

陈继辉，卢啸风

talemissionsfromco-combustionofsewagesludgeandcoal/woodinfluidizedbed[J].Fuel，2004,

。

0引言

[8]别如山，李炳熙，陆慧林，等.燃生物废料流化床锅炉[J].热能动力工程，2000，(15)：343-347.

通过实验指出，向日葵茎干与煤在CFB燃烧装置里的混烧是可行的。而且，当向日葵茎干与煤混合的质量比为1∶3时，污染物的排放量最小。

建三江华盛热电股份责任有限公司将原来烧烟煤的35t/hCFB锅炉改烧烟煤和稻壳的混合物。根据不同的煤质变化情况，煤和稻壳的混料比例一般在2∶1和3∶1之间时燃烧工况最佳。在一年的运行过程中，锅炉节煤在20%～45%(相当于原煤款200万元),经济效益相当可观

实践已经证明，由于各种生物质燃料自身特性的原因，即使经过简单破碎的秸秆、废木材、稻壳等生物质废弃物仍然具有热值较低、形状很不规则的特点。因此，它的炉前热值经常发生很大的变化，若将其直接送入CFB锅炉里进行燃烧，会出现燃烧不稳定的现象。另外，由于空隙率很高，这些体积庞大的生物质废弃物也不利于长距离的运输。为了解决上述矛盾，生物质压缩成型技术应运而生。生物质压缩成型技术是把生物质与经过除氯的添加剂混合后被铸造模型制成具有统一尺寸、所含热值均匀并易于输送的衍生燃料。

[21]SuksankraisornK，PatumsawadS，FungtammasanB.Combus-tionstudiesofhighmoisturecontentwasteinafluidizedbed[J].WasteManagement，2003，23(5)：433-439.

的浓度仍比较低，并且没有轻质烃产生。他们同时还指出，经过干燥的污泥与木屑混合燃烧对实际的操作运行非常有利，而对只经过机械除水的污泥来说，锅炉是不能正常运行的。

所有的研究表明，CFB锅炉混烧废弃木材与污泥、TDF等的混合燃料在燃烧稳定性和污染物排放上的综合性能是优于纯烧废木材的，但对于碱金属所引起的结垢和腐蚀问题还需进一步研究。

[36]刘德昌，王贤华，刘昕，等.25t/h煤粉锅炉改为燃甘蔗渣、煤混合燃料流化床锅炉的技术[J].工业锅炉，2003，(6)：39-41.

[35]米铁，陈汉平，高斌，等.生物质的流化床热解实验研究[J].华中科技大学学报(自然科学版)，2005，3(9)：71-74.

都会低于的要求。

3.4橄榄饼(Olivecake)在CFB锅炉里的燃烧

除污泥外，有学者对木屑与其它燃料在CFB锅炉里的混烧进行了研究。DuoWenli等[7]发现，在木屑里混入2%～5%的TDF(Tirederivedfuel)作为CFB锅炉补充燃料时，会使平均床温升高55℃，而且可以改善燃烧质量；虽然TDF含有1%的锌和5%～7%的钢铁性物质，但TDF的加入并没有使烟气中总的烟尘量增加。需要注意的是，由于TDF中较高的含硫量，使SO2排放量有所增加。

[23]沈伯雄，姚强，刘德昌.流化床中煤和生物质混烧N-O和NOx排放规律研究[J].电站系统工程,2002,18(2)：51-53.

3)目前，对采用CFB锅炉燃烧农业废弃物因其高碱金属含量所导致的碱金属腐蚀问题认识还不够深刻，应该在腐蚀机理、腐蚀区域以及相应的对策上进行全面的研究。

[29]吉东建，于振庆，赵振林，等.循环流化床锅炉原煤掺烧稻壳初探[J].工业锅炉，2005(4)：38-39.

了解生物质废弃物在CFB锅炉里燃烧的研究与应用现状对生物质废弃物进一步的回收利用以及解决能源问题都将具有非常重要的指导意义。以此为出发点，本文对国内外采用循环流化床燃烧装置焚烧生物质废弃物燃料的现状进行介绍，并对未来进行了展望。

[24]GruborBD，OkaSN,LlicMS，etal.BiomassFBCcombustionbedagglomerationproblems[A].RubowLNedproceedings13thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustion[C].NewYorkASME，May1995，(1)：515-522.

2林业废弃物在CFB锅炉里的燃烧

稻壳的灰份含量较少，通常在运行过程中也需要加入一定粒径的添加剂(如沙子)。由于沙子的密度远大于稻壳颗粒的密度，稻壳在炉内的运动有可能存在部分分层的现象。但总体上,稻壳颗粒在炉内仍可简化认为是均匀混合的

[28]王智微，李定凯，唐松涛，等.生物质燃料循环流化床锅炉的模型化设计[J].能源研究与信息，2002，18(1)：21-29.

[30]HseyinT，AyselTA.Co-combustionogriculturalwastesinacirculatingfluidizedbed[A].Kecenedproceedingsof8thInternationalConferenceonCirculatingFluidizedBeds[C].Hangzhou:China，May2005：617-622.

[31]ArmestoL，BahilloA，CabanillasA，etal.Co-combustionofcoalandoliveoilindustryresiduesinfluidizedbed[J].Fuel，2003，82(8)：993-1000.

以上研究对采用CFB锅炉燃烧废弃木材的可能性给予了充分的肯定，但由碱金属引起的结垢和腐蚀问题不容忽视。与此同时，学者对在废弃木材里添加辅助燃料在CFB锅炉里的燃烧特性进行了研究，而污泥是被研究的最为广泛的一种辅助燃料。LecknerB等

3.2稻壳在CFB锅炉里的燃烧

1生物质成型技术

研究CFB锅炉里燃烧稻壳和煤的混合燃料时发现，稻壳里的碱金属(钠和钾)对灰在换热表面上的沉淀影响很大。而且，当稻壳含氯较高(如稻草)时，将使壁温高于400℃的受热面发生高温腐蚀。

4存在问题及展望

生物质能是一种可再生能源，来源十分丰富。它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源。当前，生物质燃料的消耗已占世界总能源消耗的14%，在发展中国家这一比例达到38%。据世界粮农组织(FAO)预测，到2050年,以生物质能源为主的可再生能源将提供全世界60%的电力和40%的燃料，其价格低于化石燃料。生物质燃料的开发利用已经成为世界的共识

[11]PretoF.Combustionofwoodprocessingresiduesinacirculatingfluidizedbed[A].SamaVpisupatedproceedingsof17thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustion[C].FloridaASME，May2003：607-612.

摘要：生物质废弃物产量的与日俱增及环保要求的不断提高使循环流化床燃烧技术逐渐在生物质废弃物的处理和利用方面扮演越来越重要的角色。该文综述了采用循环流化床锅炉用生物质废弃物(林业废弃物、农业废弃物)作为燃料进行焚烧处理的国内外现状，详细介绍了废弃木材、秸秆、稻壳、果核、橄榄饼、甘蔗渣和向日葵茎干这些生物质废弃物在循环流化床锅炉里燃烧的研究和应用现状，指出了目前存在的问题及努力的方向。

[19]AyselTA，HseyinT.Agro-wastecombustioninairculatingfluidizedbed[A].Kecenedproceedingsof8thInternationalConferenceonCirculatingFluidizedBeds，Hangzhou：China，May2005：609-616.

。

[4]孙振钧.中国生物质产业及发展取向[J].农业工程学报，2004，20(5)：1-5.

稻壳表面的毛刺极大地影响了稻壳的流化特性，在进行燃烧前要经过预处理。许卫国等[25]及陈冠益等

。

研究发现，纯稻壳不易流化，与煤混合后的综合流化性能有一定改善，而与石英砂混合效果更好。陈冠益等还发现:锅炉的飞灰含碳量明显高于灰渣的含碳量。尽管如此，燃烧效率仍高达97%;另外，由于稻壳本身氮和硫的含量极少，在不用任何脱硫剂、脱硝措施情况下,稻壳燃烧所排放出的主要大气污染物都远低于排放标准。以上研究结果说明了稻壳作为CFB锅炉的燃料在运行状况和气体排放上是可行的，而在金属排放方面还需要展开相应的研究。

另据文献[36]报道，中国广西露塘糖厂35t/h混烧甘蔗渣和煤的循环流化床锅炉取得了成功。该厂的实际运行经验表明,锅炉也可纯烧甘蔗渣，但纯烧甘蔗渣时锅炉的热效率会有所下降。另外，由于进料的问题，纯烧甘蔗渣时会使锅炉蒸发量下降,甘蔗渣的供给方式有待进一步研究改进。

1)国内外对各种生物质燃料的研究力度区别明显:对生物质燃料所占比重较大的废弃木材、秸秆、稻壳研究的较多，而对果核、橄榄饼、甘蔗渣等生物质燃料的研究相对较少。另外，目前尚未发现研究水生植物在CFB锅炉里燃烧的相关文献。

[1]GrossR，LeachM，BauenA.Progressinrenewableenergy[J].EnvironmentInternational，2003，29(1)：105-122.

在直径125mm、高1800mm的CFB燃烧装置里燃烧杏核和桃核发现，杏核和桃核燃烧时燃烧效率可以达到96%～98.95%，而且燃烧效率随着过量空气系数和床料固体颗粒循环倍率的增加而增加。试验中使用这种燃料时所需的过量空气系数在一个较高的水平(1.6～2.1):低于1.6时,燃烧效率仅仅为74％～85％;=2.1时，燃烧时产生的SO

还分别进行了橄榄饼独自燃烧，和油页岩、柴油一起混烧的试验。所有结果均表明，对于洁净煤燃烧技术来说，橄榄饼在小规模的工业CFB锅炉里混烧是很好的。

3农业废弃物在CFB锅炉里的燃烧

林业废弃物主要是指林业生产和加工过程中产生的废弃木材、木屑(或木球)、树皮等废弃物。

[17]AmandLE，LecknerB，HanssonL，etal.Co-combustionofmunicipalsludgewithwood/coalinCFB-enrichmentofphospho-rousandcadmiuminashes[A].SamaVpisupatedproceedingsof17thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustion[C].FloridaASME，May2003:883-908.

。

[32]AyselTA，HuseyinT.Co-combustionofolivecakewithlignitecoalinacirculatingfluidizedbed[J].Fuel，2004，83(7-8)：859-867.

[5]CookJ，BeyeaJ.BioenergyintheUnitedStates：progressandpossibilities[J].BiomassandBio-energy，2000，18(6)：441.

在生物质压缩成型的过程中，一般都会加入一些添加剂(石灰石等)和其他辅助燃料(煤、污泥等)。这种方式充分发挥了生物质燃料易着火和其他辅助燃料燃烧稳定的优点，是当前生物质燃料进行燃烧利用的重点，学者的研究也大都集中于此。发达国家、泰国、印尼等国已投入使用，中国和土耳其等国也正在推广

5)燃料特性对循环流化床锅炉的设计与运行有很大影响,而关于CFB锅炉燃烧生物质燃料数值模型方面的研究目前还不多见。如果能够对生物质燃料在CFB锅炉里的燃烧进行充分的数值研究也将会极大地促进CFB锅炉在生物质燃料燃烧中的应用。

[参考文献]

[34]TopalH，AtimtayAT，DurmazA.Olivecakecombustioninacirculatingfluidizedbed[J].Fuel，2003，82(9)：1049-1056.

循环流化床燃烧技术能很好地满足稻壳的高挥发分析出迅速、固定碳难以燃尽的特点，所以，稻壳的循环流化床燃烧技术便成了当前稻壳燃烧技术的研究重点。

[18]陈冠益，方梦祥，骆仲泱，等.生物质流化床的试验研究及设计要点[J].动力工程，1999：19-24.

3.6向日葵茎干在CFB锅炉里的燃烧

农业废弃物主要是指农业生产、加工过程中所产生的秸秆、稻壳等废弃物。它产量巨大，除了少量用于返田以外，还有大量的剩余。如何将这些农业废弃物的化学能有效地为高品位的热能，意义十分重大

发达国家研究废弃木材作为CFB锅炉的燃料已经很多年了。20世纪80年代末，美国就开发出大型燃烧废木料的CFB锅炉，分别安装在Freson、Rocklin和Mecca。也是以林业废弃物作为大型CFB锅炉的重要燃料加以利用的，尽管这些燃料的含水率有时高达50%～60%，但锅炉的热效率仍可达到80%。丹麦为了减少二氧化碳的排放，采用奥斯龙公司的高倍率CFB锅炉将干草(或木屑)与煤以6∶4的比例送入炉内燃烧，效果较好。目前世界上最大容量的燃烧生物质的循环流化床锅炉就是FW公司240MW的烧废木材的CFB锅炉，它的成功运行为燃烧林业废弃物的CFB锅炉的大型化奠定了良好的基础。此外，、、法国、意大利、土耳其和俄罗斯等国家也先后对CFB锅炉燃烧废木材进行了研究

[16]AmandLE，LecknerB，SvardSH，etal.Co-combustionofpulp-andsludgewithwood-emissionsofnitrogen，sulphurandchlorinecompounds[A].SamaVpisupatedproceedingsof17thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustion[C].FloridaASME，May2003:871-882.

3.5甘蔗渣在CFB锅炉里的燃烧

将生物质加工成成型燃料是利用CFB锅炉燃烧生物质的重要方式。成型燃料代替原生物质燃料进行燃烧，可以减少大量的化学不完全燃烧热损失与排烟热损失。而且燃烧速度均匀适中，燃烧相对稳定

文献[19]中还指出，对于小容量的CFB锅炉和洁净能源生产来说，水果核是一种很有潜力的燃料。HseyinT等[30]通过研究杏核、桃核等农业废弃物与土耳其煤在CFBC里的混合燃烧情况后指出，杏核、桃核与煤在CFBC里混烧不仅可以保持较高的燃烧效率(93.5%～97%)，而且可以实现锅炉机组的大型化。他们同时还发现，为了维持较低的污染物排放量，果核与煤混合时存在着最小混合质量比(1∶4左右)。

2)采用CFB锅炉燃烧生物质燃料，独烧效果不如混烧好,这是学者的共识。但是，国内外对各种生物质燃料与高热值燃料混烧的研究还不系统，应在混合比例和相应的污染物排放方面(特别是金属排放方面)进行全面的研究，最好能够形成生物质在CFB锅炉燃烧的数据库。其中，将城市生活污泥、煤泥、水煤浆和TDF作为生物质的辅助燃料，均是不错的选择。

(重庆大学动力工程学院，重庆400030)

[14]OrjalaM，KarkiJ，HasaH，etal.Theeffectofwoodfuelsonpowerplantavailability[J].TheFinnishWoodEnergyTechnologyProgramme，2004：139-154.

由于向日葵茎干在农业废弃物中所占的比例较秸秆、稻壳等要小得多，所以它在CFB锅炉里的燃烧特性还没有得到太多的关注。HseyinT等

目前对CFB锅炉里使用甘蔗渣作为燃料的研究开展的不多，相关文献也很少。米铁等对甘蔗渣在循环流化床燃烧装置里的燃烧热解进行了研究，相关的信息参见文献[35]。

[6]MandalKG，SahaKP，GhoshPK，etal.Bio-energyandeconomicanalysisofsoybean-basedcropproductionsystemsincentralIndia[J].BiomassandBio-energy，2002，23(5)：337-345.

CliffeKR等