生物质的流化床利用.pdf

随着经济的发展,对能源的需求持续上升。在化石燃料的利用过程中,人们很少

考虑CO2的温室效应对环境的影响。而化石燃料燃烧产生CO2尚无切实可行的解

决办法,故减少化石燃料的使用是主要办法,也是我国能源与环境战略中一项十分重

要的内容。

目前,各国都在开发各种新能源,试图使人类的能源利用走上可持续发展的道路,

而生物质能的转化利用在整个新能源和可再生能源中占据着相当重要的地位。

1生物质燃料简介

生物质是指通过光合作用产生的有机物,在地球上储量及其丰富,它是一种可再

生资源,当它们被利用时,构成生物的基本元素(C、O、H、N等)又为新生生物所用,

而储存在其化学键中的能量被释放出来或转化成其他形式的能量。可谓取之不尽,

用之不竭。和煤相比它具有含碳量少、挥发分高、密度小、含硫量低、含氮量低的

特点。

我国是一个农业国家,生物质种类多,数量巨大,较常见的有薪材、稻壳、秸杆、

锯末、甘蔗渣、生活垃圾等。据统计，我国农作物秸杆可收集量约为每年4.5亿t,

折合标准煤1.8亿t;稻壳5000万t,折合标准煤2000万t;林业加工过程产生的木质

废弃物约2400万m3,折合标准煤150万t;各种天然薪材的合理提供量为1.4亿t,

折合标准煤0.74亿t。但与我国一次能源中的化石燃料的消费量相比,生物质能所

占份额并不大,生物质占1998年一次能源比重约16%,而在商业用能结构中却不到

1%。许多生物质在农村以直接燃烧的方式被低效率利用或直接丢弃,不仅浪费了宝

贵的能源资源,同时也对环境造成了一定的污染。显然,如此巨量的能源如能充分加

以利用,完全可以在很大程度上满足人类的能源需要。

生物质在传统的层状燃烧技术中转化利用存在种种的不足,而流化床燃烧技术

作为一种新型清洁高效燃烧技术,具有燃烧效率高、燃料适应性广和有害气体排放

量少等优点。中国、美国、德国、瑞典等许多国家非常注重流化床生物质能源化利

用技术的开发和研究。美国从1979年就开始采用直接燃烧生物质燃料发电,近几年

大力研制采用循环流化床技术的生物质能源化利用路线。瑞典生物质能的利用已占

全国总能耗的16.1%,达到55亿kWh,瑞典利用生物质能的一个主要方式是采用联

合循环,即将生物质送入循环流化床气化炉中进行气化,产生的燃气再通过燃气轮机

发电。

2流态化技术简介

流态化现象是指固体颗粒在流体（气体或液体）的作用下悬浮在流体中跳动或

随流体流动的现象。在自然界中，如河流的泥沙夹带，沙丘的自然迁移等，从广义

上说都是一种自然界的流态化现象。流态化技术在工业中的应用更加广泛。能够实

现流态化过程的设备称为流化床或沸腾床。

流态化现象可以有气体和固体颗粒，液体和固体颗粒以及气体与液体和固体颗

粒形成，即所谓的气-固流态化，液-固流态化和气-液-固三相流态化。

3生物质的流化床利用分类

生物质的流化床利用主要包括流化床燃烧、流化床气化、流化床热解等。

3.1生物质的流化床燃烧

生物质的流化床燃烧是一种先进的燃烧技术,应用于生物质燃烧上已获得了成

功。直接燃烧由于其简单、廉价等特点,在生物质处理中占有重要的地位。直接燃

烧的优点是能迅速并大幅减少可燃废弃物的容积,彻底清除有害细菌和病毒,破坏毒

性有机物,并回收热能。由于受生物质原料供应的影响,生产规模较小,效率较低。同

时由于不同生物质特性差异较大,必须为不同生物质设计专用的锅炉设备。单燃生

物质的经济性比较差,燃烧中容易出现炉膛结块等问题,而且生物质灰分含量小、燃

烧后难以形成床料、流化特性较差或着火困难等,需要选用与燃烧生物质流化特性

相匹配的惰性床料,如砂、燃烧炉渣作为流化媒体,即媒体流化床燃烧技术。该技术

可保证形成流化燃烧稳定的密相床层,密相区床层蓄热量很大,且床层内传热传质剧

烈,能够为高水分低热值的生物质提供优越的着火条件,床层温度在649℃～982℃左

右。目前使用较多的是利用大型电厂的设备,将生物质与煤混燃发电,这样无需或只

需对设备进行很小的改造。近年来,在林产丰富的国家,循环流化床燃烧在生物质燃

烧领域所占的份额越来越大,这是由于循环流化床具有燃料燃尽性好、燃料适应性

强、高热效率以及低的有害气体排放等优点。

3.2生物质的流化床气化

生物质挥发组分高、炭的活性高、硫和灰的含量低,这些特性使其成为气化理

想的原料。生物质气化是在高温下部分氧化使其转化为可燃性气体的的转化过程。