毕业设计（论文）生物质直接燃烧发电技术的应用及发展.doc

南 京 化 工 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计 题目 生物质直接燃烧发电技术的应用及发展 姓 名 所在系部 机械系 专业班级 热能动力设备与应用0921 指导教师 2012 年 4 月摘要：本文主要介绍了生物质发电技术的一种：即生物质直接燃烧发电的几种方式和流程，从生物质的基本成分和燃烧特性进行普遍的分析和研究，来达到了解生物质的真实特性。因为我国是一个农业大国，所以生物质具有广泛的基础。在此基础上，从农业、林业和城市的生活垃圾来分别介绍燃烧发电的工艺流程。其次根据我国技术的发展和国内机构的研究，从不同的工业锅炉和设备也进行了系统的概述。关键字：秸秆、垃圾、流化床、无焰燃烧目录摘要 （1）前言 （3）第1章 生物质直接燃烧发电的概念 （5）第2章 生物质燃料的基本特性 （6）第2.1节 生物质基本成分（6）第2.2节 生物质的燃烧特性（7）2.2.1 生物质燃烧模式的分析（7）2.2.2 生物质燃烧特性的研究（9）第3章 生物质燃烧发电技术 （12）第3.1节 秸秆发电技术 （12）第3.2节 秸秆与煤混烧技术 （14）第3.3节 城市生活垃圾焚烧发电技术 （15）第3.4节 农林废弃物的发电系统研究 （18）第3.5节 循环流化床生物质直燃发电技术 （20）第3.6节 生物质高温无焰燃烧技术的研究与探讨 （23）第4章 生物质直接燃烧技术存在的问题（25）第5章 我国生物质能产业发展现状及展望（26）第5.1节 我国生物质能产业发展现状及前景（26）5.1.1 沼气利用（26）5.1.2 生物质直燃发电（26）5.1.3 交通运输燃料（26）第5.2节 我国生物质能产业的展望 （27）第6章 结 论（29）参考文献 （30）致谢 （31）前言生物质直接燃烧技术是生物质能源转化中相当古老的技术，人类对能源的最初利用就是从木柴燃火开始的。我国许多史籍中都有关于原始洪荒时代人工取火的传说。例如，韩非子·五蠹曰：“燧人氏， 钻木取火，以化腥臊”；河图挺佐辅亦记载：“伏羲禅于伯牛，错木取火”；庄子·外物 则曰：“木与木相摩则然（燃）”。这些古老的记载，说明了我国古代人民在燧人氏和伏羲氏时代， 就已经知道使用“钻木取火” 的方法来获取能源了。从能量转换观点来看，生物质直燃是通过燃烧将化学能转化为热能加以利用，是最普通的生物质能转换技术。生物质是一种分布广、资源量丰富的清洁可再生资源，其能源化利用过程可导致CO2零排放，因此生物质能的研究与开发日益受到各国政府、专家、工业界的关注。目前生物质能的主要开发利用技术包括生物质的固化、气化、液化以及燃烧技术，其能源产品包括成型固体燃料、炊事燃气、液体燃料(生物油、柴油、汽油等) 、电、热(或暖气) 。生物质因具有挥发分高、炭活性高，N、S含量低(含N量0.5%3%、含S量一般仅0.1%0.5%)，灰分低，生命周期内燃烧过程CO2 零排放等特点，特别适合燃烧转化利用，是一种优质燃料。在我国，发展生物质燃烧技术既能缓解温室效应，又能充分利用废弃生物质资源，改善或提高农民的生活条件，而且对现有的燃烧设备不需作较大改动，因此具有明显的社会意义与经济意义，符合我国现阶段国情和生物质开发利用水平。随着煤、石油、天然气等常规能源的日益枯竭。可再生能源的开发与利用已受到世界各国的高度重视。生物质能是最有发展前景的可再生能源之一。目前研究人员已经开发出多种生物质能转换利用技术。其中，生物质能发电已成为生物质能现代化利用的重要方式之一。我国是农业大国，生物质资源种类多，主要分布在广大农村地区，数量非常巨大，全国每年可利用的生物质能资源总量估计可达7亿t标准煤以上。生物质能属于清洁能源，生物质能的利用可实现CO2零排放，是替代煤、石油和天然气等矿物燃料的重要能源。通过各种能源转换技术，将生物质转化为高品位的电能，既可以满足农村紧迫的电力需求。提高农民生活水平，又可以改善农民居住环境。所以，开发利用生物质能。对于国家能源安全、CO2减排和社会可持续发展都具有重要意义。生物质能则是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。生物质包括林木废弃物(木块、木片、木屑、树枝等) 、农业废弃物、水生植物、油料植物、有机物加工废料、人畜粪便及城市生活垃圾等。生物质资源量巨大，年产量约1460亿吨。我国每年仅农作物秸秆(稻秆、麦秆、玉米秆等)产量可达7.5亿吨，人畜粪便3.8亿吨，薪柴年产量(包括木材砍伐的废弃物)约为1.7亿吨，农业加工残余物(稻壳、蔗渣等)约为0.84亿吨,城市生活垃圾污水中的有机物约为0. 56亿吨，还有工业排放的大量有机废料、废渣,每年生物质资源总量折合成标准煤约24亿吨。如果包括生活垃圾，则资源量更大。自1992年世界环境与发展大会后，欧美国家开始大力发展生物质能。欧盟规划2010年可再生能源比例达12%，每年可替代2000万吨石油，其中成本较低的生物质能约占80%。美国1999年明确提出规划到2010年生物制品及生物质能的产量将为当时水平的3倍，生物质能比达10%。相对而言，我国在生物质能现代化利用方面的成功例子很少，相应的开发研究急需加强。在众多的转化利用技术中，生物质燃烧技术无疑是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。第1章 生物质能的概述第1.1节 生物质能的基本概念生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。可利用生物质的种类很多，可以从各种各样的农作物、森林的原材料直接获得，也可以从森林工业的副产品，回收利用家庭垃圾、回收利用毁坏的木材和纸张中获得。图1-1 光合作用光合作用（如图1-1）是绿色植物和藻类利用叶绿素等光合色素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化为有机物，并释放出氧气（细菌释放氢气）的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量，效率为10%20%左右。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。1.1.1 生物质直接燃烧发电是指把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定锅炉中直接燃烧，产生蒸汽，带动蒸汽轮机及发电机发电。已开发应用的生物质锅炉种类较多。如木材锅炉、甘蔗渣锅炉、稻壳锅炉、秸秆锅炉等。生物质直接燃烧发电的关键技术包括原料预处理生物质锅炉防腐。提高生物质锅炉的多种原料适用性及燃烧效率、蒸汽轮机效率等技术。生物质直接燃烧发电技术中的生物质燃烧方式包括固定床燃烧或流化床燃烧等方式。固定床燃烧对生物质原料的预处理要求较低，生物质经过简单处理甚至无须处理就可投入炉排炉内燃烧。流化床燃烧要求将大块的生物质原料预先粉碎至易于流化的粒度。其燃烧效率和强度都比固定床高。另外由于我国的生物质种类多，成分复杂，收集运输困难。而且主要的农业废弃物受到农业生产和季节性的影响不能保证全年供应，所以与燃煤锅炉对燃料单一性的要求不同，生物质锅炉要求能适应多种生物质原料。以保证燃料供应的稳定性。我国的生物质锅炉和小型蒸汽轮机技术已基本成熟，但设备规模较小，参数较低，与进口设备相比效率较低。生物质直接燃烧发电技术比较成熟，在大规模生产条件下具有较高的效率。该技术在我国应用较少，因为它要求生物质资源集中，数量巨大如果大规模收集或运输生物质将提高原料成本因此该技术比较适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理。表1-1所示为6MW和25MW生物质直接燃烧发电技术指标。第2章 生物质燃料的基本特性第2.1节 生物质基本成分生物质燃料中易燃部分主要是纤维素、半纤维素、木质素。燃烧时纤维素、半纤维素和木质素首先放出挥发分物质,最后转变成炭。几种典型的生物质组成成分见表2-1、表2-2。表2-1 原料的工业分析成分 样品名称水分挥发分灰分固定碳玉米杆10.369.44.116.2高粱杆10.268.75.415.7稻秸8.563.014.713.8麦秸10.665.28.915.3玉米芯11.073.41.514.1黄桷树12.072.51.314.2竹子8.474.81.215.6表2-2 原料的干基化学组成结果 样品名称抽出物纤维素半纤维素木质素玉米杆11.446.220.717.1高粱杆9.249.118.717.0稻秸13.630.221.718.5麦秸10.947.314.617.2玉米芯9.640.431.916.5黄桷树6.852.510.728.5竹子6.452.716.523.2由表2可见，7种生物质水分普遍较高，玉米芯、黄桷树、竹子挥发分较高，灰分最低由表3可以看出，竹子的纤维素含量最高，玉米的半纤维素含量最高，黄桷树的木质素含量最高由于生物质快速热解反应过程中，生物油主要来自挥发分的裂解，挥发分的含量直接决定着生物油产量的多少，而生物质中的水分和灰分含量则严重影响着生物油的产量与品质在生物质的3种主要化学成分中，半纤维素最易热解，纤维素次之，木质素最难热解且持续时间最长，半纤维素、纤维素分解后主要生成挥发物，木质素热解后主要生成碳所以低水分、低灰分、高挥发分及高半纤维素、纤维素含量与低木质素含量的生物质最适合作为生物质热解液化的原料在上述7种生物质中，竹子、玉米秆、玉米芯是比较好的生物质原料。第2.2节 生物质的燃烧特性2.2.1 生物质燃烧模式的分析有关高挥发分含量生物质着火机理的研究相对于煤着火特性的研究要少得多，生物质的rt(H)n(C)比和rt(O)n(C)值均比煤要高，而且生物质的几种主要成分中半纤维素在225350分解，纤维素在325375分解，木质素在310400分解 ，因此其着火特性与煤相比存在差异。图2-1 固体燃料转化燃烧路径及相应的DTG曲线模式研究认为生物质碳的多相着火只可能发生在其纯热解过程几乎完成之后。固体燃料在含氧气氛中的转化燃烧路径如图1所示。固体燃料在含氧气氛中有可能存在2种极端的情况：燃料先热解为挥发分和固定碳，然后是挥发分和固定碳的燃烧(图1(a)的A和B的反应路径)；固定碳和挥发分的同时多相氧化燃烧产生相应的燃烧产物CO2，CO，H2O等。固体燃料的燃烧路径在多大程度上属于这两种情况中的一种或介于两者之间，这主要取决于燃料的种类和操作条件，如燃料的粒度、燃烧温度、氧分压等。对于一种给定的固体燃料，其燃烧动力学路径可采用微分热重(DTG)技术进行分析，将燃料分别在惰性气氛和含氧气氛中进行微分热重分析得到相应的微分热重曲线IDTG和ODTG，为方便分析，假设燃料在惰性气氛中热解时仅出现1个峰，当燃料在氧化气氛中进行微分热重分析时可能出以下3种情况(图1(b)：0一DTG曲线表现为2个峰，第1个峰为O1，它完全与IDTG峰重合，第2个峰为O2 ，它是固定碳的燃烧峰。这种模式是典型的A+B路径。对于这种模式燃料的热解速度比其多相氧化速度快，氧化气氛对其影响可以忽略。ODTG曲线表现为一个大的单峰，先于IDTG峰出现，只是在形状上不同，这是典型的C路径对于这种模式燃料的燃烧速度比其热解速度快 ODTG曲线表现为2个峰，分别表示为O1。和O2 ，其中O1先于IDTG峰出现只是在形状上不同，O2 在高温区出现是固定碳的燃烧峰，这是一种介于A+B路径和C路径之间的一种燃烧路径。这种模式是纯热解和多相氧化的综合效果，在这种模式下燃料的多一相氧化有利于化学键的断开和挥发分的产生。根据以上分析，为了确定两种生物质的燃烧模式，在氮气和氧气气氛下分别对两种生物质盏进行了TGDTG分析，实验结果如图2所示。图2-2 两种生物质燃烧与热解DTG曲线由图2可看出，小麦秸秆是典型的第2种燃烧模式，即挥发分和固定碳的同时多相氧化燃烧。而玉米芯的燃烧是第3种模式，是介于A+B和C路径之间的一种燃烧模式。由此得出，不同的生物质在燃烧模式上是有所不同的，对不同的生物质的燃烧特性应分别研究，不能一概而论。2.2.2 生物质燃烧特性的研究生物质燃烧过程主要包括水分蒸发、挥发分释放以及挥发分和固定碳的燃烧等，根据生物质的燃烧过程，在生物质的燃烧特性曲线上定义了以下几个重要的特征参数(图3)：TG曲线中3个失重阶段依次为脱水、挥发分释放及燃烧和固定碳的燃烧；T1为脱水速率最大时对应的温度； 为生物质的着火温度，有2种定义法：一种采用DTA燃烧放热峰左侧切线与其基线的交点对应的温度(外推法)，本文提出另一种方法(图3(b)在温度曲线T上将温度曲线首次出现峰的起始点定义为着火点，采用这种方法定义生物质的着火温度准确、直观、易于接受，因为当生物质着火时开始放出大量热，从而使得温度曲线不再按照程序升温而变化，出现了温度升高突变而产生了向上的峰T4，T5；分别为生物质挥发分和固定碳燃烧速率最大时对应的温度；为燃尽温度，对应于TG和DTG曲线不再有质量变化。T1和T2分别为生物质挥发分和固定碳燃烧放热时与参比物间的最大温度差，对应于生物质燃烧DTA曲线峰顶值，它反映了燃烧反应放热量的大小和剧烈程度；V1为水分蒸发最大速率V2，V3 分别为生物质挥发分和固定碳最大燃烧速率，分别对应于DTG曲线上各自峰顶值。图2-3 生物质燃烧曲线特征参数为研究两种生物质的燃烧特性，采用热分析联用技术对两种生物质进行了TGDTADTG综合分析，两种生物质的燃烧特征参数见表4。表2-3 生物质的燃烧特性参数项目T1T2T3T4T5V1V2V3T1T2/mg·min-1mg·min-1mg·min-1/麦秸秆52.25273.3273.3399.3510.50.2915.590.0728.51.08玉米芯53.6285.3285.3407.4493.70.2912.90.0532.40.92由表4可知，两种生物质在脱水阶段的最大脱水速率及其对应的温度是没有差别的，说明水在两种生物质上的吸附方式及含量没有多大差异；在着火温度上，小麦秸秆比玉米芯的着火温度低12，说明小麦秸秆比玉米芯更容易着火；在挥发分和固定碳燃烧速率最大对应温度上也是玉米芯的温度高于小麦秸秆，而且两种生物质和着火点温度与挥发分燃烧速率最大时对应的温度几乎相等，说明生物质在着火后能够立即达到最大燃烧速率，其前期挥发分的燃烧速率非常快；在燃尽温度上，小麦秸秆的燃尽温度高于玉米芯的燃尽温度，说明小麦秸秆的燃尽特性比玉米芯差，这可能与小麦秸秆含有更多的灰分有关；在燃烧速率上，小麦秸秆的挥发分和固定碳的燃烧速率均高于玉米芯，这是由于小麦秸秆的着火温度较低和其中含有较多的灰分对其燃烧有催化作用有关；从T1 看，小麦秸秆小于玉米芯，说明玉米芯的挥发分燃烧时放出更多的热量和燃烧较剧烈，T2 的大小说明小麦秸秆的固定碳燃烧时放出更多的热量和燃烧较剧烈对两种生物质燃烧特性的综合分析表明，不同的生物质在燃烧特性上有差别，在利用生物质燃烧发电前应对不同生物质的燃烧特性分别研究，从而为其燃烧提供更可靠的依据。第3章 生物质燃烧发电技术第3.1节 秸秆发电技术秸秆人炉前需经过预处理。秸秆体积大，组织疏松，必须经过晾晒打包后才便于存储。秸秆入炉有打包人炉、粉碎人炉、压块(型煤)入炉3种。粉碎入炉成本较高，但适应性最强。秸秆的粉碎入炉主要包括秸秆的打包、存储、输送和破碎几个阶段。在农业机械化国家，秸秆的收割和打包可以通过机械化完成。而在我国农业生产的分散性和传统的耕作方式给秸秆的机械化收割和打包带来一定的困难。因此必须探索适合我国国情的秸秆收割打包方式，降低秸秆预处理成本，保证电站的连续供料。我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿t，其中6.04亿t可作能源使用。秸秆资源是新能源中最具开发利用规模的一种绿色可再生能源，如果将这些秸秆资源用于发电，相当于0.9亿kw火电机组年平均运行5000h，年发电量为4500亿kWh。秸秆为低碳燃料，且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低，是一种较为“清洁”的燃料，在有效的排污保护措施下发展秸秆发电，会大大地改善环境质量，对环境保护非常有利。在农村推广实施秸秆发电技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要意义。目前生物质能秸秆发电技术的开发和应用，已引起世界各国政府和科学家的关注。它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标，至2010年，我国生物质能发电装机容量要超过：300万kw。因此，从中央到地方政府都制定了一系列补贴政策支持生物质能技术的发展，加快了技术商业化的进程。随着我国国民经济的高速发展和城乡人民生活水平的不断提高，既有经济、社会效益，又能保护环境的秸秆发电技术的利用前景将会越来越广阔。根据国家对可再生能源发电的一系列优惠政策，秸秆发电厂所发电量由电网全额收购；上网电价经当地省政府价格主管部门按现行电价政策提出上报国家发展和改革委员会核批后，一般在0.500.60元左右；进口设备的关税和进口环节增值税全免，同时，各地方省市还因地制宜地制定了其它的补贴政策。这些政策的出台为秸秆发电在农村的推广利用提供了有力的保障。可以预见，在我国农村推广生物质能秸秆发电技术市场广阔，前景光明。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，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能。图3-1 生物质直接燃烧发电流程秸秆直接燃烧发电技术已基本成熟，进入推广阶段，这种技术在规模化情况下，效率较高，单位投资也较合理；但受原料供应及工艺限制，发电规模不宜过大，一般不超过30MW。图3-2 秸秆直接燃烧发电系统混合燃烧发电包括：直接混合燃烧发电、间接混合燃烧发电和并联混合燃烧发电，其中直接混合燃烧发电是主要的应用方式。直接混合燃烧发电是将秸秆燃料与化石燃烧在同一锅炉内混合燃烧产生蒸汽，带动汽轮机发电。气化发电是在气化炉中将秸秆原料气化，生成可燃气体，经过净化，供给内燃机或小型燃气轮机，带动发电机发电。一般规模较小，多数不大于6MW。秸秆直接燃烧发电与传统的燃煤发电相比, 具有如下特点:(1)秸秆与煤相比，几乎不含硫，秸秆中硫的质量分数只有0.38%,其质量分数远低于电厂用煤中硫的质量分数为1% , 无需配备昂贵的脱硫装置。(2)灰分易于收集，无需配备静电除尘器而节约厂用电，而且灰渣可以作为优质钾肥还田。(3)秸秆等生物质被誉为绿色煤炭，植物在生长过程中吸收大气中的二氧化碳，在其燃烧时又会释放出二氧化碳。相对于燃用化石燃料会向大气中排放大量的二氧化碳，秸秆等生物质的燃烧不会引起大气中二氧化碳的增加，这称之为二氧化碳零排放。采用秸秆等生物质为燃料直接燃烧发电，也存在一些问题：(1)对生物质燃烧特性研究不足。与电站用煤相比，秸秆中水分和挥发分含量较高，灰分、热值及灰熔点较低。此外，由于秸秆中碱金属含量较高，某些秸秆如稻草中的氯离子含量较高，增加了烟气对受热面的腐蚀速度。这就要求加强对生物质燃烧特性的研究，在设计建造锅炉时要充分考虑各种不利因素的影响。(2)缺乏核心技术和设备。目前, 秸秆等生物质焚烧发电的锅炉及燃料输送系统的技术和设备均产自国外，国内尚无制造厂家，这成为制约我国发展生物质发电事业的关键因素。同时,由于国内外生产运输方式、工作习惯和文化的差异，对引进的技术和设备不能完全吸收及高效使用，使机组无法安全稳发、满发。另外，由于缺乏核心技术及备品配件，投产后的生物质发电企业很有可能将长时间受制于国外企业。(3)发电运营成本偏高。据国外生物质发电厂运行实际统计和国内权威部门测算，生物质发电成本远高于常规能源发电成本，约为煤电的1.5倍。总之，秸秆是一种很好的清洁可再生能源，采用秸秆直燃供热发电技术对我国农作物秸秆资源加以开发用，这既是最大的节能项目，又是以工业反哺农业的最大的支农项目。秸秆发电不仅具有较好的经济效益，更具有良好的生态效益和社会效益。第3.2节 秸秆与煤混烧技术混合燃烧发电是指将秸秆用于燃煤电厂中，使用秸秆和煤两种原料进行发电，主要有两种方式:一种是将秸秆原料直接送入燃煤锅炉，与煤共同燃烧，生产蒸汽，带动蒸汽轮机发电；另一种是先将秸秆原料在气化炉中气化生成可燃气体，再送入燃煤锅炉与煤共同燃烧生产蒸汽，带动蒸汽轮机发电。无论哪种方式，生物质原料预处理技术都是非常关键的，生物质原料被处理后要符合燃煤锅炉或气化炉的要求。秸秆与煤混合燃烧发电系统，就是一个以秸秆等生物质和煤为燃料的火力发电厂，其生产过程概括起来就是:先将秸秆等生物质加工成适于锅炉燃烧的形式(粉状或块状) , 送入锅炉内充分燃烧，使储存于生物质燃料中的化学能转变成热能；锅炉内的水吸热后产生饱和蒸汽，饱和蒸汽在过热器内继续加热成过热蒸汽进入汽轮机，驱动汽轮发电机组旋转，将蒸汽的内能转换成机械能，最后由发电机将机械能变成电能，其生产过程如图6所示。图3-3 秸秆与煤混合燃烧发电秸秆与煤混合燃烧发电特点：由于秸秆的能量密度低、体积大，运输过程增加了CO2的排放，故不适合集中大型生物质发电厂。而分散的小型电站，投资、人工费用高，效率低，经济效益差。所以，在大型燃煤电厂将秸秆与矿物燃料联合燃烧已成为新的概念。它不仅为秸秆和矿物燃料的优化混合提供了机会，同时许多现有设备不需太大的改动，使整个投资费用降低。秸秆与煤混合燃烧发电存在的问题：(1)秸秆含水量高, 产生的烟气体积较大。现有锅炉一般为特定燃料而设计，产生的烟气量相对稳定，所以烟气超过一定限度，热交换器很难适应。因此，混合燃烧中生物质的份额不宜太多。(2)秸秆燃料的不稳定性使锅炉的稳定燃烧复杂化。(3)秸秆灰的熔点低，容易产生结渣问题。(4)如使用含氯生物质，如秸秆、稻草等，当热交换器表面温度超过400时，会产生高温腐蚀。(5)秸秆燃烧生成的碱，会使燃煤电厂中脱硝催化剂失活。第3.3节 城市生活垃圾焚烧发电技术当今世界，环境污染已成为全球性的问题，垃圾是人类生活的产物，随着经济的发展和物质消费的日趋现代化，城市生活垃圾逐年增多,2000年我国城市生活垃圾的产出量达1.5亿吨/年，量大面广的城市生活垃圾造成城镇严重的社会问题, 这些垃圾污染水质、土壤、大气，传播疾病，影响人类的生成环境，这些垃圾还侵占了大量的土地，影响城市的环境质量和可持续发展。如何将这些垃圾做到减量化、无害化、资源化处理，成为社会普遍关注的问题。城市生活垃圾的处理方式有填埋、堆肥、焚烧等，我国绝大多数城市的垃圾采取简单填埋方式，这种方式简便易行，处理量大，但占用了大量耕地，同时造成二次污染。近年来，由于焚烧法处理量大、速度快、占地面积小的优点，使其成为生活垃圾处理的主要方式。城市生活垃圾是城市生存与发展必需解决的问题，利用城市生活垃圾发电、供热是解决城市生活垃圾问题的理想方法之一。垃圾发电是指利用特殊的垃圾焚烧设备，以城市工业和生活垃圾作为燃烧介质，将其散发的能量进行发电的一种新型发电方式。利用垃圾焚烧发电、供热，同时可实现城市垃圾减量化、无害化和资源化利用项目的。垃圾发电在环保上具有重大意义。据统计，目前我国大中小城市年产垃圾近1.4亿t，而且每年还在以80%的速度增长。数量巨大的人口消费和日益扩展的城市规模使中国成为世界上垃圾包袱最重的国家之一，各种难以及时处理的工业垃圾和城市生活垃圾已对人们的生存环境构成巨大的威胁。而在能源消费方面，中国已超越俄、日、德等国家，成为仅次于美国的当今世界第二大能源消费国，预计到2025年，中国将成为世界上最大的能源消费国。中国的常规能源(煤炭、石油、天然气)都存在枯竭的危机，而且由此带来的利用常规能源而造成的环境污染问题都急需得到有效控制。垃圾发电能较好地解决环保问题，又补充了民能的不足，具有明显的经济效益和社会效益。据有关数据表明，如果将全国一年的垃圾全部加以利用，其产生的能量相当于1340 万t石油发出的能量，如果充分利用，也就相当于节省了我国近一年石油产量的十分之一。垃圾的成分和特性通常，将城市生活垃圾的成分分为有机组分和无机组分。有机组分主要为厨房剩余物(厨余垃圾)、塑料橡胶制品、纺织品、纸类、竹木等；无机组分主要为金属、玻璃、砂石等。其中厨余垃圾的含量最大，可达总量的30一60，并呈上升势头。分布在各种组分中的水分总量约占垃圾总重的40。从垃圾的外观来分析，较常见的用塑料袋包裹的厨余垃圾、瓜果皮核、纺织品、建筑垃圾等，粒径一般小于400mm；还会有少量大件物品，如废旧家具等。为满足锅炉对垃圾热值的要求，垃圾在进炉前宜先经过充分的发酵。故建议垃圾库的容量不少于全厂锅炉5天的处理量。图3-4 垃圾在电厂内的流程垃圾处理过程如下:将城市垃圾运到焚烧厂的垃圾坑，经垃圾吊抓入给料斗, 缓慢送入炉排，垃圾在炉排上用不同方法搅动，经干燥、燃烧、燃烬3个阶段，充分燃烧。燃烬的炉渣排入渣池冷却后，运往厂外填埋。垃圾燃烧后产生的大量高温烟气(850900)进入余热锅炉换热，过热蒸气进入汽轮发电机组发电。垃圾焚烧处理流程如图8所示。图3-5 垃圾焚烧处理流程垃圾焚烧发电的优点：(1)焚烧处理能使垃圾减量化据统计，我国人均生活垃圾年产量为440kg，且每年以8%10%的速度在递增，大量的垃圾被运到城郊裸露堆放，已成为公害。全国历年垃圾堆存量已高达60亿t，堆占耕地5亿m2，直接经济损失达80亿元人民币。最好的高效堆肥厂也只能把垃圾中50% 左右的有机物变为肥料，另外50%未进行处理；而最差的垃圾复合肥仅利用有机物垃圾的不到10%，其余送去填埋，未达到减量化目的。焚烧处理后，垃圾重量减少了75%，体积减少到5%10%，真正做到了减量化。(2) 垃圾焚烧发电是能源的再利用燃烧1t城市生活垃圾可发电300400kW·h，而且垃圾焚烧处理后的灰渣呈中性，无气味，不会引发二次污染。目前我国城市已发展到669个，城镇人口2.6亿，而且都在不断地扩大和增加，按每人每年产生440kg垃圾计算，则产生垃圾量为1.14×104万t/年，如果将其全部利用，则可以产生相当于1340万t石油的能量。垃圾处理对我国来讲，意义尤为重大。(3)工艺简单、运行可靠垃圾无须分选和预处理即可直接焚烧；而且目前国内余热锅炉、蒸汽动力循环、热电联产等技术成熟可靠；另外，全封闭工业化的生产模式，可以基本上不受自然条件的影响，确保焚烧厂全天候运行。江桥生活垃圾焚烧使用年限为30年。(4)处理垃圾速度快、处理量大、减容量大。生活垃圾焚烧投入生产以来，2004年总体运行经济指标均达到设计能力，创造了良好的经济效益和社会效益。垃圾焚烧后，减容率为70%90%，部分灰渣可用来制砖或铺路，同时垃圾电站还能回收少量的金属，促进不可再生资源的循环使用。在高温焚烧过程中，垃圾携带的大量病原体被消灭，改善了城市的卫生环境，同时有效遏制了垃圾堆存迅速增长，这对土地资源十分紧缺的大中城市而言尤为重要。第3.4节 农林废弃物的发电系统研究目前，农林废弃物等生物质能发电技术的开发和应用，已引起世界各国政府和科学技术界的广泛关注。许多国家都制定了相应的计划，如日本的“阳光计划”，美国的“能源农场”，印度的“绿色能源工厂”等，它们都将生物质能开发利用技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。自20世纪70年代世界石油危机以来，丹麦、德国、日本等发达国家已经将开发利用可再生能源作为调整能源结构，实现能源替代和可持续发展的重要措施。我国是一个农业大国，在生产确保十几亿人口必需的粮食同时，每年生产了约7亿t农作物秸秆，除了农民直接用于燃料、饲草料、工业造纸和还田沤肥等以外，仍有2亿t左右的秸秆白白浪费，相当于1亿t标煤。开展村镇农林废弃物直燃发电技术研究和开发并建设示范项目，对生物质能源的再利用、改善乡村环境、增加农民收入、减轻一次能源的消耗具有重要的战略意义。图3-6 农林废弃物直燃发电电厂工艺流程图农林废弃物直燃发电简单地说是把、树枝、树皮等废弃物直接燃烧产生高温高压蒸汽，再通过汽轮机转化为电能的过程。主要包括生物质燃料标准化成型集储系统、连续化燃料稳定输送上料系统、锅炉燃烧及辅机系统、汽轮发电机系统、并网系统等组成。直燃发电是农林剩余物消耗量最大、最直接、最容易规模化和工业化的一种能源利用方式，在我国是一项新兴产业，开展生物质直燃发电工程技术研究也是热点。农林废弃物直燃发电系统主要由汽轮发电机、燃烧炉、送料器、送料带、洗尘池等组成。特点是送料器从燃烧炉底部送料，燃料经一次燃烧、二次燃烧和喷水加速传递热量从而实现向热能的充分转化，并以蒸汽形式驱动汽轮发电机发电。系统可连续进料及发电，能够高效率、大规模地处理、树皮等多种废弃生物质资源。农林废弃物直燃发电系统的关键环节包括：（1)高效、简洁的燃料收运储模式目前我国正在运行的直接燃烧农林废弃物的发电项目。就是将秸秆、树枝、树皮等原料打包或粉碎处理后直接燃烧。因为压缩比例小，多数原料的收集半径在50km范围内，发电厂装机容量一般不超过30MW。从以往的经验来看，燃料的收集、储存和运送是电厂运行的瓶颈，也是电厂能否盈利的关键。建立高效、简洁的燃料收运储模式，就需要摸索出适合我国国情的收购模式，找到高效服务于农林废弃物发电的途径，打通秸秆、木片等从中国农村的田间地头、林场到工业化锅炉的通道。研究建立高效、简洁的燃料收运储模式，才能实现秸秆等燃料收购体系的有效控制。与此同时，还需要研制适合锅炉上料标准的各类相关机械设备，主要包括：打包机、切碎机、起吊设备、运输、传送设备等。（2)农林废弃物发电主设备引进、消化吸收国际最先进的生物质能发电锅炉技术，完成设备国产化。农林废弃物发电中燃料的储藏、给料系统、除灰渣系统、燃烧系统、锅炉水冷壁与过热器钢材均比较特殊，需要加大研究力度。先进的生物质能发电技术，其自动控制及自动化产品研发主要是集成一些国际著名企业的过程控制自动化系统，在生产过程控制流程上做二次开发。研制农林废弃物发电厂综合自动化系统，通过功能整合，信息共享，实现农林废弃物发电厂综合管理控制一体化。（3)生物质电厂产业链标准化研究实现设计和设备选型标准化，以及将来的电厂运行标准化（包括软件等）。逐步建立电厂设计标准、建设标准、运行标准、经营管理标准、燃料消防、处理、存储标准。当前已在建设中的农林废弃物发电厂受燃料供应半径的限制，多采用直燃式的30MW机组，在电厂布点多，工期要求紧的情况下，必须推行农林废弃物发电厂设计、施工、运行的样板化和标准化。实施标准化战略和集约化采购，实现设计和设备选型标准化，缩短项目建设周期，降低工程造价。实现项目设计、招标、建设的规范化、标准化、批量化。在电厂运行过程中，对电厂岗位配置、运行规程实施标准化，降低运营成本，提高项目盈利能力。（4)生物质燃料检测标准对燃料品质的检验是燃料利用的基础。对于发电锅炉，由于安全和提高燃烧效率等方面的考虑，在燃料入炉前更需要了解燃料的品质。考虑到具体情况、电厂的需要以及今后国内的需要，应该尽快通过大量的研究试验，建立准确可靠的生物质燃料检验方法。需要制定检测标准，第一阶段制定标准的项目包括：含水量、燃料制样、发热量、工业分析、元素分析、硫、氯、灰成分；第二阶段制定标准的项目包括：汞、铬、铅等的测定标准。（5)CDM项目研究对清洁发展机制(Clean Development Mechanism)国内外学术动态和业务进展进行跟踪和研究，探索二氧化碳减排量计算方式和出口途径。（6)研究生物质燃料深加工业务世界范围内，生物质能应用的瓶颈主要是原料储运、压缩成本过高。利用把生物质能原料压缩成高密度的成型燃料，可以有效解决燃料的采集、存储、运输问题。只要能有效控制降低成本，就能解决生物质能源替代煤的经济性和实用性问题，从而建设超过100MW的大装机容量生物质能发电机组。因此，加强生物质能燃料颗粒压缩技术的研究，加强生物质能压缩颗粒燃料在生物质能发电中掺烧技术的研究，提高其燃烧的效率，将可以大大加快生物质能发电事业的发展步伐。研究重点是农林废弃物燃料各种颗粒成型技术，研发一种简单、低成本的生物质能燃料颗粒压缩技术，解决生物质能源替代煤的经济性和实用性问题。研究压缩颗粒燃料的燃烧特性及生物特性，根据其特性探索压缩颗粒燃料的储运和调度机制，有效解决燃料的采集、存储、运输问题。第3.5节 循环流化床生物质直燃发电技术作为生物质直燃发电电厂三大主机之一，生物质锅炉是整个电厂最关键的一环，也是电厂的技术核心所在。对于秸秆类的生物质燃料，和常规化石燃料相比差异明显：挥发份的析出燃烧和半焦的燃烧动力学相差较大，能量密度、物理性质和流动规律不同；更为特殊的是秸秆类生物质通常含有较多的钾、氯等无机杂质，在燃烧中容易引发结渣、沉积、受热面高温腐蚀等碱金属问题。为保证电厂高效、稳定地运行，生物质锅炉必须要适应生物质燃料的上述特点，因而在设计和制造过程中有比较高的技术要求。从秸秆发电产业发展的角度来说，拥有