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循环流化床生物质燃烧发电技术

浙江大学热能工程研究所

二零零九年六月

一、前言

随着人们对环境以及能源利用等方面的日益关注，人们深刻认识到石油、煤、

天然气等化石能源的资源有限性和环境污染问题。而生物质作为一项可再生的清

洁能源体现了很大的优越性，它的CO中性，低SOx，低NOx排放的性质，使

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得对生物质的能源化利用的研究也越来越多。我国是一个农业大国,同时又是一

个人口大国，有13亿多人口,绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。我国的经济

迅速发展，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生

产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源

系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

生物质能的研究开发,主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类。涉及

到气化、液化、热解、固化，直接燃烧等技术。而直接燃烧是一种最常用的、直

接的和商业可行的从生物质中提取能量的方式。从供能植物到农业渣滓和废弃材

料，燃烧系统几乎利用了各种形式的生物燃料。

通常对于固体燃料，可供选择的燃烧方式主要有三种，即以煤粉炉为代表的

悬浮燃烧、炉排炉为代表的层燃燃烧和以循环流化床锅炉为代表的流态化燃烧。

三种燃烧方式各有特点，也有不同的适用范围。

图1丹麦振动炉排秸秆燃烧炉

由于能量密度小，秸秆等生物质原料的输送和贮存成本较高。以生物质为

燃料的应用一般限于较小规模。较大规模的生物质燃烧发电工程主要集中在欧美

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等一些发达地区，但是由于资源情况的不同，这些燃烧利用工程中大多数以木质

类原料如枝条、木片、废弃木材等为主要燃料，仅仅有小部分掺烧部分的农作物

秸秆等，而且秸秆的比例往往不高。目前全球范围内较大规模的单一秸秆燃烧技

术以北欧的丹麦为代表，丹麦由于国内资源特点和对能源供应可持续性的深刻认

识，很早就开始了秸秆大规模燃烧方面的开发和应用。1986年丹麦议会就通过

法令鼓励生物质燃料热电厂的发展，目前，丹麦已建成100多家秸秆发电厂，秸

秆发电量占全国总发电量的24%。这批秸秆热电站规模不同，但共同点是设计燃

料为麦秆，燃料运输和贮存采用标准的捆包形式，燃烧系统为振动炉排炉，进料

采用秸秆捆直接推入炉膛的“雪茄式”燃烧，或者采用先将秸秆捆分散破碎然后

给入炉排上方的方式（图1）。丹麦的秸秆发电系统采用这种相对单一的燃烧方

式一方面是由秸秆燃料的燃烧特性决定的，但更重要的是由于丹麦拥有在长期实

践中摸索出来的一整套完善的秸秆收割、打包、运输、贮存工艺和设备。这套流

程实现了从秸秆采收开始到最后入炉所有环节的全机械操作，其突出的特点是标

准化和高生产率。正是由于拥有了这样的秸秆处理体系加上合理的市场化采购制

度，才保证了丹麦的秸秆燃烧发电工程得以迅速发展。

但是，以丹麦为代表的秸秆直接燃料技术还是存在一些局限。首先，从燃

烧角度看，振动炉排锅炉是典型的层燃燃烧，适合于燃烧单一稳定的燃料，在燃

料适应性方面的潜力有限，燃料品种、燃料物理性质、燃烧性质方面的些许变动

就可能造成锅炉工作效率下降甚至危害正常运行。炉排炉对燃料的这种要求在丹

麦国内秸秆供应品种单一，秸秆收集、预处理过程高度标准化的情况下并没有太

大问题，但是对于我国情况有所不同，确保燃料供应品种和品质的稳定，特别是

对秸秆这种易受气候、地域、采集、运输和人为因素影响的燃料，是一项非常具

有挑战性的工作。

其次，秸秆作为燃料的特殊性突出体现在碱金属和氯引发的受热面沉积、结

渣和高温腐蚀等方面。由于秸秆中含有高浓度的钾，秸秆燃烧后产生的灰渣熔点

很低，在高温燃烧中容易在受热面上生成难以去除的融渣，增加传热阻力并造成

烟气流通截面堵塞。同时含氯的秸秆燃烧中受热面上容易在高温环境下生成对金

属有腐蚀作用的沉积物，特别是在金属温度较高时（高于520℃），温度越高腐

蚀速度越快。秸秆锅炉为了避免上述问题，大多采取限制过热器最高温度的办法，

或者在设计上特别考虑了易于更换受腐蚀管束的过热器和炉顶结构。尽管通过一

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系列的针对性研究和长期的实践经验积累，