生物質(zhì)燃燒煙氣排放特性與污染物控制

溫偉平

摘要：生物質(zhì)燃料的合理選擇、進(jìn)料系統(tǒng)以及供風(fēng)系統(tǒng)的合理設(shè)置能有效減少煙氣污染物的排放，保證生物質(zhì)的高效燃燒環(huán)保利用，從而促進(jìn)生物質(zhì)鍋爐及燃燒器的實(shí)際運(yùn)行。綜合考量各個(gè)控制參數(shù)在煙氣污染物排放中的影響，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究確定最優(yōu)的燃燒工況參數(shù)，使煙氣污染物超低排放，能有效促進(jìn)生物質(zhì)鍋爐及燃燒器的推廣應(yīng)用。鑒于此，本文主要分析生物質(zhì)燃燒煙氣排放特性與污染物控制。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃燒；煙氣排放；污染物

中圖分類號(hào)：S216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1、概述

生物質(zhì)成型燃料具有儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用方便及環(huán)保等特點(diǎn)，是備受市場(chǎng)用戶歡迎的固體燃料?，F(xiàn)階段，我國(guó)仍未形成國(guó)家統(tǒng)一的生物質(zhì)成型燃料配套鍋爐技術(shù)規(guī)范，生物質(zhì)成型燃料及其燃用設(shè)備的生產(chǎn)、使用、監(jiān)管過(guò)程沒有統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)，不少在用生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備由燃煤鍋爐改裝而來(lái)，部分用能單位為節(jié)約成本仍偷偷燃煤。然而，生物質(zhì)成型燃料和燃煤的物理化學(xué)特性存在明顯差異，導(dǎo)致燃燒設(shè)備在受熱面布置、配風(fēng)配料、環(huán)保裝置配置等方面工況不合理或惡化，使得燃燒效率低，煙氣排放濃度高。

為促進(jìn)生物質(zhì)能源開發(fā)利用，中央部委層面明確支持生物質(zhì)成型燃料替代燃煤、燃重油項(xiàng)目的建設(shè)，有效調(diào)動(dòng)研發(fā)機(jī)構(gòu)、企業(yè)和用能終端用戶從事生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的積極性。然而，我國(guó)生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，產(chǎn)業(yè)鏈不健全，政策導(dǎo)向滯后，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完整，區(qū)域發(fā)展失衡，生物質(zhì)成型燃料推廣、應(yīng)用受到制約。以上制約因素均源于當(dāng)前對(duì)生物質(zhì)成型燃料燃燒和排放特性的了解不夠充分，導(dǎo)致各地環(huán)保、規(guī)劃等部門對(duì)生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)度不一致，甚至有不少地區(qū)未將生物質(zhì)成型燃料納入清潔利用燃料范疇，即從規(guī)劃上就排除其使用。因此，掌握生物質(zhì)成型燃料燃用過(guò)程的真實(shí)情況，提出合理、科學(xué)、規(guī)范使用生物質(zhì)成型燃料的對(duì)策建議，為企業(yè)、研究單位制定統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)以及各級(jí)政府部門出臺(tái)相應(yīng)發(fā)展政策和指導(dǎo)意見提供參考，對(duì)充分合理使用生物質(zhì)成型燃料，改善我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

2、生物質(zhì)燃料性質(zhì)對(duì)煙氣污染物排放的影響

2.1、不同種類生物質(zhì)燃料的影響

不同種類的生物質(zhì)燃料直接影響煙氣污染物的排放量。左朋萊等在生物質(zhì)成型燃料鍋爐中分別燃燒木屑、花生殼、棉花稈以及玉米稈，結(jié)果表明玉米稈成型燃料燃燒后的煙塵排放量最高，達(dá)到369.8mgNm3，花生殼成型燃料燃燒后的煙塵排放量最低，僅為99mgNm3。關(guān)于CO排放量，在空氣流速3Lmin、爐溫800℃燃燒情況下，竹基成型燃料燃燒排放的CO濃度遠(yuǎn)大于木基成型燃料。玉米稈揮發(fā)分少，灰分含量多，結(jié)渣嚴(yán)重，導(dǎo)致局部混合氣體濃度較大，形成缺氧燃燒環(huán)境，而木質(zhì)顆粒松散不易結(jié)渣，故在相同的流速與進(jìn)料速率下，玉米稈顆粒CO的排放量>棉稈顆粒CO的排放量>木質(zhì)顆粒CO的排放量。在流化床中以相同實(shí)驗(yàn)條件燃燒桉樹和松樹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)松樹生成的CO含量更少。

2.2、生物質(zhì)燃料特性參數(shù)的影響

生物質(zhì)燃料的性能參數(shù)如密度、含水率、顆粒大小和熱值等都會(huì)對(duì)煙氣排放產(chǎn)生較大影響。成型燃料致密性高，表面揮發(fā)分首先析出，然后內(nèi)部揮發(fā)分緩慢釋放，形成穩(wěn)定的燃燒環(huán)境，所以一般使用壓縮成型的顆粒燃料燃燒比生物質(zhì)原料燃燒更加穩(wěn)定。當(dāng)生物質(zhì)成型燃料尺寸增加時(shí)，燃料不充分燃燒現(xiàn)象更加明顯，

CO排放量上升。高熱值的燃料生成更多的NOx氣體，因?yàn)槠淙紵筛嗟臒崃繌亩呷紵郎囟?，同時(shí)增加了燃?xì)馀c空氣的混合時(shí)間。Vi-cente ED 等研究發(fā)現(xiàn)顆粒物的排放主要受燃料性質(zhì)和燃燒工況的影響，高含水率燃料、低過(guò)量空氣系數(shù)、燃燒器設(shè)計(jì)缺陷等都會(huì)造成顆粒物質(zhì)量濃度的增加。

3、生物質(zhì)煙氣污染物排放控制對(duì)策

3.1、制定并完善生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

目前我國(guó)缺乏統(tǒng)一的生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，雖然全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，但現(xiàn)階段僅北京、廣東等個(gè)別省份制定了相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)，而制定的地方標(biāo)準(zhǔn)中S、N、Cl等指標(biāo)與瑞典、德國(guó)等國(guó)家相比較為寬松，且未對(duì)重金屬含量進(jìn)行限值，而德國(guó)木質(zhì)成型燃料標(biāo)準(zhǔn)DIN51713中對(duì)于砷、鈣、鉻、銅、汞、鉛、鋅等元素含量都作了較為詳細(xì)的要求。因此為了減少生物質(zhì)燃燒污染物的排放，必須從源頭上加以把關(guān)，制定嚴(yán)格的生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)控生物質(zhì)燃料中S、Cl、N、重金屬等的含量，從源頭上減少污染物的排放。

3.2、推廣應(yīng)用專門的生物質(zhì)鍋爐

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大部分工業(yè)企業(yè)使用的生物質(zhì)鍋爐都是在原有燃煤鍋爐基礎(chǔ)上改造而來(lái)，設(shè)備較為簡(jiǎn)陋，燃燒不穩(wěn)定且燃燒溫度不高，幾乎未配備低氮燃燒器，使得燃燒排放的污染物種類多、濃度高。因此為了推廣生物質(zhì)燃料減少污染物的排放，必須配套使用專門的生物質(zhì)鍋爐，可從燃燒過(guò)程中減少污染物的排放。

3.3、制定生物質(zhì)鍋爐燃燒煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段，我國(guó)生物質(zhì)鍋爐燃燒煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)參照《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271-2014）中燃煤鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。由于生物質(zhì)燃料和煤在物理化學(xué)組成、燃燒特性等方面存在明顯不同，燃燒產(chǎn)生的污染物種類、濃度也存在較大差異，如生物質(zhì)鍋爐燃燒SO2濃度低，但VOCs 等排放濃度高。因此，隨著我國(guó)生物質(zhì)燃料應(yīng)用范圍的擴(kuò)大、使用量的增加，有必要制定專門的生物質(zhì)鍋爐燃燒煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各污染物排放濃度進(jìn)行嚴(yán)格限值。

3.4、建設(shè)完備的煙氣污染控制設(shè)施

由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)燃燒排放的煙氣污染物種類較多、濃度較高，尤其是NOx、VOCs的排放濃度較高，而單純依靠生物質(zhì)鍋爐燃燒過(guò)程控制無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，因此需要建設(shè)較為完備的煙氣污染控制設(shè)施，可參照現(xiàn)有工業(yè)燃煤鍋爐煙氣污染治理方法，采用“布袋除塵+SNCR脫硝+濕法除酸”的污染治理技術(shù)路線。但針對(duì)VOCs的去除國(guó)內(nèi)尚缺乏經(jīng)濟(jì)、高效的治理技術(shù)，仍需加強(qiáng)研究，而與濕法脫硫設(shè)施相結(jié)合的液體吸收法具有較好應(yīng)用前景，可作為技術(shù)研究的一個(gè)方向。

3.4、高效潔凈燃用技術(shù)路線

隨著國(guó)家環(huán)保政策日益趨嚴(yán)和社會(huì)對(duì)環(huán)境關(guān)注度的持續(xù)提高，我國(guó)以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將于“十三五”迎來(lái)重大改變，生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)也將形成空前絕后的發(fā)展規(guī)模。然而，生物質(zhì)成型燃料高效潔凈燃用與燃料性質(zhì)、燃用設(shè)備、燃燒方式、污染物控制技術(shù)及其要求等都有一定的關(guān)系，完全照搬工業(yè)燃煤鍋爐或國(guó)外技術(shù)不一定適合我國(guó)國(guó)情。規(guī)模化的生物質(zhì)成型燃料燃用及其產(chǎn)業(yè)化需考慮各地資源分布、發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境、燃用設(shè)備技術(shù)規(guī)范及排放標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題。本節(jié)根據(jù)生物質(zhì)成型燃用存在問(wèn)題，沿著“市場(chǎng)需求→產(chǎn)業(yè)目標(biāo)→技術(shù)壁壘→研發(fā)需求”路線，初步繪制相應(yīng)的技術(shù)路線圖，定性描述生物質(zhì)成型燃料高效潔凈燃用的中長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，目的是為企業(yè)提供近期、中期和長(zhǎng)期的技術(shù)引導(dǎo)和支持，為政府提供決策依據(jù)。

總之，針對(duì)生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中涉及的高效潔凈燃燒問(wèn)題，以木基和竹基成型燃料為研究對(duì)象，通過(guò)熱重實(shí)驗(yàn)和管式爐燃燒實(shí)驗(yàn)分別研究其熱解燃燒特性及煙氣排放規(guī)律，針對(duì)生物質(zhì)鍋爐煙氣污染物的排放，需要采用源頭控制、過(guò)程控制和末端控制等綜合措施進(jìn)行有效防治。因此，本文的研究業(yè)也就顯得十分的有意義。

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