混合成型生物質(zhì)燃料的探索

陳盛彬

在大范圍霧霾天氣的情況下，國(guó)家制定了《高污染燃料目錄》，對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行了限制，成型生物質(zhì)鍋爐的改造，不僅增加了中小型企業(yè)運(yùn)行的成本，氮氧化物的控制難度也大大增加，本研究針對(duì)當(dāng)前我國(guó)清潔能源發(fā)展存在的障礙，通過各種燃料和脫硫藥劑的混合配比，有效降低了二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOX）污染物的產(chǎn)生。 依據(jù)定量分析結(jié)論，對(duì)清潔能源提出了相關(guān)對(duì)策建議，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與保護(hù)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

背景

燃煤鍋爐的危害，我國(guó)在運(yùn)行的10t/h以下小煤爐大概占工業(yè)鍋爐總?cè)萘康?0%，數(shù)量多達(dá)數(shù)十萬臺(tái)，小型燃煤鍋爐由于使用者多為小單位，出于對(duì)運(yùn)營(yíng)成本的考慮，往往使用劣質(zhì)煤，并且二氧化硫處理不到位，甚至直接排放。由于劣質(zhì)煤含硫量高，且處理不到位的煙氣含有大量二氧化硫，是造成現(xiàn)在大范圍霧霾天氣的很重要的原因之一。各地出臺(tái)政策，淘汰小型燃煤鍋爐。

近年來，我國(guó)部分城市在燃煤鍋爐改造過程中，由于天然氣等清潔能源的供應(yīng)和成本問題，開始選擇使用生物質(zhì)成型燃料來替代煤炭，且使用量在不斷增加。但在當(dāng)前生物質(zhì)成型燃料工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，缺乏設(shè)備、產(chǎn)品、工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的情況下，用生物質(zhì)成型燃料還存在不少問題，成本約為燃燒煤的2倍，解決了二氧化硫問題又產(chǎn)生了氨氮化物的污染。

因天然氣鍋爐使用比燃煤鍋爐高出好幾倍，且供氣不穩(wěn)定、安全生產(chǎn)等原因，大多數(shù)中小企業(yè)放棄了燃?xì)忮仩t的改造。

環(huán)境保護(hù)部會(huì)同國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布的 《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和 《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》（環(huán)境保護(hù)部公告〔2013〕年第14號(hào)）對(duì)污染物排放提出了新的要求，為改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，根據(jù)全國(guó)人大常委會(huì)2015年8月29日修訂通過的《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》第三十八條規(guī)定，環(huán)境保護(hù)部近日印發(fā)《高污染燃料目錄》。如何在不違反政策的情況下，選擇一種混合燃料，既不違反政策，又有效地保護(hù)好環(huán)境。

分析污染物產(chǎn)生的原因

1.二氧化硫產(chǎn)生的主要成因

煤炭中的硫燃燒時(shí)，與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生 SO2和 SO3，主要是 SO2，SO3微小。

2.氮氧化物的成因

燃燒時(shí)，空氣中的氧與氮原子反應(yīng)生成NO，NO在大氣中被氧化為毒性更大的NO2。在燃燒過程中，NOX的生成量與燃燒方式特別是燃燒溫度和過量空氣系數(shù)等密切相關(guān)。這種燃料中NO2經(jīng)熱分解和氧化反應(yīng)而生成的成為燃料型NOX燃燒產(chǎn)生的NOX中，75%～95%是燃料型NOX。另外NOX空氣中的N2與O2在高溫條件下反應(yīng)生成NOX。溫度對(duì)熱力型NOX的生成具有決定性作用。隨著溫度的升高，熱力型NOX的生成速度迅速增大。以煤粉爐為例，在燃燒溫度為1350℃時(shí)，幾乎100%生成燃料型NOX。但是當(dāng)溫度升高至1600℃時(shí)，熱力型NOX可占爐內(nèi)NOX總量的25%～35%。除了反應(yīng)溫度外，熱力型NOX的生成還與N2的濃度及停留時(shí)間有關(guān)。[1]

混和成型生物質(zhì)燃料的探索

1.混合燃料設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）含硫率低，含煤中含硫約1%對(duì)空氣約產(chǎn)生2000mg/m3的SO2，降低混合型生物質(zhì)燃料需控制其含硫率。

（2）降低燃燒溫度。純生物質(zhì)燃燒快，溫度提升快，減少氮氧化物的產(chǎn)生。

（3）熱值高，通過不同的配比，選擇熱值較高的混合成型生物質(zhì)。

（4）遵守《高污染燃料目錄》規(guī)定，后續(xù)廢氣處理簡(jiǎn)易，廢氣達(dá)標(biāo)排放。

（5）經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，有利于中小型企業(yè)的發(fā)展。

2.混合燃料的配比分析

混合燃料的指標(biāo)

3.混合燃料的選擇及使用

根據(jù) 《高污染燃料目錄》單臺(tái)出力小于20蒸噸/小時(shí)的鍋爐和民用燃煤設(shè)備燃用的含硫量大于0.5%、灰分大于 10%的煤炭及其制品（其中，型煤、焦炭、蘭炭的組分含量大于表2中規(guī)定的限值）。淘汰含煤量30%以上的混合燃料。在含煤量30%的范圍內(nèi)選擇熱值高的新型混合成型生物質(zhì)燃料。即選擇3#（30%煤+10%脫硫藥劑+生物質(zhì)）。

4.使用監(jiān)測(cè)情況對(duì)比

注：煤、生物質(zhì)及新型混合成型生物質(zhì)在DZG2-1.25-S鍋爐燃料，廢氣經(jīng)水膜除塵后通過15m高度的煙囪排放。

表1 DZG2-1.25-S鍋爐使用燃煤監(jiān)測(cè)情況（含氧量15.6）

表2 DZG2-1.25-S鍋爐使用生物質(zhì)燃料監(jiān)測(cè)情況（含氧量17）

表3 DZG2-1.25-S鍋爐使用混合成型生物質(zhì)燃料監(jiān)測(cè)情況（含氧15）

通過三種不同燃料的使用，對(duì)產(chǎn)生的廢氣排放進(jìn)行分析，混合成型生物質(zhì)燃料與煤相比，極大地降低了二氧化硫的濃度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2014）中表3排放標(biāo)準(zhǔn)；提高了原有成型生物質(zhì)熱值，降低了產(chǎn)能單耗，節(jié)約了中小企業(yè)的生產(chǎn)成本；同時(shí)，混合成型生物質(zhì)燃料與成型生物質(zhì)相比，極大地降低了氮氧化物的濃度，雖然略微超過《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2014）中表 3排放標(biāo)準(zhǔn)，但是通過鍋爐爐型的改造及溫度的控制，降低爐內(nèi)的空氣系數(shù)，減少熱力型NOX的產(chǎn)生等措施，使得混合成型生物質(zhì)燃料成為中小企業(yè)的另一種選擇。