應(yīng)用生物質(zhì)鍋爐解決偏遠(yuǎn)地區(qū)單位供暖問題

張宇峰

（中國鐵路太原局集團(tuán)公司物資管理處，山西太原 030013）

0 引言

鐵路作為我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要基礎(chǔ)性設(shè)施和大眾化的交通工具，是國家交通運(yùn)輸體系中的骨干。鐵路行業(yè)規(guī)模龐大，在現(xiàn)有的營業(yè)里程線上，有數(shù)千個車站及數(shù)量眾多的運(yùn)輸、維修、生產(chǎn)單位遍布全國各地，這些單位大多沿用傳統(tǒng)鍋爐用于生產(chǎn)供氣、供暖和供生活熱水。

1 供熱設(shè)備現(xiàn)狀

1.1 燃煤鍋爐數(shù)量不斷減少

2017年山西省環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)排名全國倒數(shù)第一，二氧化硫濃度全國最高。據(jù)山西省人民政府辦公廳公布的2017年大氣質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年采暖期內(nèi)，全省環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)、細(xì)顆粒物（PM2.5）平均濃度均有上升，僅 1-3月的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到47.6%，55%和72.8%，燃煤鍋爐排放物成為影響大氣質(zhì)量的主要污染源。2018年1-7月，空氣質(zhì)量最差的20個城市中，山西占了7個。山西省每年冬季取暖燃燒1500萬t散煤，1 t散煤燃燒產(chǎn)生的污染物相當(dāng)于15 t超低排放電廠燃煤排放，全省每年冬季燃燒的散煤就相當(dāng)于2.25億t電廠燃煤排放。

1.2 清潔能源鍋爐比重逐年增加

2017年，中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司共新增空氣源熱泵設(shè)備79處，供熱面積111 854 m2；新增15臺電鍋爐，供熱面積18 000 m2。對目前尚無法替代的燃煤鍋爐采取提高燃煤品質(zhì)、安裝高效脫硫和除塵裝置、以及強(qiáng)化在線監(jiān)測的手段，全部達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司管轄大西高鐵、石太客專、大秦等16條干線，以及曹西、東港、京唐港等12條支線，路網(wǎng)縱貫三晉南北，橫跨晉冀京津兩省兩市，營業(yè)里程4460 km。由于各地方政府對煙塵排放執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)和推行新型鍋爐的時間節(jié)點(diǎn)也不相同，中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司因地制宜，采取多種措施全力推進(jìn)清潔能源改造工作，確保供暖設(shè)備符合各屬地規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

2017年，中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司共投資5193萬元人民幣用于供暖系統(tǒng)建設(shè)，電力增容費(fèi)804.3萬元人民幣，為供暖系統(tǒng)建設(shè)提供了良好的電力基礎(chǔ)；還投資1658萬元人民幣，增設(shè)生物質(zhì)鍋爐35臺，為下一步提高清潔供暖比例做好準(zhǔn)備工作。

1.3 鐵路沿線鍋爐分布情況

中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司的鍋爐大部分在城市建成區(qū)內(nèi)，但由于鐵路線路管轄里程達(dá)8682.05 km，鐵路沿線一些車間班組坐落在偏僻的山區(qū)，站區(qū)房屋由供電、工務(wù)、車務(wù)等不同的單位組成，房屋之間相距較遠(yuǎn)，不僅交通不便，也為供暖系統(tǒng)建設(shè)提出更高的要求。就房建系統(tǒng)而言，沿線共有各種鍋爐118臺，其中，燃煤鍋爐57臺，生物質(zhì)鍋爐26臺，燃?xì)忮仩t33臺，電鍋爐1臺，燃油鍋爐1臺。針對偏遠(yuǎn)地區(qū)辦公房屋零散分布的情況，在現(xiàn)有條件下，建議采用生物質(zhì)鍋爐取暖，一方面解決邊遠(yuǎn)地區(qū)房屋供暖問題，一方面提高了清潔供暖比例。

2 常見鍋爐類型之間的比較

2.1 前期投入成本

目前使用的鍋爐種類主要有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐、地源熱泵和生物質(zhì)鍋爐。前期投入成本主要包括購置、安裝、配套設(shè)施、電力增容等費(fèi)用。以發(fā)熱量為0.7 MW的常壓熱水鍋爐為例，幾種類型鍋爐的投資成本分析見表1。

由表1可以看出，天然氣鍋爐設(shè)備及安裝初投資最低，但由于天燃?xì)饨尤胭M(fèi)用無法確定，結(jié)合太原局2017年清潔能源改造實際情況，該項費(fèi)用在初投資中所占比重較大，甚至超過設(shè)備投資。故總體來看燃油鍋爐、生物質(zhì)燃料鍋爐初投資較低。

2.2 鐵路沿線偏遠(yuǎn)地區(qū)冬季供暖能源現(xiàn)狀特點(diǎn)

（1）天然氣接入困難。多數(shù)鐵路站區(qū)遠(yuǎn)離城區(qū)，且遠(yuǎn)離燃?xì)夤芫€或無燃?xì)夤芫€通過，造成天然氣接入困難。

（2）電力增容困難。鐵路沿線站區(qū)供電主要來自10 kV配電所，配電所設(shè)置遠(yuǎn)離站區(qū)。且對于供暖面積在3000 m2以上的多數(shù)站區(qū)，使用空氣源熱泵機(jī)組或電鍋爐，用電量較大，均在200 kW以上，站區(qū)配電所很難滿足。而利用地方電源需經(jīng)過實際測算，同樣面臨供電距離遠(yuǎn)、用電量大的現(xiàn)狀，造成電力增容費(fèi)用巨大。

（3）燃油成本過高。由運(yùn)行成本分析比較看出，燃油鍋爐運(yùn)行成本最高，是燃煤鍋爐運(yùn)行成本的3倍。

（4）空氣源熱泵適用范圍受限?？諝庠礋岜米鳛橐环N新型節(jié)能環(huán)保供暖設(shè)備，與傳統(tǒng)的電加熱或燃煤、燃?xì)忮仩t相比，可以節(jié)省75%的能量。但在冬季氣溫較低的寒冷地區(qū)，空氣源熱泵普遍存在制熱量不足、結(jié)霜嚴(yán)重的問題，特別是在室外氣溫低于-20℃，機(jī)組無法啟動。太原局大同地區(qū)曾安裝過幾臺空氣源熱泵機(jī)組，由于大同地區(qū)冬季平均氣溫-16℃，最冷時達(dá)到-25℃，空氣源熱泵機(jī)組運(yùn)行效果很不理想。

3 生物質(zhì)鍋爐的優(yōu)勢及應(yīng)用

3.1 生物質(zhì)燃料

表1 幾種鍋爐的投資成本分析

（1）秸稈、稻殼、花生殼、玉米芯、鋸末、木屑等農(nóng)作物廢棄物都是具有一定能量的生物質(zhì)燃料，可通過采用擠壓成型技術(shù)，將形狀、尺寸、種類不一有各類廢棄物制作成規(guī)格統(tǒng)一、密度較大的固體燃料。生物質(zhì)顆粒的直徑一般在（6～10）mm，長度為其直徑的4～5倍。在制作過程中，主要是以壓縮變化為主，其中的元素組成和微觀結(jié)構(gòu)與原來的生物質(zhì)基本相同，但密度可達(dá)（1.1～1.4）t/m3，能量密度可達(dá)到中質(zhì)煤水平，而且便于運(yùn)輸和貯存。

（2）生物質(zhì)燃料具有燃點(diǎn)低、熱值高、燃燒排放環(huán)保的特點(diǎn)。我國生物質(zhì)能富集區(qū)常見的各種生物質(zhì)燃料熱值在（17 580～20 092）kJ/kg，生物質(zhì)燃料中碳含量集中在35%～42%，氫含量較低，為3.8%～5%，而造成主要污染物的氮含量不到0.5%，硫的含量不到0.07%。

（3）生物質(zhì)能源除具有綠色、低碳、清潔的優(yōu)點(diǎn)外，還具有可再生能源特點(diǎn)。歐洲在使用生物質(zhì)能源方面有一些值得我國可借鑒的東西，特別是北歐國家特別注重環(huán)保，生物質(zhì)成型燃料消費(fèi)量占全球的一半以上，其中瑞典生物質(zhì)成型燃料供熱約占該國供熱能源消費(fèi)總量的70%。不僅保護(hù)了環(huán)境，還為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展的商機(jī)。

3.2 生物質(zhì)鍋爐

（1）生物質(zhì)鍋爐是指以生物質(zhì)能源作為燃料的鍋爐，現(xiàn)在大多指將固體生物質(zhì)顆粒作為燃料直接燃燒的鍋爐，目前市場上有多種型號生物質(zhì)鍋爐，按燃料品種可分為木質(zhì)顆粒鍋爐和秸稈顆粒鍋爐，按應(yīng)用場合可分為家用型和商用型。主要用于家庭和公共場所的熱水、洗浴和取暖。

生物質(zhì)鍋爐由于燃料為生物質(zhì)燃料且結(jié)構(gòu)合理，燃料點(diǎn)火容易、升火較快，通過技術(shù)手段解決封火消耗，能迅速形成高溫區(qū)，鍋爐煙塵排放的原始濃度低，基本達(dá)到無煙化完全燃燒的效果，不會冒黑煙，燃料利用率得到提高，鍋爐出力基本達(dá)到或甚至超過一般燃煤狀態(tài)時的水平，具有較好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。

（2）生物質(zhì)鍋爐的優(yōu)點(diǎn)。生物質(zhì)鍋爐燃燒充分，燃燒效率高。近年來，生物質(zhì)鍋爐在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有了許多合理的改進(jìn)，相對傳統(tǒng)燃煤鍋爐爐膛空間較大，高溫?zé)煔庠跔t膛內(nèi)保持著穩(wěn)定燃燒有狀態(tài)，利用往復(fù)爐排，同時布置非常合理的二次風(fēng)，煙氣停留時間長，有利于生物質(zhì)燃料燃燒充分。煤的燃燒效率一般為70%左右，而生物質(zhì)燃料的燃燒效率可達(dá)90%。

生物質(zhì)鍋爐自動化程度高：目前，生物質(zhì)鍋爐大多采用數(shù)字集成控制器，可按用戶設(shè)定自動控制燃燒工況，操作簡單方便，自動點(diǎn)火，自動上料，自動清灰，減少工人的勞動強(qiáng)度，極大改善勞動環(huán)境。同時，生物質(zhì)鍋爐的爐型設(shè)計，燃料不易結(jié)焦，減少了鍋爐損耗，延長鍋爐使用壽命。

3.3 生物質(zhì)鍋爐改造技術(shù)

（1）生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)。生物質(zhì)燃料是一種可再生的能源，具有產(chǎn)量巨大、分布廣泛、低硫、低氮、生長快、二氧化碳排放低的特點(diǎn)。生物質(zhì)燃料燃燒主要由3個條件控制：①一定的溫度；② 一定量的空氣（氧氣）；③燃料與空氣（氧氣）的混合程度。

（2）鍋爐改造方案。經(jīng)太原局部分生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行實際測試及改造經(jīng)驗，要提高燃燒效率，應(yīng)根據(jù)生物質(zhì)燃燒階段性特點(diǎn)，需適時加大鍋爐鼓風(fēng)量，側(cè)部安裝二次送風(fēng)設(shè)備和風(fēng)管，及時、合理、有效補(bǔ)入二次風(fēng)量，并安裝與除塵系統(tǒng)相匹配的引風(fēng)機(jī)，適當(dāng)增加引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量，確保鍋爐系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

3.4 生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行時的注意事項

生物質(zhì)鍋爐相對于傳統(tǒng)鍋爐，具有更為復(fù)雜的燃料結(jié)構(gòu)。根據(jù)國內(nèi)外生物質(zhì)鍋爐使用經(jīng)驗來看，還存在的諸多問題，比如生物質(zhì)燃料水分大、密度高、揮發(fā)分溢出速度慢，不易著火燃燒，容易冒黑煙。

所以為了保證鍋爐燃燒正常運(yùn)行，在運(yùn)行時須注意根據(jù)鍋爐運(yùn)行時實際燃料的消耗量調(diào)整上料機(jī)的燃料供給量。高溫裂解室內(nèi)（爐膛內(nèi)）燃料未燃盡，鼓、引風(fēng)機(jī)不得停止運(yùn)行。運(yùn)行中突然停電時，必須及時清除高溫裂解室內(nèi)（爐膛內(nèi)）的燃料。停爐前，不得再添加生物質(zhì)燃料。除此以外，還對設(shè)備使用人員提出更高要求，需要定期清理爐膛、煙管雜物和灰渣。

4 結(jié)束語

做好散煤治理和清潔供暖工作責(zé)任重大、任務(wù)艱巨，應(yīng)采取多種方式打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，全力保障和改善民生。我國生物質(zhì)燃料資源十分豐富，特別是北方生物質(zhì)能富集地區(qū)，生物質(zhì)能源利用潛力巨大。按照國家能源局關(guān)于印發(fā)《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的通知，到2020年，生物質(zhì)成型燃料年利用量3000萬t。目前生物質(zhì)成型燃料供熱產(chǎn)業(yè)處于規(guī)?；l(fā)展初期，成型燃料機(jī)械制造、專用鍋爐制造、燃料燃燒等技術(shù)日益成熟，具備規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展基礎(chǔ)。而太原局鐵路沿線偏遠(yuǎn)地區(qū)，因地域條件有限，對天然氣、電力接入困難的站區(qū)推廣使用生物質(zhì)鍋爐，具有很強(qiáng)的實用性和建設(shè)性，既能減少企業(yè)成本支出，又能滿足環(huán)保要求，彰顯企業(yè)社會責(zé)任，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會效益顯著，可謂一舉多得。