生物質(zhì)成型燃料鍋爐和生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐的比較

劉鳳磊，張懷雨，萬顯君

(海倫市利民節(jié)能鍋爐制造有限公司，海倫152300)

0 引 言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，能源短缺，生物質(zhì)能逐漸被利用起來，生物質(zhì)能僅次于煤炭、石油、天然氣，已然成為世界能源消費(fèi)總量的第四位能源，生物質(zhì)能作為世界上最廣泛的可再生能源，生物質(zhì)能可能會(huì)成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的重要組成部分。

農(nóng)作物秸稈，作為生物質(zhì)能之一，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，多被棄置于田間地頭，有一部分被作為農(nóng)戶炊事，剩下一部分被露天焚燒，造肥還田，這不僅使大氣環(huán)境受到了污染，損害身體健康，還白白浪費(fèi)了資源。我國對(duì)此情況也采取了相關(guān)措施，鼓勵(lì)號(hào)召對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行研究和開發(fā)，目前，將其加工成生物質(zhì)燃料，使其逐漸代替燃煤，能夠廣泛的適用于生活爐灶、熱水鍋爐、工業(yè)鍋爐等。

供給鍋爐燃燒的生物質(zhì)燃料有兩種，一種是將農(nóng)作物秸稈加工成生物質(zhì)成型燃料，如生物質(zhì)顆粒、生物質(zhì)壓塊等；另一種是把農(nóng)作物秸稈直接打捆。兩種方法根據(jù)鍋爐燃料需求的形式也就不同，使得鍋爐結(jié)構(gòu)也就不同，從而導(dǎo)致使用效果也就不同。

1 生物質(zhì)成型燃料鍋爐

生物質(zhì)成型燃料鍋爐有兩種形式，一種是硫化床，另一種是層燃鍋爐，前者設(shè)備龐大，耗電量較高，鍋爐給料和除灰都存在著一定的問題，不如層燃鍋爐尺寸小，給料比較方便，耗電量小，容易操作，可保證鍋爐效率達(dá)到國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，且達(dá)到環(huán)保要求的SO2、NOx和排塵濃度，比燃煤不用或少用一些設(shè)備。因而國內(nèi)燃燒生物質(zhì)成型燃料鍋爐采用層燃的比較多。

(1)鍋爐設(shè)計(jì)是以燃料性質(zhì)為依據(jù)，就是說燃料的成分，碳、氫、氧、氮、硫、水分、灰分和揮發(fā)份多少，決定鍋爐的性能、結(jié)構(gòu)、燃燒、傳熱等技術(shù)。因而燃生物質(zhì)成型燃料的層燃鍋爐與燃煤的層燃鍋爐相比較，有很大的不同。燃煤的層燃鍋爐和燃生物質(zhì)層燃鍋爐，燃煤的層燃鍋爐不經(jīng)改造和完善是達(dá)不到燃料完全燃燒和環(huán)保效果。

(2)生物質(zhì)成型燃料燃燒的性質(zhì)之一是灰熔點(diǎn)比較低，為防止燃燒時(shí)結(jié)焦，爐膛溫度需要較低溫度，要比燃煤鍋爐爐膛溫度低，因而燃生物質(zhì)成型燃料鍋爐爐膛受熱面布置與燃煤不同。

(3)生物質(zhì)成型燃料揮發(fā)份比較高，燃燒需要爐膛容積要比燃煤大比較大。

(4)生物質(zhì)造粒鍋爐揮發(fā)份比較高，著火容易，因而爐膛拱的結(jié)構(gòu)與燃煤鍋爐有很大的不同。

(5)生物質(zhì)成型燃料燃燒因揮發(fā)份遠(yuǎn)大于煤的揮發(fā)份，揮發(fā)份是在爐膛空間燃燒，一旦配風(fēng)組織不好，一是揮發(fā)份燃燒不完全，浪費(fèi)能源；二是形成碳黑，使鍋爐的煙氣黑度不能滿足環(huán)保要求，因而為揮發(fā)份能充分燃燒，生物質(zhì)成型燃料鍋爐必須配備合適的二次風(fēng)。

(6)為減少生物質(zhì)燃燒時(shí)產(chǎn)生的NO2，生物質(zhì)成型燃料鍋爐必須選擇合適的一次風(fēng)量和二次風(fēng)量，并采取分段送風(fēng)，以降低NO2的形成。

(7)生物質(zhì)燃燒在對(duì)流受熱面也易積灰，生物質(zhì)成型燃料鍋爐最好是采用高效傳熱元件——螺紋煙管，既提高傳熱系數(shù)，又能節(jié)約鋼材，更主要的是鍋爐對(duì)流受熱面可做到不積灰，可不采用吹灰器，鍋爐的熱效率和力會(huì)終生不變。

(8)生物質(zhì)成型燃料鍋爐燃燒后的大部分灰變成灰渣，由鍋爐尾部除渣清除。只有30%的非灰隨煙氣一起流動(dòng)，由于鍋爐爐膛設(shè)置重力除塵和慣性除灰結(jié)構(gòu)，30%的非灰又在爐膛可降低50%，余下的灰很少，在鍋爐出口處對(duì)一些生物質(zhì)成型燃料可不設(shè)置除塵器也可達(dá)到國家要求的排塵。

(9)節(jié)能效果好。生物質(zhì)鍋爐的效率一般都在80%以上，有的達(dá)到了88.3%，達(dá)到或超出節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。

(10)環(huán)保效果好。生物質(zhì)燃料燃燒后可實(shí)現(xiàn)CO2零排放，NOx微量排放，SO2排放量，煙塵排放量均低于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》排放濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

生物質(zhì)成型燃料鍋爐，是集先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、先進(jìn)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)、優(yōu)化的工藝參數(shù)為一體，是一種適應(yīng)生物質(zhì)成型燃料的新型鍋爐。比較各種生物質(zhì)燃料層燃鍋爐，能滿足上述2到8款要求的爐型當(dāng)屬新型水火管鍋爐，事實(shí)上，已開發(fā)和運(yùn)行的生物質(zhì)燃料層燃鍋爐也大多是是這種爐型。此型鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

2 生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐

生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐相較于燃煤鍋爐，取材簡單，在農(nóng)作物收獲之后，剩下的農(nóng)作物秸稈散落在田地之間，通過加工，將散落的秸稈進(jìn)行打包或者打捆，暫存于田地之間，通過運(yùn)輸，分期分批的拉運(yùn)離田，再將加工后的秸稈捆統(tǒng)一存放，保證不會(huì)影響到下一次種植農(nóng)作物即可。

(1)由于生物質(zhì)燃料是將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行加工，讓散裝的秸稈制造成捆狀，使其密度增加，由于其結(jié)構(gòu)特征，降低了揮發(fā)分的溢出速度，同時(shí)也降低了其點(diǎn)火性能，但仍要比生物質(zhì)成型燃料或燃煤的點(diǎn)火性能要高。

(2)通過上料裝置，將打包或打捆的生物質(zhì)燃料送至鍋爐當(dāng)中，首先通過破包裝置對(duì)成捆的燃料進(jìn)行破包，在破包的過程中，還能起到烘干燃料的作用，使燃料水分降低，燃燒的更為充分，破包后的燃料，以散裝的形式進(jìn)入鍋爐的燃燒區(qū)域，進(jìn)行燃燒。

(3)在捆狀生物質(zhì)燃料開始燃燒時(shí)，由于其揮發(fā)分分解速度較慢，隨著揮發(fā)分的燃燒，剛開始會(huì)有一些爆燃，然后持續(xù)燃燒，當(dāng)燃燒程度燃燒到揮發(fā)分中可燃?xì)怏w后，會(huì)釋放出較大的熱量，具有足夠熱量時(shí)，就能夠及時(shí)的把熱量傳遞給鍋爐的受熱面。

(4)在生物質(zhì)燃料開始燃燒的過程中，容易產(chǎn)生沒有完全燃燒的可燃物顆粒，若氧氣不足，會(huì)使一部分可燃物顆粒再缺氧的條件下燃燒，若使其隨煙氣排出，會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)燃燒不充分，熱力不均，會(huì)影響到鍋爐的熱效率，因此，必須配備二次風(fēng)裝置，不但為爐膛內(nèi)提供了足夠的氧氣，還使燃料充分燃燒，提高了燃燼率和熱效率，降低飛灰含碳量，起到了消煙除塵的效果，使鍋爐達(dá)到節(jié)能、高效、環(huán)保等效果。

生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐，將秸稈大包在爐內(nèi)破包后，經(jīng)過低溫燃燒、氣化燃燒、分級(jí)給氧、實(shí)現(xiàn)高效燃燒。首先，生物質(zhì)燃料在氣化室底部燃料層進(jìn)行缺氧燃燒，生成熱解氣和半焦；然后，在負(fù)壓作用下，氣化室熱解產(chǎn)生的還原性氣體通過半焦層進(jìn)入主燃燒室，并在生物質(zhì)半焦層的催化作用下，使得還原性氣體CO、H2、CH4等與SOx經(jīng)過復(fù)雜的反應(yīng)，將NOx還原成無害的N、CO2和H2O，從而降低NOX排放濃度。通過低溫燃燒，分級(jí)給氧，使可燃?xì)怏w燃盡，從而解決了生物質(zhì)燃料結(jié)焦難題，提高了燃燒效率。相對(duì)傳統(tǒng)層燃鍋爐，秸稈打捆直燃解耦燃燒鍋爐熱效率高達(dá)86%，NOx排放減少40%-50%，排放濃度低于300 mg/m3；煙塵排放減少50%，配合布袋除塵，煙塵排放濃度低于50 mg/m3，林格曼黑度小于1。鍋爐煙塵、SO2、NOx、林格曼黑度均達(dá)到GB13271-2007《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)》的要求。

生物質(zhì)捆燒鍋爐與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐相比較，過去使用傳統(tǒng)燃煤鍋爐，溫度不易控制。按照700元/t的平均煤價(jià)，用煤量近4 000 t，燃料所用費(fèi)用近280萬左右。改用秸稈打捆直燃鍋爐，干凈方便，室溫穩(wěn)定，既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，又環(huán)保節(jié)能。

3 生物質(zhì)成型燃料鍋爐和生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐的比較

生物質(zhì)成型燃料鍋爐和生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐的研究設(shè)計(jì)，可以說是解決了秸稈露天焚燒導(dǎo)致的環(huán)境污染問題，兩者相較于傳統(tǒng)的燃煤鍋爐來講，更加節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。接下來本文會(huì)通過對(duì)照表，以及實(shí)際案例，來將生物質(zhì)成型燃料鍋爐與生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐進(jìn)行比較。

4.2 MW(6 t/h)熱水鍋爐運(yùn)行成本對(duì)照表

根據(jù)上表所示，我們可看出，燃煤鍋爐的熱值最高，每平方米所消耗燃料數(shù)量為最少，但是，燃料價(jià)格與燃料消耗成本都要高于生物質(zhì)燃料鍋爐，而其中還多出一項(xiàng)環(huán)保成本的預(yù)算，這使得本就高于生物質(zhì)燃料鍋爐的燃煤鍋爐，其運(yùn)行成本又多出了一部分；生物質(zhì)成型燃料鍋爐在三者對(duì)比中，屬于居中位置，無論是從燃料的發(fā)熱值、燃料價(jià)格、運(yùn)行成本的角度來看，都是處在兩者之間，而且作為生物質(zhì)鍋爐，省去了環(huán)保成本的開銷；生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐，其熱值雖低于前兩者，但燃料價(jià)格及運(yùn)行成本要低出很多，而且消耗燃料多，這樣更會(huì)促進(jìn)生物質(zhì)秸稈的使用，大量消耗了田地的農(nóng)作物秸稈，既能減少露天焚燒的現(xiàn)象發(fā)生，還能充分利用起來，變廢為寶。

生物質(zhì)捆燒燃料相較于生物質(zhì)成型燃料，省去了中間加工成壓塊或者顆粒的過程，這樣一來，省去了大量的成本及費(fèi)用，還節(jié)省了電力、人力等資源。不僅如此，生物質(zhì)成型燃料在高溫燃燒下，易產(chǎn)生結(jié)焦的現(xiàn)象，然而生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐通過解耦燃燒技術(shù)，能夠很好的解決這個(gè)問題。

同樣，生物質(zhì)成型燃料相較于生物質(zhì)捆燒燃料而言，具有體積小、方便運(yùn)輸、壓縮比大等優(yōu)點(diǎn)，具有這些特性的生物質(zhì)成型燃料，它的用途不僅可以用在大型供熱取暖鍋爐，更適用于民用小型采暖鍋爐。

無論是生物質(zhì)成型燃料，亦或是生物質(zhì)捆燒直燃鍋爐，兩者相比較，各有千秋。作為鍋爐應(yīng)用的能源，化石燃料已是越用越少，并對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，然而生物質(zhì)燃料是“一歲一枯榮，春風(fēng)春又生”的可再生燃料，更是有著環(huán)保效果和節(jié)能效益的燃料。所以將生物質(zhì)燃料鍋爐推廣，是我們現(xiàn)有目標(biāo)的重中之重。