遼寧省生物質(zhì)鍋爐應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查研究

趙晶晶

（遼寧省生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧沈陽(yáng) 110161）

1 引言

生物質(zhì)鍋爐是指以生物質(zhì)能源作為燃料的鍋爐，生物質(zhì)鍋爐的原料包括稻殼、葵花子殼、高粱稈、玉米稈、豆稈等，經(jīng)高溫、高壓、特殊成型機(jī)壓制成柱狀顆粒后，可作為生物質(zhì)鍋爐的燃料［1］。生物質(zhì)鍋爐由于其價(jià)格優(yōu)勢(shì)，是遼寧省非城市建成區(qū)目前替代燃料中占比最多的，但生物質(zhì)鍋爐質(zhì)量和燃料市場(chǎng)參差不齊，有待規(guī)范。部分生態(tài)環(huán)境管理部門反映生物質(zhì)鍋爐的監(jiān)管存在一定困難，由于部分生物質(zhì)鍋爐的自身設(shè)備特點(diǎn)，在不改變?nèi)魏卧O(shè)施的情況下，可以摻燒或者改燒煤，部分小型企業(yè)生物質(zhì)鍋爐存在違規(guī)燒煤現(xiàn)象。生物質(zhì)鍋爐大多僅有除塵設(shè)施，違規(guī)燒煤會(huì)造成二氧化硫和氮氧化物超標(biāo)排放，影響大氣環(huán)境。

2 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

遼寧省現(xiàn)有生物質(zhì)鍋爐執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）沈陽(yáng)市四環(huán)內(nèi)區(qū)域以及四環(huán)外的建成區(qū)、市級(jí)及市級(jí)以上的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)非發(fā)電生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)施執(zhí)行GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中燃?xì)忮仩t大氣污染物特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)［2］。

（2）沈陽(yáng)市其他區(qū)域、遼寧省內(nèi)其他市縣級(jí)及以上城市建成區(qū)和市級(jí)及以上工業(yè)園區(qū)內(nèi)生物質(zhì)鍋爐執(zhí)行GB 13271—2014 《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中燃煤鍋爐大氣污染物特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)［3］。

（3）其他生物質(zhì)鍋爐執(zhí)行GB 13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的燃煤鍋爐大氣污染物排放限值標(biāo)準(zhǔn)［4］。

3 調(diào)研情況

目前遼寧省內(nèi)生物質(zhì)鍋爐主要為直燃爐、帶燃燒機(jī)的生物質(zhì)鍋爐、普通生物質(zhì)鍋爐。

3.1 典型企業(yè)調(diào)查情況

本次調(diào)查對(duì)象為小型生物質(zhì)鍋爐，共選取了23家企業(yè)，從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上看，除個(gè)別企業(yè)改造后運(yùn)行成本較原燃煤降低外，多數(shù)企業(yè)成本提升，因原有燃煤鍋爐環(huán)保設(shè)施多數(shù)不完善，影響成本的主要因素為燃料價(jià)格和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)成本。但煤改生物質(zhì)企業(yè)原有燃煤鍋爐環(huán)保不達(dá)標(biāo)，改造困難，即使改造后達(dá)標(biāo)，整體運(yùn)行成本也要高于其他清潔燃料。典型企業(yè)的主要指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 典型生物質(zhì)鍋爐主要指標(biāo)

3.2 案例

3.2.1 案例1：丹東某裝備制造企業(yè)

該企業(yè)對(duì)鍋爐運(yùn)行的節(jié)能指標(biāo)考核很重視，根據(jù)企業(yè)測(cè)算，目前生物質(zhì)鍋爐的運(yùn)行成本要低于原來(lái)的燃煤鍋爐。原鍋爐燃煤量7 t/d，煤成本600 元/t，平均計(jì)算，燃煤鍋爐燃料成本80 萬(wàn)元/a（6 t/h 鍋爐），目前生物質(zhì)燃料成本為60 萬(wàn)元/a（4 t/h 鍋爐）。

2017 年9 月，企業(yè)將1 臺(tái)4 t/h 燃煤鏈條爐排爐（鍋爐型號(hào)DZL4－1.25－AII，采用陶瓷多管除塵＋水浴脫硫）改為生物質(zhì)成型燃料氣化鍋爐（鍋爐型號(hào)DZS4－1.25－SCII），改變?nèi)剂虾腿紵绞健U除了投煤設(shè)施，不改變鍋爐本體結(jié)構(gòu)（爐排爐），增加1 臺(tái)生物質(zhì)燃燒機(jī)，把鍋爐后側(cè)清渣門扒開(kāi)，燃燒機(jī)噴口置于爐膛內(nèi)，將噴嘴與清渣門處用耐火混凝土密封，將爐膛內(nèi)爐排表面用耐火混凝土密封。進(jìn)煤口封閉。燃燒機(jī)下設(shè)有水槽，將水加熱至40～50 ℃后進(jìn)鍋爐，節(jié)約一部分能源。改造前鍋爐熱效率為78%，改造后鍋爐熱效率經(jīng)沈陽(yáng)特種設(shè)備檢測(cè)研究院實(shí)測(cè)為83.43%。

據(jù)企業(yè)介紹，使用普通爐排生物質(zhì)鍋爐，雖然投資較低，但是生物質(zhì)燃料用量大，是氣化爐的5～6倍，灰塵大很多。氣化爐燃燒機(jī)熱效率可達(dá)96%，進(jìn)后面燃燒爐灰小，煙塵排放量低。

企業(yè)目前選擇的生物質(zhì)成型燃料價(jià)格較高，為1 030 元/t，成分主要為木屑。夏季燃料消耗量1.2～1.3 t/d，冬季燃料消耗量1.7～1.8 t/d。之前也選擇了800～900 元/t 的生物質(zhì)燃料，成分主要為花生殼、稻殼、秸稈、廢木屑等，結(jié)焦現(xiàn)象嚴(yán)重，爐子損壞嚴(yán)重，每天需要清理多次，影響生產(chǎn)運(yùn)行。企業(yè)由于供應(yīng)商提供燃料的問(wèn)題，有時(shí)也會(huì)摻燒一些價(jià)格較低的生物質(zhì)燃料，但控制在一定比例，控制結(jié)焦現(xiàn)象，1 d 清理1 次結(jié)焦，能夠接受。企業(yè)目前采用的燃料灰很少，清理出的灰由周邊農(nóng)民用于還田。

3.2.2 案例2：鐵嶺某食品公司

鐵嶺地區(qū)很多企業(yè)由于區(qū)域秸稈資源豐富而選擇生物質(zhì)直燃爐，根據(jù)對(duì)某鍋爐生產(chǎn)廠家的調(diào)研，該企業(yè)主要生產(chǎn)1～6 t 的生物質(zhì)蒸汽鍋爐和熱水鍋爐，其生產(chǎn)的生物質(zhì)直燃爐不需將秸稈粉碎壓塊，可直接燃燒捆狀的秸稈，采用企業(yè)自主研發(fā)的秸稈專用爐排，無(wú)法使用各種煤炭，降低了政府監(jiān)管難度。設(shè)計(jì)自動(dòng)推料系統(tǒng)、自動(dòng)上料系統(tǒng)和全自動(dòng)爐排機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)上料、推料、除渣整體智能化控制，減少了人工。設(shè)計(jì)預(yù)熱烘干區(qū)，含水量35%以下、含土量10%以下的秸稈燃料可以直接燃燒。

以鐵嶺某食品公司為例，具體如下：

2010 年年初，企業(yè)將1 臺(tái)2 t/h 燃煤鍋爐拆除，新購(gòu)1 臺(tái)4 t/h 生物質(zhì)直燃鍋爐，企業(yè)每天運(yùn)行4～6 h，為生產(chǎn)提供蒸汽及供暖，鍋爐廠家定期上門維護(hù)。燃料消耗量：冬季10 捆/d，夏季7 捆/d，200～250 kg/捆，熱值2 000 kcal/kg（與原燃煤比較，2 t 秸稈和1 t 煤熱值相當(dāng)），單價(jià)50 元/捆。燃料由合作社配送，1 車18 捆，1～2 d 送1 次。灰渣產(chǎn)生量為1～2 kg 渣/t，3 d清運(yùn)1 次，由附近農(nóng)戶拉走還田。除塵采用旋風(fēng)除塵器＋布袋除塵器，為鍋爐廠家配套設(shè)施。布袋每年更換1 次，約2 萬(wàn)元，電費(fèi)3 萬(wàn)—4 萬(wàn)元/a。

運(yùn)行期間企業(yè)反映運(yùn)行效果良好。原燃煤鍋爐消耗煤1～2 t/d，單價(jià)600～800 元/t，改造后可節(jié)省8萬(wàn)—9 萬(wàn)元/a。

3.2.3 案例3：開(kāi)原某油炸食品有限公司

在2018 年拆除了現(xiàn)有的1 臺(tái)1 t/h 燃煤鍋爐（僅供暖，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)不用熱），更換為1 t/h 生物質(zhì)鍋爐（燃燒成型燃料，無(wú)燃燒機(jī)），并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改造，新增的生物質(zhì)鍋爐加熱導(dǎo)熱油爐用于生產(chǎn)中加熱色拉油，利用生產(chǎn)冷卻水余溫供暖，供暖面積3 000 m2。該鍋爐采用汽油點(diǎn)燃制，人工上料方式，危險(xiǎn)系數(shù)大、勞動(dòng)強(qiáng)度大，燃燒點(diǎn)爐時(shí)有黑煙冒出，安裝布袋除塵器（3.5 萬(wàn)元）后有所改觀，但煙塵經(jīng)常不達(dá)標(biāo)。

2020 年3 月，企業(yè)決定引進(jìn)氣化燃燒機(jī)，將生物質(zhì)顆粒氣化后進(jìn)鍋爐，氣化燃燒機(jī)下設(shè)水槽，既冷卻燃燒機(jī)又能將熱水回用。運(yùn)行至今效果良好，徹底解決了企業(yè)之前運(yùn)行存在的問(wèn)題，灰渣產(chǎn)生量?。? kg/t 生物質(zhì)）且銷路好。

據(jù)企業(yè)介紹，之前也買過(guò)800 元/t 的生物質(zhì)成型顆粒，成分為秸稈、木屑（雜木）等，使用量1 t/d，結(jié)焦現(xiàn)象明顯，對(duì)爐膛損壞較重。企業(yè)目前采用的生物質(zhì)成型顆粒成分為木屑（松木），單價(jià)1 000 元/t，使用量625 kg/d。之前未增加氣化燃燒機(jī)時(shí)使用量750 kg/d，節(jié)省了125 kg/d，合計(jì)節(jié)省2.5 萬(wàn)元/a。

經(jīng)測(cè)算，目前該企業(yè)運(yùn)行成本比改天然氣節(jié)省1 倍，較燃煤增加5 萬(wàn)元/a 左右（燃煤鍋爐僅供暖，原生產(chǎn)不用熱）。

3.3 煤改生物質(zhì)鍋爐與專門設(shè)計(jì)的生物質(zhì)鍋爐

遼中縣某生物質(zhì)鍋爐改造企業(yè)改造前后的煙塵排放情況見(jiàn)表2。

表2 遼中縣某生物質(zhì)鍋爐改造企業(yè)的生物質(zhì)鍋爐環(huán)境指標(biāo)對(duì)比

改造前后煙塵排放差距較大，改造前超標(biāo)原因主要為企業(yè)自行將燃煤鍋爐改造為生物質(zhì)鍋爐導(dǎo)致燃燒效果不好，產(chǎn)生污染物量較大。

4 存在問(wèn)題及解決建議

對(duì)于采用生物質(zhì)成型物質(zhì)作為燃料的鍋爐，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，正規(guī)廠家生產(chǎn)的帶氣化燃燒機(jī)的生物質(zhì)成型燃料鍋爐無(wú)法實(shí)現(xiàn)燒煤，由于其采用的是氣化燃燒方式，燃燒效率相對(duì)較高，環(huán)保指標(biāo)也相對(duì)較好，雖開(kāi)始投資成本較高，但后續(xù)運(yùn)行成本有優(yōu)勢(shì)，部分企業(yè)可以做到低于燃煤時(shí)期成本，是值得推廣的一種爐型。不帶氣化燃燒機(jī)的生物質(zhì)成型燃料鍋爐好壞參半，存在摻燒或改燒煤現(xiàn)象，運(yùn)行效果取決于企業(yè)對(duì)管理和環(huán)保的重視程度。

專門設(shè)計(jì)的生物質(zhì)直燃爐直接燃燒打捆秸稈，工業(yè)應(yīng)用有一定的區(qū)域限制性，在鐵嶺縣區(qū)比較多。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的某鍋爐公司自主研發(fā)的秸稈專用爐排無(wú)法摻燒煤，企業(yè)反映運(yùn)行效果好，也能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，雖然環(huán)保方面整體不如帶燃燒機(jī)的生物質(zhì)成型燃料鍋爐，但其價(jià)格優(yōu)勢(shì)大，對(duì)于周邊秸稈資源豐富且收儲(chǔ)系統(tǒng)完善的區(qū)域來(lái)說(shuō)，燃料易取得，又能實(shí)現(xiàn)秸稈再利用。有些木材加工企業(yè)直接燃燒木屑、花生殼等的生物質(zhì)鍋爐煙塵超標(biāo)，甚至出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象，廠區(qū)落塵也很嚴(yán)重。

生物質(zhì)燃料市場(chǎng)目前不規(guī)范，價(jià)格300～1 000元/t 不等，成分復(fù)雜。950 元/t 以上的成型燃料主要成分為木屑（松木），不存在結(jié)焦現(xiàn)象并且灰渣量小?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，900 元/t 以下的成型燃料成分多樣，包括稻殼、花生殼、秸稈等，雖然便宜但燃燒情況十分不好，爐膛故障率高，導(dǎo)致無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)，這也是部分企業(yè)違規(guī)燃煤的原因之一。木屑制成的生物質(zhì)燃料來(lái)源無(wú)法確定，可能會(huì)產(chǎn)生二次生態(tài)破壞。

綜上，生物質(zhì)鍋爐及燃料市場(chǎng)急需規(guī)范化管理，針對(duì)不同類型生物質(zhì)鍋爐、生物質(zhì)成型燃料鍋爐出臺(tái)規(guī)范意見(jiàn)和指導(dǎo)措施，給出選擇建議或禁止選擇建議，以促進(jìn)生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。