新型生物質(zhì)鍋爐燃燒排放研究與環(huán)境效益分析*

張興惠，翟雨軒，張聰，李曌，張宏

(太原理工大學(xué)土木工程學(xué)院，太原市，030024)

0 引言

隨著我國社會(huì)的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，能源是其重要的推動(dòng)力[1]。傳統(tǒng)的煤炭、石油、天然氣等化石能源的大量使用導(dǎo)致全球變暖、酸雨等環(huán)境問題的產(chǎn)生，越來越多的污染性氣體被排放到大氣環(huán)境中。為了替換這些傳統(tǒng)能源，太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生清潔能源得到了大量的開發(fā)與使用[2-3]。這其中生物質(zhì)能在我國廣大農(nóng)村地區(qū)尤為豐富。我國農(nóng)村耕地面積廣闊，應(yīng)用潛力巨大[4]。但是這些清潔能源并沒有得到充分的利用，20%以上的農(nóng)作物秸稈被直接焚燒或廢棄[5]，不僅造成資源的浪費(fèi)，還造成了大量環(huán)境污染。

生物質(zhì)顆粒燃料是一種方便儲(chǔ)存、燃燒效率高的燃料，是對(duì)秸稈資源的一種充分有效的利用。在歐美國家生物質(zhì)顆粒燃料已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，尤其是家用的小型燃燒設(shè)備已經(jīng)得到普遍推廣[6]。目前國內(nèi)外眾多學(xué)者在生物質(zhì)鍋爐燃燒與氮氧化物的排放方面做了較多研究。Shu等[7]將木屑、稻殼和玉米芯3種材料分別放入反應(yīng)器中進(jìn)行再燃試驗(yàn)，研究了NO的還原效率，結(jié)果證明不同生物質(zhì)燃料對(duì)NO的還原有很大影響，主要是因?yàn)闊峤鈿怏w各不相同。Zhou等[8]利用CFD模擬了生物質(zhì)鍋爐不同工況下的燃燒狀況，研究認(rèn)為改變不同過量空氣系數(shù)和一、二次風(fēng)量比等送風(fēng)方式對(duì)燃燒熱效率有很大影響。Caposciutti等[9]使用一臺(tái)固定床生物質(zhì)鍋爐進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，研究了空氣量和分流比對(duì)鍋爐燃燒的影響。李英俊等[10]設(shè)計(jì)了一種針對(duì)生物質(zhì)氣化爐的灶頭裝置，通過燃燒性能測(cè)試證明其達(dá)到戶用炊事氣化爐的性能指標(biāo)。鄭元坤等[11]設(shè)計(jì)了一種基于前饋串級(jí)復(fù)合控制方法的生物質(zhì)燃料鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證取得了良好的效果。劉婷潔等[12]搭建小型民用爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過試驗(yàn)研究了不同過量空氣系數(shù)和燃料質(zhì)量對(duì)NOX等污染物排放的影響。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)生物質(zhì)顆粒燃燒均做出了不同程度的研究，為本文的試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)。

本文研究設(shè)計(jì)了一種新型爐膛結(jié)構(gòu)的家用生物質(zhì)鍋爐，在爐膛的二次燃燒區(qū)噴淋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的尿素溶液，通過控制過量空氣系數(shù)和一、二次風(fēng)量比，研究了所設(shè)計(jì)鍋爐在不同工況下燃燒氮氧化物的排放情況，并且通過計(jì)算燃煤鍋爐在相同條件下的氮氧化物排放量，對(duì)兩種燃料鍋爐進(jìn)行環(huán)境效益對(duì)比分析。

1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建及試驗(yàn)方法

1.1 鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)

生物質(zhì)顆粒的燃燒一般有以下2個(gè)階段：第一階段，生物質(zhì)顆粒燃料點(diǎn)火后熱解，燃料中的有機(jī)物會(huì)分解成甲烷等可燃燒氣體，釋放出揮發(fā)分；第二階段，生物質(zhì)顆粒中的固定碳和釋放出的揮發(fā)分在高溫下燃燒[13]。若爐膛只有一次進(jìn)風(fēng)，表面層固定碳劇烈燃燒，在高溫下灰渣形成熔融態(tài)并附著在尚未燃燒的固定碳表面上，形成致密的外殼，阻礙固定碳與氧氣接觸，不利于燃料的充分燃燒。因此爐膛需要引入二次進(jìn)風(fēng)，將爐膛內(nèi)的燃燒過程分為一次燃燒階段和二次燃燒階段。與單一的一次燃燒相比，引入二次進(jìn)風(fēng)可以減少一次風(fēng)量，適當(dāng)降低一次燃燒溫度，減少結(jié)渣率；所增加的二次進(jìn)風(fēng)可以促進(jìn)生物質(zhì)燃料揮發(fā)分充分燃燒，提高燃燒效率[8]。實(shí)驗(yàn)時(shí)所用燃料為紅木壓制成的生物質(zhì)棒狀顆粒燃料，燃料的長(zhǎng)度大約為3～6 cm。其工業(yè)分析、元素分析與低位發(fā)熱量如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)燃料的工業(yè)分析、元素分析和低位發(fā)熱量Tab. 1 Industrial analysis, elemental analysis and low calorific value of experimental fuels

本文研究設(shè)計(jì)的新型生物質(zhì)鍋爐的爐膛結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)NB/T47062—2017《生物質(zhì)成型燃料鍋爐》[14]中要求，生物質(zhì)鍋爐容積熱負(fù)荷應(yīng)在100～140 kW/m3，過大或過小的爐膛容積均會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)顆粒燃燒效率降低。據(jù)此，爐膛設(shè)計(jì)容積計(jì)算如式(1)所示。

(1)

式中：Qnet,ad——生物質(zhì)燃料低位發(fā)熱量，kJ/kg；

B——燃料消耗量，kg/h，取B=3 kg/h；

V——爐膛容積，m3；

q——爐膛容積熱負(fù)荷，kW/m3。

圖1 新型實(shí)驗(yàn)鍋爐結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Construction of new experimental boiler1.一次風(fēng)道 2.一次風(fēng)室 3.二次風(fēng)道 4.二次風(fēng)室 5.煙道 6.爐臺(tái) 7.進(jìn)料口 8.爐膛 9.水套 10.爐排 11.灰室

本文設(shè)計(jì)的爐膛為沙漏形結(jié)構(gòu)，底部直徑為600 mm，爐膛高度為800 mm，中間斷面縮小處為400 mm，在達(dá)到爐膛容積的要求下，盡可能節(jié)約所占空間。在沙漏型的爐膛中，下部截面積較大，可以容納充足生物質(zhì)燃料，提高鍋爐溫度，有助于生物質(zhì)燃料充分一次燃燒，產(chǎn)生更多可燃性氣體。生物質(zhì)燃料由于揮發(fā)分含量較多，點(diǎn)火速度較快。爐膛中間部分截面積較小，可以增大可燃?xì)怏w的流速，使得爐內(nèi)高溫氣體與水套充分接觸換熱，提高對(duì)流換熱效率。爐膛上部截面積較大，給予可燃?xì)怏w燃燒空間。爐膛內(nèi)火焰通過錐形拔火器后可集中上升至爐臺(tái)灶口，滿足日常家庭炊事要求。燃燒煙氣在拔火器與灶口之間的圓形空間內(nèi)擾動(dòng)，碰觸灰室內(nèi)壁后使煙氣中的灰塵顆粒物沉降，有助于降低所排放煙氣中的顆粒物濃度，設(shè)計(jì)煙道截面為14 cm×14 cm的正方形，豎直放置使?fàn)t具在燃燒時(shí)形成煙囪效應(yīng)，加強(qiáng)空氣對(duì)流，促進(jìn)燃燒煙氣的排出，避免廢氣由爐臺(tái)溢入室內(nèi)。上部二次燃燒區(qū)開有二次進(jìn)風(fēng)孔，通過密閉風(fēng)道穿過水套，外部連接二次風(fēng)室。在二次進(jìn)風(fēng)口處縮小局部斷面，并且在爐膛內(nèi)燃燒區(qū)為負(fù)壓，加快二次風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)速度，二次風(fēng)從圍繞爐膛一周的風(fēng)口噴入后，由于風(fēng)速加快，可以迅速與爐內(nèi)揮發(fā)分等可燃?xì)怏w混合，并且在二次燃燒區(qū)形成氣體湍流，有助于可燃?xì)怏w的二次充分燃燒，加強(qiáng)與水套的換熱效率，形成良好的氣流組織。鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖2所示。

圖2 生物質(zhì)鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)Fig. 2 Layout of biomass boiler test bed

為降低生物質(zhì)顆粒燃燒時(shí)排放的NOX濃度，在爐膛的二次燃燒區(qū)連接有尿素噴淋系統(tǒng)。在爐膛內(nèi)壁裝有高壓噴頭，其后連接噴淋管道與水泵，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的尿素溶液在爐膛的二次燃燒區(qū)呈霧狀噴出，在加速后的二次氣流下，其熱解產(chǎn)物與氮氧化物等污染物質(zhì)充分接觸反應(yīng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建及試驗(yàn)方法

生物質(zhì)鍋爐燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)由生物質(zhì)鍋爐、風(fēng)量控制系統(tǒng)、尿素噴淋系統(tǒng)、溫度測(cè)試系統(tǒng)和煙氣收集分析系統(tǒng)共同構(gòu)成。試驗(yàn)采用testo-405-V1熱線式風(fēng)速儀測(cè)量一、二次風(fēng)道中的風(fēng)速，精度為±5%。測(cè)量燃燒溫度時(shí)采用JK804多路溫度測(cè)試儀，連接有K型熱電偶，可測(cè)量0～1 300 ℃范圍內(nèi)的溫度。本試驗(yàn)采用KM9106煙氣分析儀，測(cè)量鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)不同燃燒工況下氮氧化物的實(shí)際排放值與實(shí)測(cè)氧含量。

試驗(yàn)時(shí)改變球閥開度的大小，觀察熱線式風(fēng)速儀的讀數(shù)來控制通入爐膛中的空氣量，以此來調(diào)節(jié)過量空氣系數(shù)，以及改變一、二次風(fēng)道中球閥開度的比例來控制一、二次風(fēng)量比，以此來調(diào)控不同的試驗(yàn)燃燒工況。試驗(yàn)首先研究一、二次風(fēng)量比為1∶1時(shí)，不同過量空氣系數(shù)對(duì)生物質(zhì)鍋爐NOX排放濃度的影響，得出最適宜燃燒脫氮的過量空氣系數(shù)。在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)道的閥門開度，分別設(shè)置一、二次風(fēng)量比為4∶6、5∶5(空白對(duì)照組)、6∶4和7∶3，通過試驗(yàn)比較得出氮氧化物折算值最低時(shí)鍋爐的燃燒工況。

1.3 試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

在試驗(yàn)中，生物質(zhì)顆粒燃料燃燒所需要的理論空氣量[15]

(2)

式中：C、H、O、S——生物質(zhì)顆粒燃料中碳、氫、氧、硫各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

代入表1中數(shù)據(jù)計(jì)算得出試驗(yàn)燃料的理論空氣量L0為4.34 m3/kg，結(jié)合式(3)可以計(jì)算得出過量空氣系數(shù)[15]

(3)

式中：L1——通入鍋爐實(shí)際空氣量，m3/kg。

試驗(yàn)中采用4種過量空氣系數(shù)分別是α=1.0(空白對(duì)照組)、α=1.1、α=1.2、α=1.3。通過測(cè)量不同過量空氣系數(shù)下煙道內(nèi)的氮氧化物濃度與氧含量，根據(jù)GB13271—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[16]計(jì)算得出氮氧化物基準(zhǔn)氧含量折算值，計(jì)算方法如式(4)所示。

(4)

式中：ρ——NOX基準(zhǔn)氧含量折算濃度，mg/m3；

ρ′——NOX實(shí)際測(cè)量排放濃度，mg/m3；

φ(O2)——基準(zhǔn)氧含量，%，取值參考燃煤鍋爐，為9%；

φ′(O2)——實(shí)測(cè)氧含量，%。

2 結(jié)果分析

2.1 過量空氣系數(shù)對(duì)氮氧化物排放濃度的影響

由表2可知，隨著α的增大，氮氧化物的折算濃度平均值分別為157.82 mg/m3、143.64 mg/m3、171.51 mg/m3，201.23 mg/m3，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)；當(dāng)α=1.1時(shí)，NOX折算濃度最低。

表2 不同α下氮氧化物排放狀況Tab. 2 NOX emissions at different α

生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)，燃料內(nèi)部的N元素少部分留在固態(tài)焦炭中，形成焦炭氮，大部分均轉(zhuǎn)化成揮發(fā)分氮，隨著一次燃燒熱解生成的揮發(fā)分進(jìn)入二次燃燒區(qū)[17]。當(dāng)α為1時(shí)，通入爐膛的空氣量較低，生物質(zhì)燃料燃燒不充分，有一部分揮發(fā)分氮來不及燃燒便進(jìn)入煙道，導(dǎo)致NH3、HCN等氣相氮生成較少。此時(shí)噴淋的尿素溶液熱解后生成的大量HNCO、NCO等中間產(chǎn)物相對(duì)于氣相氮的量過多，有一部分過量的NCO在煙道中發(fā)生氧化反應(yīng)[18]，被氧化生成NO等污染物質(zhì)，反而增加了NOX排放濃度。其反應(yīng)方程如式(5)和式(6)所示。

4NH3+5O2→4NO+6H2O

(5)

NCO+O2→NO+CO2

(6)

當(dāng)α增大至1.1后，觀察到煙氣氧含量相比α=1時(shí)由12.7%降低至12.3%，說明過量空氣系數(shù)為1.1時(shí)，燃料燃燒獲得充足空氣，爐膛內(nèi)溫度升高，物質(zhì)顆粒的燃燒效率增加，揮發(fā)分氮充分燃燒生成大量氣相氮，與尿素溶液熱解生成的中間產(chǎn)物反應(yīng)更加完全，所以煙道內(nèi)的NOX排放濃度有所降低。繼續(xù)增大α后可以看到NOX的排放濃度先升高后降低，α=1.2時(shí)煙氣氧含量略微增加至12.54%，但當(dāng)α=1.3時(shí)煙氣氧含量顯著增加，測(cè)得其值為14.28%。在一定溫度范圍內(nèi)，爐膛內(nèi)溫度升高會(huì)促進(jìn)NOX中間產(chǎn)物的生成，導(dǎo)致NOX排放濃度升高。推測(cè)試驗(yàn)中α=1.2時(shí)爐膛內(nèi)溫度要高于α=1.1，因此NOX排放濃度有所增加。隨著α的繼續(xù)增大，過多的空氣通入爐膛中，反而降低了爐膛內(nèi)溫度，不利于揮發(fā)分的燃燒，雖然NOX排放濃度有所下降，但是因?yàn)闊煔庋鹾枯^大導(dǎo)致計(jì)算得出的NOX折算濃度顯著升高。

2.2 一、二次風(fēng)量比對(duì)氮氧化物排放濃度的影響

由2.1節(jié)可知，當(dāng)過量空氣系數(shù)為1.1時(shí)，測(cè)量計(jì)算得出NOX折算濃度最低，在此基礎(chǔ)上研究分析改變一、二次風(fēng)量比對(duì)NOX排放濃度的影響。由表3可知，不同一、二次風(fēng)量比下NOX平均排放濃度隨著二次風(fēng)比例的減小呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)二次風(fēng)比例占總風(fēng)量的60%時(shí)，其NOX排放濃度平均值為74.5 mg/m3。增大一次風(fēng)量的比例，直到一、二次風(fēng)量比相同，此時(shí)NOX的排放濃度為83.08 mg/m3。當(dāng)一次風(fēng)比例增大至60%后，NOX排放濃度平均值最大；繼續(xù)增大到70%后，可以看出NOX平均排放濃度有所下降。

表3 不同一、二次風(fēng)量比下氮氧化物排放狀況Tab. 3 NOX emissions at different ratio of primary and secondary air

二次風(fēng)量比例對(duì)鍋爐燃燒與其氮氧化物排放具有很大影響，本試驗(yàn)通過在爐膛的一次燃燒區(qū)與二次燃燒區(qū)布置耐高溫?zé)犭娕?，連接多通道溫度檢測(cè)儀來測(cè)量爐膛內(nèi)燃燒溫度。如圖3所示，當(dāng)一次風(fēng)比例逐漸增大時(shí)，爐膛內(nèi)的一次燃燒溫度和二次燃燒溫度均逐漸升高。在一、二次風(fēng)量比為6∶4時(shí)，爐膛內(nèi)一次燃燒溫度和二次燃燒溫度均達(dá)到最高值，分別為790.3 ℃和842.1 ℃，一次風(fēng)量比例繼續(xù)增大至70%后，爐膛內(nèi)溫度迅速下降。由此可以看出一、二次風(fēng)量比為6∶4時(shí)最適合爐膛內(nèi)生物質(zhì)燃料燃燒。分析生物質(zhì)燃料燃燒生成氮氧化物的過程可以得出，隨著燃燒溫度的升高，揮發(fā)分析出更加完全，更多的揮發(fā)分氮在燃燒過程中生成NO等污染物。當(dāng)一、二次風(fēng)量比為4∶6時(shí)，二次風(fēng)量相對(duì)于燃料二次燃燒有些過多，一次風(fēng)量較少，導(dǎo)致燃料不能充分燃燒，揮發(fā)分不能完全析出，二次燃燒溫度低，因此NOX排放濃度較低，煙道中氮氧化物折算排放濃度很低。爐膛內(nèi)燃燒溫度升高后，燃料能夠燃燒更加完全，增加了氣相氮的反應(yīng)生成速率，煙氣氧含量逐步降低，NOX排放濃度明顯增加。但是隨著溫度的升高，氮氧化物排放濃度增速降低，二次風(fēng)量所占比例為50%時(shí)相較比例為60%時(shí)NOX平均排放濃度升高8.58 mg/m3，而二次風(fēng)比例達(dá)到40%時(shí)燃料燃燒后NOX平均排放濃度僅上升不足1 mg/m3。根據(jù)宋姣等[19]的研究可知，這是因?yàn)槿剂贤耆紵龝?huì)導(dǎo)致爐膛內(nèi)的氧氣濃度有所降低，氧化氣氛逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原性氣氛，使得一些氮氧化物被還原。若繼續(xù)升高一次風(fēng)的比例，使得二次風(fēng)比例僅為30%，如此不利于燃料揮發(fā)分的二次燃燒，同時(shí)過多一次風(fēng)量也會(huì)降低爐膛溫度，使得爐內(nèi)燃燒狀況變差，測(cè)量得出煙氣氧含量為15.56%，NOX平均排放濃度只有57.08 mg/m3。

圖3 不同一、二次風(fēng)量比對(duì)燃燒溫度的影響Fig. 3 Effect of different ratio of primary and secondary air on combustion temperature

3 環(huán)境效益分析

煤炭能源是我國能源消費(fèi)中的重要組成部分，平均每年的消耗量達(dá)到3×109t[20]。在清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心所做的《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告》(2020)中提出2018年我國農(nóng)村住宅一年商品能耗達(dá)到2.16億tce[21]。煤炭中N元素和S元素的含量為0.41%和0.56%[22]，相比之下生物質(zhì)顆粒中的S元素含量只有0.01%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤炭中的S含量。因此在燃燒過程中生物質(zhì)顆粒排放的硫氧化物相比于煤炭非常少，試驗(yàn)中測(cè)得SO2的排放濃度基本低于50 mg/m3。使用生物質(zhì)燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤炭可降低SO2等硫氧化物的排放量，減少酸雨的形成和對(duì)人呼吸系統(tǒng)的危害。但是生物質(zhì)顆粒中的N元素含量多于煤炭，若不加處理燃燒時(shí)會(huì)排放大量氮氧化物。

首先需要估算農(nóng)村燃煤鍋爐NOX排放量。方品賢[23]在《環(huán)境統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》中介紹了燃煤鍋爐NOX排放量的計(jì)算方法，見式(7)。

GNOX=1.63·B′·(N·β+0.000 938)

(7)

式中：GNOX——燃煤鍋爐NOX排放量，t；

B′——煤炭消耗量，t；

N——燃料煤炭中的N元素含量，取N=0.41%；

β——燃料中N向NOX的轉(zhuǎn)化率，取β=0.25。

計(jì)算得出我國農(nóng)村燃煤鍋爐NOX排放量為690 000 t。

計(jì)算本文中生物質(zhì)鍋爐NOX的燃燒排放量需要用到《污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[24]中生物質(zhì)顆粒燃料燃燒廢氣排污系數(shù)6 240.28 m3/t。前文中通過試驗(yàn)分析得出所設(shè)計(jì)的農(nóng)村家用生物質(zhì)鍋爐搭配尿素噴淋系統(tǒng)每消耗3 kg燃料NOX折算排放濃度為141.74 mg/m3，根據(jù)國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為7 000 kcal/kg，試驗(yàn)中所用到生物質(zhì)顆粒熱值為17 540 kJ/kg，換算后得出若將農(nóng)村住宅商品能耗全部用生物質(zhì)顆粒代替，需消耗3.61×108t燃料。通過廢氣排污系數(shù)可計(jì)算出生物質(zhì)鍋爐燃燒時(shí)排放的煙氣量，由此可以換算得到生物質(zhì)鍋爐燃燒時(shí)NOX的排放量，計(jì)算方法如式(8)所示。

(8)

Vf——廢氣量排污系數(shù)，m3/t；

B″——生物質(zhì)顆粒消耗量，t；

ρ——生物質(zhì)顆粒NOX折算排放濃度，mg/m3。

計(jì)算得出生物質(zhì)鍋爐NOX排放量為106 400 t。

如今農(nóng)村使用的小型生物質(zhì)鍋爐基本沒有NOX處理設(shè)施，根據(jù)《污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》中無處理手段時(shí)生物質(zhì)燃料NOX排污系數(shù)為1.02 kg/t,計(jì)算得出沒有尿素噴淋處理時(shí)試驗(yàn)鍋爐NOX排放量為368 000 t。因此本文所設(shè)計(jì)的生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)相對(duì)于常見無處理設(shè)施鍋爐可有效減少NOX排放濃度，并且滿足山西省DB14/1929—2019《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定非城市區(qū)生物質(zhì)鍋爐氮氧化物150 mg/m3的排放限值。相比于燃煤鍋爐，滿足相同供暖熱負(fù)荷下生物質(zhì)鍋爐的燃料消耗量要更多，但是傳統(tǒng)燃煤鍋爐的NOX排放量是本文新型家用生物質(zhì)鍋爐排放量的6倍，可見在二次燃燒區(qū)噴淋質(zhì)量濃度為10%的尿素溶液時(shí)新型爐膛結(jié)構(gòu)生物質(zhì)鍋爐可顯著減少NOX的煙氣污染。

4 結(jié)論

本文改變不同過量空氣系數(shù)和一、二次風(fēng)量比來研究在二次燃燒區(qū)噴淋尿素溶液后NOX的排放情況，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算其環(huán)境效益，并與燃煤鍋爐對(duì)比可得出以下結(jié)論。

1) 當(dāng)過量空氣系數(shù)α過小時(shí)，爐膛內(nèi)為缺氧燃燒，燃料燃燒不完全，噴淋的尿素溶液無法完全反應(yīng)，會(huì)增加污染物的排放；當(dāng)α過大時(shí)，過量的空氣反而會(huì)降低爐膛內(nèi)燃燒溫度，增大煙氣氧含量，不利于生物質(zhì)燃料的燃燒，使得NOX折算濃度計(jì)算值增大。當(dāng)α=1.1時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得NOX折算濃度為143.64 mg/m3，此時(shí)NOX排放濃度最低，最有利于鍋爐脫氮。

2) 隨著一、二次風(fēng)量比的增大，NOX排放濃度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)一、二次風(fēng)量比為6∶4時(shí)，其NOX折算濃度達(dá)到最高值141.74 mg/m3，但此時(shí)生物質(zhì)鍋爐的燃燒溫度最高。

3) 生物質(zhì)鍋爐燃燒排放硫氧化物的量相比傳統(tǒng)燃煤鍋爐顯著減少。本文中新型爐膛結(jié)構(gòu)的農(nóng)村家用生物質(zhì)鍋爐搭配尿素噴淋系統(tǒng)所排放的NOX是傳統(tǒng)燃煤鍋爐的1/6，是無煙氣處理設(shè)施的小型生物質(zhì)鍋爐的1/3，具有良好的環(huán)境效益，為山西以及我國北方農(nóng)村地區(qū)清潔供暖做出一定貢獻(xiàn)。