馮文舉

【摘 要】介紹生物質(zhì)顆粒的燃料特性，通過研究燃燒特性，提出生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的設計要點及相應的參數(shù)。

【關鍵詞】生物質(zhì)顆粒燃料；燃料特性；燃燒特性；鍋爐設計

生物質(zhì)能源資源豐富，是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大能源。生物質(zhì)能源通過光合作用可再生，與風能、太陽能等同屬可再生能源。

1.生物質(zhì)顆粒燃料特性及燃燒特性

生物質(zhì)顆粒成型燃料屬低炭化度、高揮發(fā)份、高含氧物料，是以木屑、秸稈、稻草、稻殼等農(nóng)林剩余物為原料，在經(jīng)粉碎、篩選、軟化、擠壓、烘干等工藝，壓縮成顆粒狀且質(zhì)地堅實的成型物，其粒度通常為?6-?15，長度小于30mm，密度0.8-1.4t/m3，便于貯存和運輸。其燃燒特性如下：

（1）CO2零排放，生物質(zhì)通過光合作用吸收的CO2量與生物質(zhì)顆粒燃料完全充分燃燒生成CO2量相當，即CO2零排放。

（2）S含量是煤的1/10[1]，絕大部分生物質(zhì)燃料燃燒時 SO2 的排放濃度非常低，污染物排放水平較低，基本為零[2]，煙氣不需脫硫處理。

（3）N含量低，燃燒過程中生成的NOX較少。

（4）灰分為煙煤的1/4-1/10，燃燒特性優(yōu)于煤炭[3]，灰渣量很小，出渣費用低。

（5）揮發(fā)分在350℃時就析出約80%， 其中含有大量氫氣、甲烷、不飽和烴（CmHn）、一氧化碳等可燃氣體，析出及燃燒時間短，只占燃燒時間的10%左右，有利于燃燒。

（6）在燃料中添加適當?shù)奶砑觿?，能夠有效降低生物質(zhì)顆粒燃料的結渣趨勢。

生物質(zhì)顆粒燃料具有高效、潔凈、點火容易、CO2零排放等優(yōu)點，中國的生物質(zhì)資源產(chǎn)量豐富，其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為6億噸左右，而且可再生，生物質(zhì)顆粒燃料具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐設計

生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐專門燃用生物質(zhì)顆粒成型燃料，生物質(zhì)顆粒燃料與煤的燃燒機理十分相似，但由于生物質(zhì)的揮發(fā)分析出溫度低而易著火，所以生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的燃燒方式、結構等必須有別于燃煤鍋爐，設計時主要區(qū)別如下：

（1）爐膛過量空氣系數(shù)：α=1.5時為好，爐膛空間要比燃煤鍋爐大，爐膛容積熱負荷取小型室燃爐的下限。

（2）布置二次風系統(tǒng)：二次風進風口布置在爐墻的不同位置，再以不同的角度向爐內(nèi)供風，保證主燃區(qū)充足的氧氣，使燃料揮發(fā)分充分燃燒；同時將主燃區(qū)火焰向爐膛后部吹，擾動氣流，保證燃燒區(qū)域有適合的溫度水平，延長燃料可燃物與高溫煙氣在爐內(nèi)停留時間。

（3）氣體不完全熱損失q3：合理配置二次風后，q3取值可以較低值。

（4）固體不完全熱損失q4：生物質(zhì)顆粒燃料固定碳含量低，在α=1.5時q4在3%左右[4]，遠遠小于層燃燃煤鍋爐的固體不完全燃燒熱損失。

（5）玉米秸稈等生物質(zhì)燃料灰中SiO2含量高，在設計中受熱面結構采用大節(jié)距、順列布置、低煙速（約5～6m/s）、對流受熱面布置高效吹灰器等手段，以減少管壁積灰和結渣、減輕磨損，提高對流受熱面的使用壽命。

（6）輔機采用變頻電機：鼓、引風機、二次風機、爐排都應采用變頻電機，隨時調(diào)整風量、風壓、爐排速度，在燃料層厚度一定的情況下，使生物質(zhì)顆粒燃料充分燃燒，保證鍋爐經(jīng)濟運行。

（7）料斗處加裝易于操作的隔料擋板，在鍋爐負荷變小或間歇運行時，關閉擋板隔離料斗與爐膛，防止火床前移，反燒料斗。

3.結束語

生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐在合適的爐膛過量空氣系數(shù)、燃燒工況穩(wěn)定情況下，要比燃煤鍋爐的效率高約 10%，其結構簡單、操作方便、投資和運行費用都相對燃油、燃氣鍋爐較低。隨著環(huán)保排放指標的日益嚴格，大中城市禁煤區(qū)不斷設立，由于改用燃油、天然氣或用電的成本問題，大多數(shù)燃煤鍋爐用戶更傾向于燃生物質(zhì)的鍋爐更新或改造。

目前生物質(zhì)顆粒燃料成型設備主要以加熱成型為主，存在能耗較高、成型部件易磨損、產(chǎn)量低等問題。隨著技術的進步及國家政策的支持，生物質(zhì)顆粒燃料產(chǎn)量必能逐步提升，生物質(zhì)顆粒鍋爐也會大量的推廣，徹底解決大量露天焚燒秸稈導致大氣污染的問題，同時緩解化石能源供應緊張，促進可再生能源的利用和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，將產(chǎn)生顯著的社會效益。 [科]

【參考文獻】

[1]畢慧杰.區(qū)域供熱鍋爐房燃煤改燒生物質(zhì)顆粒燃料的工藝改造.區(qū)域供熱，2010（1）.

[2]羅娟.典型生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性試驗.農(nóng)業(yè)工程學報，2010，5.

[3]王小聰.生物質(zhì)顆粒層燃工業(yè)鍋爐節(jié)能減排技術分析與測試研究.環(huán)境工程，2012（第30卷）增刊.

[4]袁超.秸桿成型燃料鍋爐的熱損失試驗及分析.河南農(nóng)業(yè)大學學報，2005，9.