生物質顆粒層燃工業鍋爐節能減排技術分析與測試研究

王小聰，李茂東，黎華，張振頂

（廣州市特種承壓設備檢測研究院，廣州510100）

　　摘要：生物質顆粒層燃工業鍋爐的節能減排技術主要取決于生物質顆粒燃料特性、鍋爐系統和燃燒技術。介紹了生物質顆粒燃料特性、生物質顆粒層燃鍋爐和燃燒技術特點，并結合一臺DZW6－1.25型生物質顆粒層燃鍋爐能效測試說明生物質顆粒層燃技術在工業鍋爐應用的高效低污染燃燒的節能環保技術優點。

　　1環保高效型生物質顆粒燃料

　　生物質能作為一種清潔能源，具有可再生和環境友好的雙重屬性。發展生物質能有利于緩解我國能源緊張的局面，并且能減少溫室氣體的排放和保護生態環境。生物質固體成型燃料技術是指在一定溫度和壓力作用下，將農作物壓縮為棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料，體積縮小1/8～1/6，密度為1.1～1.4t/m³，1t生物質成型燃料相當于0.55～0.6t標準煤或0.4t柴油/燃料油，既改善了燃燒性能，又提高了利用效率，是我國生物質能主要發展方向之一。生物質中灰分比重低、含硫、氮量少和揮發分含量高，其制成的顆粒燃料燃燒可實現低SO₂和NO_x排放。

　　生物質顆粒燃料，通常為圓柱形，直徑一般不大于25mm，長度不大于其直徑的4倍，常見的直徑尺寸有6，8，10mm。生物質固體成型燃料由可燃質、無機物和水分組成，主要含有碳、氫、氧及少量的氮和硫等元素。生物質成型燃料含碳量少（約為40％－45％），尤其固定碳的含量低，含氫量多，易于燃燒；含硫量較少，燃燒時不必設置煙氣脫硫裝置，既降低了企業處理脫硫成本，又有利于環境的保護；含氮量較低，NO_x排放少；揮發分高，生物質燃料中碳多數和氫結合成低分子的碳氫化合物，遇到一定的溫度后熱分解而析出揮發。燃燒過程可分為干燥脫水、揮發分析出、揮發分燃燒、焦炭燃燒和燃燼5個階段。生物質成型燃料與散碎生物質燃料相比具有儲運方便，燃燒穩定，燃燒持續時間長，燃燒效率高，煙氣中污染物含量少等優點。另外，灰分為煙煤的1/4～1/10，燃燒特性優于煤炭。

　　2生物質顆粒燃料在工業鍋爐的燃燒應用

　　生物質顆粒燃燒的鍋爐型式主要為流化床鍋爐和層燃鍋爐。流化床生物質鍋爐受熱面容易磨損，且運行成本較高，而采用層燃技術開發的生物質顆粒鍋爐，結構簡單，操作方便，投資和運行費用都相對較低，因而受到很多小企業的青睞，最近，國內許多研究單位根據所使用的生物質燃料的特性，開發出了各種類型生物質層燃爐。近年來隨著環保要求的不斷提高，燃煤工業鍋爐改造燃生物質顆粒層燃工業鍋爐的例子在一些地方日益增多，以生物質顆粒為燃料的層燃鍋爐在未來開發利用空間巨大。

　　以生物質顆粒為燃料的常見層燃工業鍋爐系統包括給料系統、燃燒系統、吹灰系統、煙風系統和自控系統。給料系統由料倉、振動給料器、螺旋給料機等部件組成。生物質顆粒燃料通過皮帶運輸機轉存到料倉中，然后通過螺旋給料機由螺旋給料管輸送到爐膛燃燒。燃燒系統由燃燒器、風機、點火器等部件組成。生物質顆粒燃料含有較高的揮發分，當爐膛內溫度達到其揮發分的析出溫度時，在給風的條件下啟動點火器燃料就能夠迅速著火燃燒，可通過給料量的調整來進行調整和控制鍋爐負荷。燃燒后的煙氣通過爐膛進入對流煙道進行換熱，然后進入除塵器進行凈化處理，最后排出完成整個燃燒和傳熱過程。鍋爐配有全自動吹灰裝置，可以定時對爐膛和煙管進行吹掃，保證煙管表面不出現積灰，從而實現鍋爐的安全高效運行。鍋爐送風系統與燃燒器一體化布置，空氣經鼓風機通過燃燒器送至爐膛，來達到輸送燃料及助燃的作用。控制系統以PLC控制系統為中央控制單元，實現鍋爐全自動操作運行。

　　生質物顆料層燃鍋爐最常采用爐排層狀燃燒，由于爐排面積較大，爐排運行速度可調整，且爐膛有足夠懸浮空間，能延長生物質在爐內的停留時間，有利于生物質顆粒的完全燃燒。顆粒經給料系統首先進入往復爐排預熱區，由于受高溫煙氣的輻射作用，在進入主爐排前，料層溫度已接近引燃值，大大提前了引燃位置，在一次配風擾動下，逐步地進行干燥、熱解、燃燒及燃燼過程，隨后在爐排的末端經過一段落差掉入碎渣機，然后經螺旋冷渣機排出爐外。

　　3實例分析

　　3.1鍋爐概況

　　某企業一臺型號為DZW6－1.25顆粒生物質工業鍋爐為臥式水火管布置，額定蒸發量6.0t/h，額定蒸汽壓力1.25MPa，額定蒸汽溫度194℃，給水溫度20℃。燃燒方式采用往復爐排層燃方式。燃燒裝置由主機系統、生物質顆粒燃料輸配系統、燃燒配風系統、灰渣系統、給回水系統、除塵系統、余熱回收系統和電控系統等八大系統所組成。鍋爐點火、給料、燃燒、給水、負荷調節、安全保護等均為自動控制。鍋爐尾部除塵采用二級除塵技術結合。

　　3.2生物質顆粒燃料

　　采用秸稈、木屑等農林廢棄物作原材料，經過粉碎、烘干、混合、擠壓等工藝，制成顆粒狀燃料，其桿狀成型燃料橫截直徑為8mm，長度為26mm。燃料成分見表1。

　　3.3能效測試及節能減排分析

　　顆粒堆積厚度、顆粒堆積密度、過量空氣系數、一二次風配比和爐排速度等燃燒技術參數影響著生物質顆粒的燃燒效率和污染物排放。根據顆粒燃料成分、爐排面積、爐膛結構特點和受熱面布置等因素確定各燃燒技術參數。為研究顆粒生物質工業鍋爐在實際工況下的的熱效率及污染物排放特性，在熱工穩定的情況下，按規程進行能效測試，測試結果匯總見表2，煙氣成分排放見表3。

　　在過量空氣系數1.65的情況下，平均熱效率達83.94％，爐渣含碳0.64％說明一次風配比能夠較好滿足顆粒生物質燃料在爐排上的燃燒。CO、SO₂、NO_x和C_mH_n排放量分別為94.8，1.7，256.5，128.6mg/m³屬較低排放量值。在保證揮發分充分燃燒的同時，既保證了鍋爐燃燒的經濟性，又降低污染物排放。

　　4結論

　　1）生物質顆粒是一種新型清潔燃料，高效環保特性能較好地適應爐排爐的層狀燃燒。由于其含硫和含氮量低，生成的SO₂和NO_x少。

　　2）本文DZW6－1.25型顆粒生物質爐排爐在實際工況下的測試平均熱效率為83.94％，SO₂、NO_x和C_mH_n排放量分別為1.7，256.5，128.6mg/m³，既保證了鍋爐燃燒的經濟性，又實現低污染物排放。