|
任曉平，唐欣彤，孫曉婷，楊松，楊靜
（長春工程學院，長春130000）
摘要：文中從生物質成型燃料特性和循環(huán)流化床燃燒方式出發(fā)，從燃燒角度，針對生物質成型燃料，分析了流化床燃燒方式具備的優(yōu)勢、關鍵問題及解決措施。生物質成型燃料與流化床燃燒技術相結合，優(yōu)勢互補，既有利于生物質的高效開發(fā)利用，也減輕環(huán)境污染，展望該技術具有廣闊開發(fā)應用前景。
0引言
生物質包括各種農業(yè)和林業(yè)廢棄物、生活垃圾、有機廢水等，它是直接或者間接由光合作用而產生的富含化學能的有機質?，F(xiàn)在每年全球靠光合作用就能產生1200億t生物質，但是人類僅利用了每年生物質產量的7%左右。我國生物質資源主要以農作物秸稈為主，每年可產生7.05億t秸稈，占我國生物質資源的一半以上。目前，我國的秸稈資源除了一部分用作還田肥料和動物飼料外，大部分都廢棄或就地焚燒[1-2]，不但浪費了寶貴的能源，也帶來了嚴重的空氣污染，如果能高效利用，既能減輕環(huán)境污染，又能增加農民收入，取得良好環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
1生物質成型燃料
生物質因其產量穩(wěn)定且大、含硫、氮、灰量低，CO2零排放等優(yōu)點而成為一種新型可再生清潔能源，是未來替代常規(guī)化石能源的重要能源來源之一。但天然生物質質地松散，能量密度低，直接燃燒發(fā)電或供熱難度大。而生物質成型燃料就是將生物質經(jīng)機械加工，壓制成結構緊密的顆粒狀、棒狀和塊狀固體燃料，熱值密度高，相當于中值煤，是一種優(yōu)質清潔可再生能源。成型燃料除了具備生物質燃料優(yōu)點外，因經(jīng)加工成型，其燃燒和利用起來比生物質更優(yōu)越，主要是①由于機械壓制，結構變得致密，使得揮發(fā)分的析出速度和燃燒速度適中；②揮發(fā)分含量一般在70%～80%，著火點低，很容易著火和燃燒完全；③生物質本身含N、S量比煤少得多，同時生物質生長和利用過程中實現(xiàn)碳的零排放，屬于清潔燃燒；④堿金屬（比如Na、K等）含量高于煤，灰渣熔點低，比煤更易結渣；⑤氯元素含量較高，高溫下氣化與堿金屬復合形成低熔點氣態(tài)物質，造成受熱面結渣，同時煙氣中的HCl容易對金屬受熱面造成高溫腐蝕；⑥生物質基本不含重金屬，在燃燒利用過程中重金屬零排放；⑦飛灰含量極低，少于3%，燃燒形成的灰量少；⑧成型燃料中可添加脫氯劑，減少氣相氯化物的生產。
2循環(huán)流化床燃燒技術
流化床燃燒是介于層燃和懸浮燃燒之間的一種燃燒方式，燃料顆?？繗饬鞯耐信e力和浮力作用，在爐內一定高度空間范圍上下翻滾，沿橫向和縱向強烈擾動，燃料在爐內分布隨著顆粒和氣流流速變化，質量密度大的顆粒在爐膛下部形成密相區(qū)燃燒，質量密度小的顆粒在爐膛上部形成稀相區(qū)燃燒，被氣流帶走細燃料通過設置在爐膛出口的分離器時，被捕集送回到爐內繼續(xù)燃燒。
從燃燒角度來看，循環(huán)流化床燃燒技術主要特點是低溫燃燒，良好的氣-固、固-固混合，燃料適應性強，燃燒可控性好。正是由于這些流態(tài)化燃燒的固有特點，使得流化床燃燒技術飛速發(fā)展，不斷朝向容量大型化，高參數(shù)方向發(fā)展，已進入電站領域。從燃燒方式分析，循環(huán)流化床針對生物質成型燃料具有以下特點：
?。?）燃料的適應性極強。
流態(tài)化燃燒對燃料的強適應性在燃燒各種煤和廢棄物的應用場合已經(jīng)得到很好的體現(xiàn)，對于生物質成型燃料，流態(tài)化燃燒能適應成型燃料水分、雜質、顆粒條件等方面的變動，更重要的是在燃料種類變動時，依然能穩(wěn)定的燃燒，達到預期燃燒效率。
?。?）低溫燃燒和爐膛溫度均勻。
爐膛大量惰性床料溫度高，蓄熱量大，同時與高水分的生物質充分均勻混合，使爐內生物質分布均勻，燃燒放熱均勻，避免爐內出現(xiàn)局部高溫，再加上爐內燃燒溫度控制在850～900℃左右，這有效的抑制了NOX的生產。同樣低溫燃燒環(huán)境，有效避免了生物質中堿金屬的遷移，降低氣相堿金屬濃度，有效減輕氣溶膠的產生。
?。?）循環(huán)流化床內顆粒上下翻滾，顆粒四面八方強烈擾動。
物料在爐內的循環(huán)流動，使得爐內水冷壁和爐膛上部懸掛的受熱面處的燃料顆粒濃度比較大，這對于燃煤鍋爐來說會引起嚴重的磨損問題，而生物質燃燒后的形成灰量少，且質地軟，這就極大的減輕了磨損的危險。選擇適合的床料可有效的防止水冷壁和爐膛出口處受熱面熔渣。
目前，歐美流化床燃燒技術開發(fā)利用生物質能已具有相當?shù)囊?guī)模，已經(jīng)研制生產出生物質流化床供熱鍋爐，鍋爐蒸發(fā)量為4.5～50t/h，大型燃廢木循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐，鍋爐容量為100t/h，蒸汽壓力為8.7MPa，鍋爐熱效率可達到80%。我國，從20世紀80年代末開始，對生物質流化床燃燒技術也進行了深入的研究，多家高校和企業(yè)合作，研制出了不同生物質燃料的流化床鍋爐，鍋爐出力充分，低負荷運行穩(wěn)定，熱效率高達80%以上。劉皓、黃琳等研制開發(fā)以流化床燃燒方式為主，以懸浮燃燒和固定床燃燒為輔的組合燃燒方式流化床鍋爐燃料流化性能好，燃燒穩(wěn)定充分，不易結焦，已取得國家專利[3-4]。
3關鍵問題及解決措施
?。?）流化床燃燒對燃料顆粒尺寸有嚴格的要求。需要對生物質燃料進行預處理。
（2）堿金屬帶來的問題。
堿金屬含量高，降低了灰熔點，給燃燒和運行帶來的嚴重的結焦、結渣問題。
燃燒過程中，生物質中堿金屬與床料結合生產低熔點的物質，容易造成床料粘結，影響流化床正常運行。解決的方法主要是控制好爐溫和合理選擇床料和添加劑。
運行中，堿金屬與灰復合形成低熔點灰渣，低熔點灰容易團聚，在造成返料系統(tǒng)發(fā)生堵塞。運行中要控制好爐膛出口煙氣溫度，增設返料系統(tǒng)擾動風，減輕灰渣團聚。
低熔點灰渣粘附在受熱面，增加傳熱阻力，降低鍋爐運行的經(jīng)濟性和安全性。解決措施主要是在容易積灰點增設吹灰系統(tǒng)，加大吹灰；同時，發(fā)現(xiàn)積灰及時清除，合理控制煙氣流速和布置管子排列方式，均可減輕積灰。
?。?）高溫氯腐蝕問題。
生物質燃料氯含量高，燃燒過程中易產生氣相氯化物和熔融氯化物，對管壁形成高溫腐蝕，鍋爐選材上選用防腐材料，運行中，加入適量的脫氯劑或吸收劑以減輕鍋爐的高溫氯腐蝕。
（4）有害氣體排放問題
生物質燃燒過程中HCl的排放量是很高的，同時燃燒過程還會產生少了的SO2，這些有害氣體與生物質中的堿金屬反應，生成氣溶膠，這些氣溶膠會粘附在受熱面，使結渣更嚴重，排放到大氣中，嚴重污染環(huán)境。主要解決措施有加入吸收劑，減少HCl的生成。
4結束語
大力發(fā)展生物質燃料燃燒技術是響應國家“節(jié)能減排”戰(zhàn)略的重要舉措，目前生物質成型燃料制作加工技術已可產業(yè)化生產，循環(huán)流化床燃用生物質燃料成型燃料，兩者結合，優(yōu)勢互補，既有利于生物質的高效開發(fā)利用，也減輕環(huán)境污染，有利的推動生物質燃料的大規(guī)模應用，同時加快推動生物質能源產業(yè)化發(fā)展，減輕污染，增加農民收入。
參考文獻
[1]李詩媛，呂清剛，等.生物質成型燃料循環(huán)流化床燃燒試驗研究[J].燃燒科學與技術，2009（2）：54-58.
[2]杜成華，陸廣發(fā).工業(yè)鍋爐生物質燃燒技術[J].應用能源技術，2009（12）：19-20.
[3]陳漢平，李斌，楊海平，等.生物質燃燒技術現(xiàn)狀與展望[J].工業(yè)鍋爐，2009（5）：1-6.
[4]武文璇，李寒松，李青，等.生物質鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀及農業(yè)中的應用[J].農業(yè)裝備與車輛工程，2018（6）：81-84. |
