|
蘇衍坤
（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）
摘要：能源緊缺已經是全球共同關注的世界性問題，在各個行業都在進行能源節約相關的改造工作。鍋爐是一個高耗能的設備，人們一直在尋找著能替代傳統燃煤鍋爐的新型技術。生物質能是一種新型清潔能源，可以再生循環利用，在使用的過程中也很環保。在當前實行節能減排的大環境下，生物質能鍋爐的使用，可以有效地減少工業生產過程中的溫室氣體排放，減輕環境污染，促進能源結構的優化。
1引言
隨著社會和經濟的發展，世界對于能源的需求不斷增加，但是自然資源卻是在日益枯竭。同時由于能源消耗帶來的環境問題也越來越受人們的重視，能源與環境的矛盾愈發成為全球關注的中心，也是經濟發展和社會進步必須解決的問題。為了做到能源與環境的平衡與和諧，人們正不斷研制脫離于自然資源的新能源。
我國是一個煤炭使用大國，不管是日常生活還是工業生產，煤炭都是傳統的主要能源來源，其中工業鍋爐更是耗煤大戶。燃煤工業鍋爐由于其熱效率較低，排放污染嚴重，正受各地政府限制使用，轉而大力倡導清潔能源的使用和推廣。生物質燃料與煤炭相比，具有資源儲備豐富、可以循環再生以及相對清潔、廉價高效等優勢。因此，用燃生物質燃料取代燃煤工業鍋爐已然成為深受社會接受、企業歡迎的過渡性解決方案。
2生物質能在鍋爐中使用的優勢
煤、石油、天然氣是目前大量使用的能源，生物質能是這三種之外的第四大能源，三大資源都是可以探明儲量，短期不可再生的能源，而生物質能蘊藏在植物和微生物等可以生長出來的有機物中，這是一種可再生的清潔能源，既可以循環的使用，且在使用的過程中基本符合環保的要求。生物質能的來源非常豐富，在人們的生產活動過程中會產生大量諸如秸稈、屑末等廢棄物，這些都可以作為生物質能的來源。從另外角度上看，生物質能的利用在很大的程度上保護了環境，減少了大氣的污染，同時緩解了能源緊張的局面。
3生物質顆粒燃料分析
生物質顆粒燃料，即生物質固體成型燃料技術，是在特定的溫度和壓力下，將秸稈之類的生物質能源來源壓縮成顆粒狀等成型燃料，這種壓縮技術可以將原有的生物質體積極大的縮小。因為生物質燃料主要是由植物的桿葉等組成的，這些東西一般體積比較大，密度卻很小，如果直接使用，不管是運輸還是存儲都會帶來不必要的資源浪費，因此對于生物質的壓縮成型就成為必要的工序。生物質的燃燒值約為標準煤的百分之五十五，為燃油的百分之四十，在很大的程度上改善了燃料的燃燒性能，提高了燃料的利用效率，這一系列的優點，使得生物質固體成型成為生物質能發展的方向。
生物質燃料在燃燒后只剩下水和二氧化碳，對環境幾乎沒有影響，再加上其可再生性，生物質能具有廣闊的發展前景，對于生物質能的合理開發利用，是解決我國能源緊張和環境污染問題的有效途徑。生物質的化學成分很復雜，主要由高分子有機化合物組成，且生物質的燃燒指標和標準煤的成分差不多，但是固定碳的含量低，含氫量高，這樣的組成成分使得生物質可以很好的燃燒。生物質中有低分子的碳氫化合物，是由燃料中的碳和氫結合而成的，因此生物質在達到一定的溫度后就會分解并且揮發，容易著火。在作為燃料使用時，生物質容易被引燃，在燃燒的過程中二氧化碳和二氧化硫的排放量很少，極大的減少了鍋爐使用對于空氣的污染[1]。
4生物質燃料在工業鍋爐中的應用
以生物質顆粒為燃料的鍋爐，其形式主要有兩種，流化床鍋爐和層燃鍋爐。流化床鍋爐的受熱面容易磨損，且有著較高的運行成本，而層燃鍋爐沒有這樣的問題，層燃鍋爐的結構比較簡單，操作簡潔方便，安裝的成本和運行維護的費用較低，在很多的小企業中層燃鍋爐得到廣泛的應用。隨著人們環保意識的提高，對于燃煤工業鍋爐的生物質改造已經在很多企業開展，生物質在燃料中的利用潛力很大[4]。
以生物質顆粒為燃料的層燃工業鍋爐中，生物質顆粒具有很大的揮發性，在鍋爐中的溫度達到其揮發應有的溫度時，燃料能夠在有風的情況下迅速燃燒，鍋爐的負荷可以通過給料量來調整，燃燒產生的煙氣可以在對流煙道中進行換熱，在有除塵器進行必要的凈化處理，最后排出，整個燃燒和供熱的過程就此完成。鍋爐上裝配有全自動的吹灰裝置，會定時清掃爐膛和煙管，避免鍋爐中大量煙灰的出現，從而保障鍋爐的安全高效運行。通過PLC控制系統，可以實現鍋爐的全自動操作運行。
爐排層狀燃燒是生物質顆粒層燃鍋爐最常采用的燃燒方式，這種方式中，爐排的面積很大，其運行的速度可以根據需要進行必要的調整，且在爐膛內有足夠的懸浮空間，能夠有效地延長燃燒物質在爐膛內的停留時間，使燃料的燃燒更加的充分[2]。生物質燃燒顆粒在給料系統中首先要進入爐排的預熱區，因此在進入主排爐前，燃料的溫度已經很接近其燃點，引燃的位置得到了提前。在配風的工作影響下，燃料經過燃燒的整個過程，最后經螺旋冷渣機排出爐外[3]。
5燃生物質鍋爐的熱效率分析
選擇蒸發量與蒸汽壓力一致的燃生物質鍋爐和燃煤鍋爐作為實驗的標本，蒸汽量都為4噸，兩者的額定蒸汽壓力都為1.25MPa，將兩者都放在蒸汽壓力為0.8MPa的狀態下進行能效對比。
首先列出鍋爐正平衡熱效率公式：
6結語
從熱效率計算結果可以看到，燃生物質鍋爐比傳統燃煤鍋爐的熱效率要高，更符合工業鍋爐節能降耗的發展要求。燃煤工業鍋爐消耗了我國大量的煤炭，也是環境惡化的重要污染源。盡可能的開發使用清潔能源是實現節能減排任務的主要手段，生物質燃料的特質正符合了目前工業鍋爐改造的要求，是解決目前能源危機和環境污染的重要手段。
參考文獻
[1]耿春梅，陳建華，王歆華，楊文，殷寶輝，劉紅杰，白志鵬.生物質鍋爐與燃煤鍋爐顆粒物排放特征比較[J].環境科學研究，2013，06:666-671.
[2]王小聰，李茂東，黎華，張振頂.生物質顆粒層燃工業鍋爐節能減排技術分析與測試研究[J].環境工程，2012，S2:465-466+266.
[3]羅小金.生物質顆粒燃料燃燒的試驗研究[D].吉林大學，2008.
[4]鄭書平.燃生物質鍋爐在工業中的應用優勢[J].中國高新技術企業，2014，17:43-45. |
