消煙除塵是推廣生物質燃燒設備的關鍵

北京蘇陽環能科技有限公司 ■ 張延寶

0 引言

隨著經濟的高速發展，一次能源的消耗也在不斷加速，其資源終將枯竭。開發應用可再生能源已在近二、三十年蓬勃發展起來，太陽能光熱、光電、風力發電等領域發展迅猛，形勢大好。生物質能作為可再生能源的重要組成部分，其中生物質成型燃料應用的三大產業鏈——生物質成型設備(制粒機)制造，生物質顆粒燃料加工企業和生物質顆粒燃料燃燒設備的制造也已初步形成格局，但仍未能形成規模產業。

1 煙塵是影響生物質燃燒設備推廣的主因

造成以上現象的原因何在？作為從事生物質燃燒設備研發的一名科技人員，筆者認為制約三大產業鏈發展的關鍵這一是燃燒設備的“環保認可”，即煙塵是影響生物質燃燒設備推廣的主因。

生物質成型燃料燃燒設備的開發應用在我國已有十幾年了，曾出現過各種各樣的生物質鍋爐產品，有從國外引進仿造的、有自主研發的，層出不窮，各顯神通，但始終在“探索”中艱難前行。能夠形成規?！百嶅X”的幾乎為零，許多人士碰的“頭破血流”，偃旗息鼓。難道是政府不支持嗎？非也。是用戶不歡迎嗎？非也。究其原因，產品使用中冒黑煙，尤其是排放大量的PM2.5，在許多地方遭遇到環保部門的封殺；能源利用率低也是重要原因。理清思路，明確方向，攻克消煙除塵難關，創新技術產品，這是推廣應用生物質燃燒設備的必由之路。

2 生物質顆粒燃料在燃燒過程中產生煙塵的原因

燃料成分決定著燃燒特性。生物質顆粒燃料在燃燒過程中與煤相比，極易產生煙塵，其主要原因為：

1)生物質顆粒中含有70%～80%的碳氫化合物即揮發分，而一般煙煤只有20%～30%。揮發分受熱(高于200 ℃)時就開始析出，其析出過程幾乎伴隨著整個燃燒過程。如果它不被完全燒盡，就可能在隨后裂解反應中生成微小的碳顆粒排出，這就是冒黑煙的原因。

2)由于生物質顆粒燃燒中必須由機械(風機)供風來維持，而燃料中包含著較多生物質碎末和泥土灰塵，它們體積小、質量輕，也可能隨著煙風一道排出而成為“煙塵”。

3)由于生物質顆粒含水率較高(一般為12%～14%，甚至高達20%)，受熱蒸發也可將顆粒粉末化，如未被燒掉，也可成為“煙塵”排出。

4)生物質顆粒燃燒產物中的灰渣，由于個小體輕，也容易隨煙風排出成為“煙塵”。

由此可見，生物質顆粒燃料在燃燒過程中必須考慮消煙除塵問題。

3 生物質燃燒設備減排PM2.5，減少對大氣環境的污染是一項綜合技術

首先，要從源頭著手，即盡可能減少煙塵的產生。為此，應考慮采用清潔燃燒技術。清潔燃燒技術的必要條件為：

1)確保燃料的完全充分燃燒，應供給足夠的氧氣。為此，應合理選擇“空－燃比”?？諝獠粔?，燒不盡，冒黑煙；空氣過多，就會增大煙氣量，增加熱損耗，降低熱效率。對于生物質顆粒燃料，空氣過剩系數選擇α在1.5～2.0之間為宜。此外，空氣供給應均勻分布。

2)為確保完全充分燃燒，必須使燃燒區域保持較高而穩定的溫度，溫度忽高忽低易造成不完全燃燒。

3)為確保完全充分燃燒，必須保證有足夠的燃燒空間，讓燃燒物質在燃燒室有足夠的停留時間。

在確保燃料完全充分燃燒的前提下，燃燒過程應長時間連續、穩定、可靠地進行。為此，燃燒過程不應受到人為因素的影響，應實施機電一體化的自動控制。所謂機電一體化的控制，就是供料系統和供風系統均由機械來執行，并由控制系統(儀表)來控制。

近幾年來，一種比較理想的生物質清潔燃燒設備——下飼式全自動控制的生物質顆粒燃燒器問世。該設備采用了從燃燒層下部進料、上部供風燃燒的方式，進料量與供風量均由數字控制、調節，保障了燃燒的完全充分及過程的長期穩定，很好地避免了不完全燃燒現象的發生，由此減少了煙塵量的產生。經檢測，與這種燃燒器配套的熱水鍋爐排煙含塵量為16 mg/Nm3，達到燃油排放國家標準。

其次，生物質燃料燃燒會產生大量粉塵是不可避免的。這是由于燃料體積小，質量輕，極易在煙風的帶動下排出爐膛。因此在設計換熱結構時，應考慮采用多種除塵結構。如改變煙氣流動方向的離心除塵、重力除塵，以及煙氣擾動裝置的阻擋除塵、絲網過濾等除塵措施，將粉塵中較大的顆粒從煙氣中分離出來，沉積在爐內后集中清除。

最后，生物質燃燒設備必須配備簡單易行的除塵裝置。由于生物質燃燒后產生的粉塵中存在許多粒徑很小的粉塵，單靠爐內常規的除塵措施是不可能完全消除的。例如PM10，特別是當前的粉塵“明星”PM2.5以下粒徑，要想徹底清除是非常困難的。

要減少PM2.5類的粉塵，凈化煙氣，可采用電除塵、噴淋除塵等方式。由于電除塵造價昂貴，且運行維護比較困難，對于小型功率(一般適用的設備功率在0.7 MW以下)的生物質燃燒設備而言不太適合。噴淋除塵比較可行，但其用水量較多。據國內外一些文獻的報道，一種文丘里除塵器比較實用。這種除塵器造價較低，耗水量較少，除塵效果好，特別適用于消除PM5粒徑以下的粉塵(報道稱除塵率可達99%)。新型文丘里除塵器試驗結果比較理想，經檢測，安裝了文丘里除塵器的熱水鍋爐，其排煙含塵量達到了燃氣排放國家標準(10 mg/Nm3以內)。

4 結論

綜上所述，并非所有生物質燃燒爐產生的煙塵都不能達到國家排放標準，關鍵在于產品是否為滿足國家標準進行了科學創新性設計。為減少對大氣環境的污染，特別是減排PM2.5，推廣應用生物質燃燒設備是不可或缺的解決之道。而要做到這一點，清潔燃燒技術和煙塵凈化技術相結合是唯一的途徑。