應用生物質鍋爐解決偏遠地區單位供暖問題

張宇峰

（中國鐵路太原局集團公司物資管理處，山西太原 030013）

0 引言

鐵路作為我國社會經濟發展中的重要基礎性設施和大眾化的交通工具，是國家交通運輸體系中的骨干。鐵路行業規模龐大，在現有的營業里程線上，有數千個車站及數量眾多的運輸、維修、生產單位遍布全國各地，這些單位大多沿用傳統鍋爐用于生產供氣、供暖和供生活熱水。

1 供熱設備現狀

1.1 燃煤鍋爐數量不斷減少

2017年山西省環境空氣質量綜合指數排名全國倒數第一，二氧化硫濃度全國最高。據山西省人民政府辦公廳公布的2017年大氣質量相關數據顯示，2017年采暖期內，全省環境空氣質量綜合指數、細顆粒物（PM2.5）平均濃度均有上升，僅 1-3月的貢獻率分別達到47.6%，55%和72.8%，燃煤鍋爐排放物成為影響大氣質量的主要污染源。2018年1-7月，空氣質量最差的20個城市中，山西占了7個。山西省每年冬季取暖燃燒1500萬t散煤，1 t散煤燃燒產生的污染物相當于15 t超低排放電廠燃煤排放，全省每年冬季燃燒的散煤就相當于2.25億t電廠燃煤排放。

1.2 清潔能源鍋爐比重逐年增加

2017年，中國鐵路太原局集團有限公司共新增空氣源熱泵設備79處，供熱面積111 854 m2；新增15臺電鍋爐，供熱面積18 000 m2。對目前尚無法替代的燃煤鍋爐采取提高燃煤品質、安裝高效脫硫和除塵裝置、以及強化在線監測的手段，全部達到國家規定的排放標準。

中國鐵路太原局集團有限公司管轄大西高鐵、石太客專、大秦等16條干線，以及曹西、東港、京唐港等12條支線，路網縱貫三晉南北，橫跨晉冀京津兩省兩市，營業里程4460 km。由于各地方政府對煙塵排放執行的標準和推行新型鍋爐的時間節點也不相同，中國鐵路太原局集團有限公司因地制宜，采取多種措施全力推進清潔能源改造工作，確保供暖設備符合各屬地規定的標準。

2017年，中國鐵路太原局集團有限公司共投資5193萬元人民幣用于供暖系統建設，電力增容費804.3萬元人民幣，為供暖系統建設提供了良好的電力基礎；還投資1658萬元人民幣，增設生物質鍋爐35臺，為下一步提高清潔供暖比例做好準備工作。

1.3 鐵路沿線鍋爐分布情況

中國鐵路太原局集團有限公司的鍋爐大部分在城市建成區內，但由于鐵路線路管轄里程達8682.05 km，鐵路沿線一些車間班組坐落在偏僻的山區，站區房屋由供電、工務、車務等不同的單位組成，房屋之間相距較遠，不僅交通不便，也為供暖系統建設提出更高的要求。就房建系統而言，沿線共有各種鍋爐118臺，其中，燃煤鍋爐57臺，生物質鍋爐26臺，燃氣鍋爐33臺，電鍋爐1臺，燃油鍋爐1臺。針對偏遠地區辦公房屋零散分布的情況，在現有條件下，建議采用生物質鍋爐取暖，一方面解決邊遠地區房屋供暖問題，一方面提高了清潔供暖比例。

2 常見鍋爐類型之間的比較

2.1 前期投入成本

目前使用的鍋爐種類主要有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、電鍋爐、地源熱泵和生物質鍋爐。前期投入成本主要包括購置、安裝、配套設施、電力增容等費用。以發熱量為0.7 MW的常壓熱水鍋爐為例，幾種類型鍋爐的投資成本分析見表1。

由表1可以看出，天然氣鍋爐設備及安裝初投資最低，但由于天燃氣接入費用無法確定，結合太原局2017年清潔能源改造實際情況，該項費用在初投資中所占比重較大，甚至超過設備投資。故總體來看燃油鍋爐、生物質燃料鍋爐初投資較低。

2.2 鐵路沿線偏遠地區冬季供暖能源現狀特點

（1）天然氣接入困難。多數鐵路站區遠離城區，且遠離燃氣管線或無燃氣管線通過，造成天然氣接入困難。

（2）電力增容困難。鐵路沿線站區供電主要來自10 kV配電所，配電所設置遠離站區。且對于供暖面積在3000 m2以上的多數站區，使用空氣源熱泵機組或電鍋爐，用電量較大，均在200 kW以上，站區配電所很難滿足。而利用地方電源需經過實際測算，同樣面臨供電距離遠、用電量大的現狀，造成電力增容費用巨大。

（3）燃油成本過高。由運行成本分析比較看出，燃油鍋爐運行成本最高，是燃煤鍋爐運行成本的3倍。

（4）空氣源熱泵適用范圍受限。空氣源熱泵作為一種新型節能環保供暖設備，與傳統的電加熱或燃煤、燃氣鍋爐相比，可以節省75%的能量。但在冬季氣溫較低的寒冷地區，空氣源熱泵普遍存在制熱量不足、結霜嚴重的問題，特別是在室外氣溫低于-20℃，機組無法啟動。太原局大同地區曾安裝過幾臺空氣源熱泵機組，由于大同地區冬季平均氣溫-16℃，最冷時達到-25℃，空氣源熱泵機組運行效果很不理想。

3 生物質鍋爐的優勢及應用

3.1 生物質燃料

表1 幾種鍋爐的投資成本分析

（1）秸稈、稻殼、花生殼、玉米芯、鋸末、木屑等農作物廢棄物都是具有一定能量的生物質燃料，可通過采用擠壓成型技術，將形狀、尺寸、種類不一有各類廢棄物制作成規格統一、密度較大的固體燃料。生物質顆粒的直徑一般在（6～10）mm，長度為其直徑的4～5倍。在制作過程中，主要是以壓縮變化為主，其中的元素組成和微觀結構與原來的生物質基本相同，但密度可達（1.1～1.4）t/m3，能量密度可達到中質煤水平，而且便于運輸和貯存。

（2）生物質燃料具有燃點低、熱值高、燃燒排放環保的特點。我國生物質能富集區常見的各種生物質燃料熱值在（17 580～20 092）kJ/kg，生物質燃料中碳含量集中在35%～42%，氫含量較低，為3.8%～5%，而造成主要污染物的氮含量不到0.5%，硫的含量不到0.07%。

（3）生物質能源除具有綠色、低碳、清潔的優點外，還具有可再生能源特點。歐洲在使用生物質能源方面有一些值得我國可借鑒的東西，特別是北歐國家特別注重環保，生物質成型燃料消費量占全球的一半以上，其中瑞典生物質成型燃料供熱約占該國供熱能源消費總量的70%。不僅保護了環境，還為農業生產創造可持續發展的商機。

3.2 生物質鍋爐

（1）生物質鍋爐是指以生物質能源作為燃料的鍋爐，現在大多指將固體生物質顆粒作為燃料直接燃燒的鍋爐，目前市場上有多種型號生物質鍋爐，按燃料品種可分為木質顆粒鍋爐和秸稈顆粒鍋爐，按應用場合可分為家用型和商用型。主要用于家庭和公共場所的熱水、洗浴和取暖。

生物質鍋爐由于燃料為生物質燃料且結構合理，燃料點火容易、升火較快，通過技術手段解決封火消耗，能迅速形成高溫區，鍋爐煙塵排放的原始濃度低，基本達到無煙化完全燃燒的效果，不會冒黑煙，燃料利用率得到提高，鍋爐出力基本達到或甚至超過一般燃煤狀態時的水平，具有較好的經濟、社會和環境效益。

（2）生物質鍋爐的優點。生物質鍋爐燃燒充分，燃燒效率高。近年來，生物質鍋爐在結構設計上有了許多合理的改進，相對傳統燃煤鍋爐爐膛空間較大，高溫煙氣在爐膛內保持著穩定燃燒有狀態，利用往復爐排，同時布置非常合理的二次風，煙氣停留時間長，有利于生物質燃料燃燒充分。煤的燃燒效率一般為70%左右，而生物質燃料的燃燒效率可達90%。

生物質鍋爐自動化程度高：目前，生物質鍋爐大多采用數字集成控制器，可按用戶設定自動控制燃燒工況，操作簡單方便，自動點火，自動上料，自動清灰，減少工人的勞動強度，極大改善勞動環境。同時，生物質鍋爐的爐型設計，燃料不易結焦，減少了鍋爐損耗，延長鍋爐使用壽命。

3.3 生物質鍋爐改造技術

（1）生物質燃料的特點。生物質燃料是一種可再生的能源，具有產量巨大、分布廣泛、低硫、低氮、生長快、二氧化碳排放低的特點。生物質燃料燃燒主要由3個條件控制：①一定的溫度；② 一定量的空氣（氧氣）；③燃料與空氣（氧氣）的混合程度。

（2）鍋爐改造方案。經太原局部分生物質鍋爐運行實際測試及改造經驗，要提高燃燒效率，應根據生物質燃燒階段性特點，需適時加大鍋爐鼓風量，側部安裝二次送風設備和風管，及時、合理、有效補入二次風量，并安裝與除塵系統相匹配的引風機，適當增加引風機的引風量，確保鍋爐系統能正常運行。

3.4 生物質鍋爐運行時的注意事項

生物質鍋爐相對于傳統鍋爐，具有更為復雜的燃料結構。根據國內外生物質鍋爐使用經驗來看，還存在的諸多問題，比如生物質燃料水分大、密度高、揮發分溢出速度慢，不易著火燃燒，容易冒黑煙。

所以為了保證鍋爐燃燒正常運行，在運行時須注意根據鍋爐運行時實際燃料的消耗量調整上料機的燃料供給量。高溫裂解室內（爐膛內）燃料未燃盡，鼓、引風機不得停止運行。運行中突然停電時，必須及時清除高溫裂解室內（爐膛內）的燃料。停爐前，不得再添加生物質燃料。除此以外，還對設備使用人員提出更高要求，需要定期清理爐膛、煙管雜物和灰渣。

4 結束語

做好散煤治理和清潔供暖工作責任重大、任務艱巨，應采取多種方式打贏藍天保衛戰，全力保障和改善民生。我國生物質燃料資源十分豐富，特別是北方生物質能富集地區，生物質能源利用潛力巨大。按照國家能源局關于印發《生物質能發展“十三五”規劃》的通知，到2020年，生物質成型燃料年利用量3000萬t。目前生物質成型燃料供熱產業處于規?；l展初期，成型燃料機械制造、專用鍋爐制造、燃料燃燒等技術日益成熟，具備規?；?、產業化發展基礎。而太原局鐵路沿線偏遠地區，因地域條件有限，對天然氣、電力接入困難的站區推廣使用生物質鍋爐，具有很強的實用性和建設性，既能減少企業成本支出，又能滿足環保要求，彰顯企業社會責任，經濟、環保、社會效益顯著，可謂一舉多得。