生物質鍋爐回收水蒸氣及其潛熱的研究

(山東科技大學機械電子工程學院，山東 青島 266590)

1 生物質鍋爐回收煙氣中水蒸氣及其潛熱的可行性

生物質燃料中通常含有比煤、石油、天然氣等化石燃料更多的水分，若生物質燃燒后煙氣中水蒸氣含量較高，則排煙中可回收的水蒸氣潛熱份額會很大。在一定范圍內，過量空氣系數越小，余熱回收率越高，排煙熱損失也越低。文中通過得出采集木質類、秸稈類、海藻類生物質的一些基本數據[8-12]對生物質鍋爐回收煙氣中水蒸氣及其潛熱的可行性進行研究分析。生物質燃料的基本性質參數，松木、條滸苔、稻稈與空氣完全燃燒時的反應式分別如式(1)—(3)所示。同時，通過計算，分別得到了松木、條滸苔、稻稈在不同水分含量，不同過量空氣系數的情況下的煙氣中水蒸氣體積百分比，如圖1-3所示。

N2→CO2+0.75H2O+3.856N2

(1)

N2→CO2+1.65H2O+4.044N2

(2)

N2→CO2+1.2H2O+2.821N2

圖1 松木的水分含量與煙氣中水蒸氣體積含量的關系

圖2 條滸苔的水分含量與煙氣中水蒸氣體積含量的關系

(3)

圖3 稻稈的水分含量與煙氣中水蒸氣體積含量的關系

從圖1-3中看出，在相同的過量空氣系數下，隨著生物質燃料水分含量的增加，煙氣中水蒸氣體積含量呈上升趨勢；在生物質水分含量相同的情況下，隨著過量空氣系數的增加，煙氣中水蒸氣含量降低。以收到基水分含量為15%，過量空氣系數α=1.1為例，松木燃燒后的煙氣中水蒸氣體積約占17%，條滸苔燃燒后水蒸氣體積約占25%，稻稈燃燒后水蒸氣體積約占28%。從計算結果可以看出，在一定條件下，可以將煙氣中的水蒸氣冷凝熱回收，減少排煙熱損失，從而提高能源利用率，并且水蒸氣所占體積含量最高的稻稈作為生物質燃料尤為合適。與煤、天然氣這種化石燃料相比，生物質燃料回收廢熱，提高鍋爐熱效率更有優勢，更容易實現。常規的生物質鍋爐都是采用直接燃燒，一般過量空氣系數α=1.6，而氣化燃燒中過量空氣系數可以降到α=1.1，我們可以通過采用上吸式氣化爐先將生物質燃料氣化成可燃氣。氣化燃燒降低了過量空氣系數，使得冷凝熱的利用成為可能，回收水蒸氣及其潛熱不僅可以提高生物質熱效率，冷凝水還可以帶走一部分有害氣體，減少污染物的排放。另外，生物質揮發份多，堿金屬含量高，燃燒后會產生很多灰塵，在生物質氣化過程中堿金屬已經被冷凝吸附處理，所以在后面的過程中灰塵大大減少，結焦積灰現象減少，排煙溫度有效降低，從而排煙熱損失會大大降低。

2 結束語

持續的霧霾天氣，對人們的生活和健康造成了嚴重的影響。為了改善環境問題，我國大力推廣天然氣能源，但是我國能源形勢日趨緊張。為了彌補清潔的天然氣能源日漸匱乏的現狀，且為響應國家節能減排的大趨勢，走生物質能可持續發展道路是很有前景的。為研究生物質鍋爐回收冷凝水及其潛熱的可行性，對3種不同的生物質在不同工況下燃燒后的煙氣的冷凝回收進行了理論計算。計算結果表明：燃燒后煙氣中的水蒸汽體積分數松木約為13%～22%，稻稈約為13%～23%，條滸苔約為17%～27%。說明生物質鍋爐回收冷凝水及其潛熱來提高熱效率的方法具有很大的潛力和實際的應用價值。