生物質成型燃料鍋爐和生物質捆燒直燃鍋爐的比較

劉鳳磊，張懷雨，萬顯君

(海倫市利民節能鍋爐制造有限公司，海倫152300)

0 引 言

近年來，隨著我國經濟不斷的發展，能源短缺，生物質能逐漸被利用起來，生物質能僅次于煤炭、石油、天然氣，已然成為世界能源消費總量的第四位能源，生物質能作為世界上最廣泛的可再生能源，生物質能可能會成為未來可持續能源系統的重要組成部分。

農作物秸稈，作為生物質能之一，農業生產的副產品，多被棄置于田間地頭，有一部分被作為農戶炊事，剩下一部分被露天焚燒，造肥還田，這不僅使大氣環境受到了污染，損害身體健康，還白白浪費了資源。我國對此情況也采取了相關措施，鼓勵號召對農作物秸稈進行研究和開發，目前，將其加工成生物質燃料，使其逐漸代替燃煤，能夠廣泛的適用于生活爐灶、熱水鍋爐、工業鍋爐等。

供給鍋爐燃燒的生物質燃料有兩種，一種是將農作物秸稈加工成生物質成型燃料，如生物質顆粒、生物質壓塊等；另一種是把農作物秸稈直接打捆。兩種方法根據鍋爐燃料需求的形式也就不同，使得鍋爐結構也就不同，從而導致使用效果也就不同。

1 生物質成型燃料鍋爐

生物質成型燃料鍋爐有兩種形式，一種是硫化床，另一種是層燃鍋爐，前者設備龐大，耗電量較高，鍋爐給料和除灰都存在著一定的問題，不如層燃鍋爐尺寸小，給料比較方便，耗電量小，容易操作，可保證鍋爐效率達到國家節能標準要求，且達到環保要求的SO2、NOx和排塵濃度，比燃煤不用或少用一些設備。因而國內燃燒生物質成型燃料鍋爐采用層燃的比較多。

(1)鍋爐設計是以燃料性質為依據，就是說燃料的成分，碳、氫、氧、氮、硫、水分、灰分和揮發份多少，決定鍋爐的性能、結構、燃燒、傳熱等技術。因而燃生物質成型燃料的層燃鍋爐與燃煤的層燃鍋爐相比較，有很大的不同。燃煤的層燃鍋爐和燃生物質層燃鍋爐，燃煤的層燃鍋爐不經改造和完善是達不到燃料完全燃燒和環保效果。

(2)生物質成型燃料燃燒的性質之一是灰熔點比較低，為防止燃燒時結焦，爐膛溫度需要較低溫度，要比燃煤鍋爐爐膛溫度低，因而燃生物質成型燃料鍋爐爐膛受熱面布置與燃煤不同。

(3)生物質成型燃料揮發份比較高，燃燒需要爐膛容積要比燃煤大比較大。

(4)生物質造粒鍋爐揮發份比較高，著火容易，因而爐膛拱的結構與燃煤鍋爐有很大的不同。

(5)生物質成型燃料燃燒因揮發份遠大于煤的揮發份，揮發份是在爐膛空間燃燒，一旦配風組織不好，一是揮發份燃燒不完全，浪費能源；二是形成碳黑，使鍋爐的煙氣黑度不能滿足環保要求，因而為揮發份能充分燃燒，生物質成型燃料鍋爐必須配備合適的二次風。

(6)為減少生物質燃燒時產生的NO2，生物質成型燃料鍋爐必須選擇合適的一次風量和二次風量，并采取分段送風，以降低NO2的形成。

(7)生物質燃燒在對流受熱面也易積灰，生物質成型燃料鍋爐最好是采用高效傳熱元件——螺紋煙管，既提高傳熱系數，又能節約鋼材，更主要的是鍋爐對流受熱面可做到不積灰，可不采用吹灰器，鍋爐的熱效率和力會終生不變。

(8)生物質成型燃料鍋爐燃燒后的大部分灰變成灰渣，由鍋爐尾部除渣清除。只有30%的非灰隨煙氣一起流動，由于鍋爐爐膛設置重力除塵和慣性除灰結構，30%的非灰又在爐膛可降低50%，余下的灰很少，在鍋爐出口處對一些生物質成型燃料可不設置除塵器也可達到國家要求的排塵。

(9)節能效果好。生物質鍋爐的效率一般都在80%以上，有的達到了88.3%，達到或超出節能標準要求。

(10)環保效果好。生物質燃料燃燒后可實現CO2零排放，NOx微量排放，SO2排放量，煙塵排放量均低于《鍋爐大氣污染物排放標準》排放濃度遠低于國家標準。

生物質成型燃料鍋爐，是集先進的設計理念、先進的技術和結構、優化的工藝參數為一體，是一種適應生物質成型燃料的新型鍋爐。比較各種生物質燃料層燃鍋爐，能滿足上述2到8款要求的爐型當屬新型水火管鍋爐，事實上，已開發和運行的生物質燃料層燃鍋爐也大多是是這種爐型。此型鍋爐運行穩定，經濟、環保。

2 生物質捆燒直燃鍋爐

生物質捆燒直燃鍋爐相較于燃煤鍋爐，取材簡單，在農作物收獲之后，剩下的農作物秸稈散落在田地之間，通過加工，將散落的秸稈進行打包或者打捆，暫存于田地之間，通過運輸，分期分批的拉運離田，再將加工后的秸稈捆統一存放，保證不會影響到下一次種植農作物即可。

(1)由于生物質燃料是將農作物秸稈進行加工，讓散裝的秸稈制造成捆狀，使其密度增加，由于其結構特征，降低了揮發分的溢出速度，同時也降低了其點火性能，但仍要比生物質成型燃料或燃煤的點火性能要高。

(2)通過上料裝置，將打包或打捆的生物質燃料送至鍋爐當中，首先通過破包裝置對成捆的燃料進行破包，在破包的過程中，還能起到烘干燃料的作用，使燃料水分降低，燃燒的更為充分，破包后的燃料，以散裝的形式進入鍋爐的燃燒區域，進行燃燒。

(3)在捆狀生物質燃料開始燃燒時，由于其揮發分分解速度較慢，隨著揮發分的燃燒，剛開始會有一些爆燃，然后持續燃燒，當燃燒程度燃燒到揮發分中可燃氣體后，會釋放出較大的熱量，具有足夠熱量時，就能夠及時的把熱量傳遞給鍋爐的受熱面。

(4)在生物質燃料開始燃燒的過程中，容易產生沒有完全燃燒的可燃物顆粒，若氧氣不足，會使一部分可燃物顆粒再缺氧的條件下燃燒，若使其隨煙氣排出，會使爐膛內燃燒不充分，熱力不均，會影響到鍋爐的熱效率，因此，必須配備二次風裝置，不但為爐膛內提供了足夠的氧氣，還使燃料充分燃燒，提高了燃燼率和熱效率，降低飛灰含碳量，起到了消煙除塵的效果，使鍋爐達到節能、高效、環保等效果。

生物質捆燒直燃鍋爐，將秸稈大包在爐內破包后，經過低溫燃燒、氣化燃燒、分級給氧、實現高效燃燒。首先，生物質燃料在氣化室底部燃料層進行缺氧燃燒，生成熱解氣和半焦；然后，在負壓作用下，氣化室熱解產生的還原性氣體通過半焦層進入主燃燒室，并在生物質半焦層的催化作用下，使得還原性氣體CO、H2、CH4等與SOx經過復雜的反應，將NOx還原成無害的N、CO2和H2O，從而降低NOX排放濃度。通過低溫燃燒，分級給氧，使可燃氣體燃盡，從而解決了生物質燃料結焦難題，提高了燃燒效率。相對傳統層燃鍋爐，秸稈打捆直燃解耦燃燒鍋爐熱效率高達86%，NOx排放減少40%-50%，排放濃度低于300 mg/m3；煙塵排放減少50%，配合布袋除塵，煙塵排放濃度低于50 mg/m3，林格曼黑度小于1。鍋爐煙塵、SO2、NOx、林格曼黑度均達到GB13271-2007《鍋爐大氣污染物排放標準規》的要求。

生物質捆燒鍋爐與傳統的燃煤鍋爐相比較，過去使用傳統燃煤鍋爐，溫度不易控制。按照700元/t的平均煤價，用煤量近4 000 t，燃料所用費用近280萬左右。改用秸稈打捆直燃鍋爐，干凈方便，室溫穩定，既經濟實惠，又環保節能。

3 生物質成型燃料鍋爐和生物質捆燒直燃鍋爐的比較

生物質成型燃料鍋爐和生物質捆燒直燃鍋爐的研究設計，可以說是解決了秸稈露天焚燒導致的環境污染問題，兩者相較于傳統的燃煤鍋爐來講，更加節能環保，經濟實惠。接下來本文會通過對照表，以及實際案例，來將生物質成型燃料鍋爐與生物質捆燒直燃鍋爐進行比較。

4.2 MW(6 t/h)熱水鍋爐運行成本對照表

根據上表所示，我們可看出，燃煤鍋爐的熱值最高，每平方米所消耗燃料數量為最少，但是，燃料價格與燃料消耗成本都要高于生物質燃料鍋爐，而其中還多出一項環保成本的預算，這使得本就高于生物質燃料鍋爐的燃煤鍋爐，其運行成本又多出了一部分；生物質成型燃料鍋爐在三者對比中，屬于居中位置，無論是從燃料的發熱值、燃料價格、運行成本的角度來看，都是處在兩者之間，而且作為生物質鍋爐，省去了環保成本的開銷；生物質捆燒直燃鍋爐，其熱值雖低于前兩者，但燃料價格及運行成本要低出很多，而且消耗燃料多，這樣更會促進生物質秸稈的使用，大量消耗了田地的農作物秸稈，既能減少露天焚燒的現象發生，還能充分利用起來，變廢為寶。

生物質捆燒燃料相較于生物質成型燃料，省去了中間加工成壓塊或者顆粒的過程，這樣一來，省去了大量的成本及費用，還節省了電力、人力等資源。不僅如此，生物質成型燃料在高溫燃燒下，易產生結焦的現象，然而生物質捆燒直燃鍋爐通過解耦燃燒技術，能夠很好的解決這個問題。

同樣，生物質成型燃料相較于生物質捆燒燃料而言，具有體積小、方便運輸、壓縮比大等優點，具有這些特性的生物質成型燃料，它的用途不僅可以用在大型供熱取暖鍋爐，更適用于民用小型采暖鍋爐。

無論是生物質成型燃料，亦或是生物質捆燒直燃鍋爐，兩者相比較，各有千秋。作為鍋爐應用的能源，化石燃料已是越用越少，并對環境污染嚴重，然而生物質燃料是“一歲一枯榮，春風春又生”的可再生燃料，更是有著環保效果和節能效益的燃料。所以將生物質燃料鍋爐推廣，是我們現有目標的重中之重。