王小聰，李茂東，黎華，張振頂

（廣州市特種承壓設(shè)備檢測研究院，廣州510100）

　　摘要：生物質(zhì)顆粒層燃工業(yè)鍋爐的節(jié)能減排技術(shù)主要取決于生物質(zhì)顆粒燃料特性、鍋爐系統(tǒng)和燃燒技術(shù)。介紹了生物質(zhì)顆粒燃料特性、生物質(zhì)顆粒層燃鍋爐和燃燒技術(shù)特點，并結(jié)合一臺DZW6－1.25型生物質(zhì)顆粒層燃鍋爐能效測試說明生物質(zhì)顆粒層燃技術(shù)在工業(yè)鍋爐應(yīng)用的高效低污染燃燒的節(jié)能環(huán)保技術(shù)優(yōu)點。

　　1環(huán)保高效型生物質(zhì)顆粒燃料

　　生物質(zhì)能作為一種清潔能源，具有可再生和環(huán)境友好的雙重屬性。發(fā)展生物質(zhì)能有利于緩解我國能源緊張的局面，并且能減少溫室氣體的排放和保護生態(tài)環(huán)境。生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)是指在一定溫度和壓力作用下，將農(nóng)作物壓縮為棒狀、塊狀或顆粒狀等成型燃料，體積縮小1/8～1/6，密度為1.1～1.4t/m³，1t生物質(zhì)成型燃料相當于0.55～0.6t標準煤或0.4t柴油/燃料油，既改善了燃燒性能，又提高了利用效率，是我國生物質(zhì)能主要發(fā)展方向之一。生物質(zhì)中灰分比重低、含硫、氮量少和揮發(fā)分含量高，其制成的顆粒燃料燃燒可實現(xiàn)低SO₂和NO_x排放。

　　生物質(zhì)顆粒燃料，通常為圓柱形，直徑一般不大于25mm，長度不大于其直徑的4倍，常見的直徑尺寸有6，8，10mm。生物質(zhì)固體成型燃料由可燃質(zhì)、無機物和水分組成，主要含有碳、氫、氧及少量的氮和硫等元素。生物質(zhì)成型燃料含碳量少（約為40％－45％），尤其固定碳的含量低，含氫量多，易于燃燒；含硫量較少，燃燒時不必設(shè)置煙氣脫硫裝置，既降低了企業(yè)處理脫硫成本，又有利于環(huán)境的保護；含氮量較低，NO_x排放少；揮發(fā)分高，生物質(zhì)燃料中碳多數(shù)和氫結(jié)合成低分子的碳氫化合物，遇到一定的溫度后熱分解而析出揮發(fā)。燃燒過程可分為干燥脫水、揮發(fā)分析出、揮發(fā)分燃燒、焦炭燃燒和燃燼5個階段。生物質(zhì)成型燃料與散碎生物質(zhì)燃料相比具有儲運方便，燃燒穩(wěn)定，燃燒持續(xù)時間長，燃燒效率高，煙氣中污染物含量少等優(yōu)點。另外，灰分為煙煤的1/4～1/10，燃燒特性優(yōu)于煤炭。

　　2生物質(zhì)顆粒燃料在工業(yè)鍋爐的燃燒應(yīng)用

　　生物質(zhì)顆粒燃燒的鍋爐型式主要為流化床鍋爐和層燃鍋爐。流化床生物質(zhì)鍋爐受熱面容易磨損，且運行成本較高，而采用層燃技術(shù)開發(fā)的生物質(zhì)顆粒鍋爐，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，投資和運行費用都相對較低，因而受到很多小企業(yè)的青睞，最近，國內(nèi)許多研究單位根據(jù)所使用的生物質(zhì)燃料的特性，開發(fā)出了各種類型生物質(zhì)層燃爐。近年來隨著環(huán)保要求的不斷提高，燃煤工業(yè)鍋爐改造燃生物質(zhì)顆粒層燃工業(yè)鍋爐的例子在一些地方日益增多，以生物質(zhì)顆粒為燃料的層燃鍋爐在未來開發(fā)利用空間巨大。

　　以生物質(zhì)顆粒為燃料的常見層燃工業(yè)鍋爐系統(tǒng)包括給料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)和自控系統(tǒng)。給料系統(tǒng)由料倉、振動給料器、螺旋給料機等部件組成。生物質(zhì)顆粒燃料通過皮帶運輸機轉(zhuǎn)存到料倉中，然后通過螺旋給料機由螺旋給料管輸送到爐膛燃燒。燃燒系統(tǒng)由燃燒器、風(fēng)機、點火器等部件組成。生物質(zhì)顆粒燃料含有較高的揮發(fā)分，當爐膛內(nèi)溫度達到其揮發(fā)分的析出溫度時，在給風(fēng)的條件下啟動點火器燃料就能夠迅速著火燃燒，可通過給料量的調(diào)整來進行調(diào)整和控制鍋爐負荷。燃燒后的煙氣通過爐膛進入對流煙道進行換熱，然后進入除塵器進行凈化處理，最后排出完成整個燃燒和傳熱過程。鍋爐配有全自動吹灰裝置，可以定時對爐膛和煙管進行吹掃，保證煙管表面不出現(xiàn)積灰，從而實現(xiàn)鍋爐的安全高效運行。鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)與燃燒器一體化布置，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機通過燃燒器送至爐膛，來達到輸送燃料及助燃的作用。控制系統(tǒng)以PLC控制系統(tǒng)為中央控制單元，實現(xiàn)鍋爐全自動操作運行。

　　生質(zhì)物顆料層燃鍋爐最常采用爐排層狀燃燒，由于爐排面積較大，爐排運行速度可調(diào)整，且爐膛有足夠懸浮空間，能延長生物質(zhì)在爐內(nèi)的停留時間，有利于生物質(zhì)顆粒的完全燃燒。顆粒經(jīng)給料系統(tǒng)首先進入往復(fù)爐排預(yù)熱區(qū)，由于受高溫?zé)煔獾妮椛渥饔茫谶M入主爐排前，料層溫度已接近引燃值，大大提前了引燃位置，在一次配風(fēng)擾動下，逐步地進行干燥、熱解、燃燒及燃燼過程，隨后在爐排的末端經(jīng)過一段落差掉入碎渣機，然后經(jīng)螺旋冷渣機排出爐外。

　　3實例分析

　　3.1鍋爐概況

　　某企業(yè)一臺型號為DZW6－1.25顆粒生物質(zhì)工業(yè)鍋爐為臥式水火管布置，額定蒸發(fā)量6.0t/h，額定蒸汽壓力1.25MPa，額定蒸汽溫度194℃，給水溫度20℃。燃燒方式采用往復(fù)爐排層燃方式。燃燒裝置由主機系統(tǒng)、生物質(zhì)顆粒燃料輸配系統(tǒng)、燃燒配風(fēng)系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)、給回水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等八大系統(tǒng)所組成。鍋爐點火、給料、燃燒、給水、負荷調(diào)節(jié)、安全保護等均為自動控制。鍋爐尾部除塵采用二級除塵技術(shù)結(jié)合。

　　3.2生物質(zhì)顆粒燃料

　　采用秸稈、木屑等農(nóng)林廢棄物作原材料，經(jīng)過粉碎、烘干、混合、擠壓等工藝，制成顆粒狀燃料，其桿狀成型燃料橫截直徑為8mm，長度為26mm。燃料成分見表1。

　　3.3能效測試及節(jié)能減排分析

　　顆粒堆積厚度、顆粒堆積密度、過量空氣系數(shù)、一二次風(fēng)配比和爐排速度等燃燒技術(shù)參數(shù)影響著生物質(zhì)顆粒的燃燒效率和污染物排放。根據(jù)顆粒燃料成分、爐排面積、爐膛結(jié)構(gòu)特點和受熱面布置等因素確定各燃燒技術(shù)參數(shù)。為研究顆粒生物質(zhì)工業(yè)鍋爐在實際工況下的的熱效率及污染物排放特性，在熱工穩(wěn)定的情況下，按規(guī)程進行能效測試，測試結(jié)果匯總見表2，煙氣成分排放見表3。

　　在過量空氣系數(shù)1.65的情況下，平均熱效率達83.94％，爐渣含碳0.64％說明一次風(fēng)配比能夠較好滿足顆粒生物質(zhì)燃料在爐排上的燃燒。CO、SO₂、NO_x和C_mH_n排放量分別為94.8，1.7，256.5，128.6mg/m³屬較低排放量值。在保證揮發(fā)分充分燃燒的同時，既保證了鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，又降低污染物排放。

　　4結(jié)論

　　1）生物質(zhì)顆粒是一種新型清潔燃料，高效環(huán)保特性能較好地適應(yīng)爐排爐的層狀燃燒。由于其含硫和含氮量低，生成的SO₂和NO_x少。

　　2）本文DZW6－1.25型顆粒生物質(zhì)爐排爐在實際工況下的測試平均熱效率為83.94％，SO₂、NO_x和C_mH_n排放量分別為1.7，256.5，128.6mg/m³，既保證了鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，又實現(xiàn)低污染物排放。