李榕根

（廣州市特種承壓設備檢測研究院，廣東 廣州 510100）

　　摘要：生物質成型燃料是一種具有較大發展潛力的可再生能源，但由于生物質成型燃料特殊的燃燒特性，生物質成型燃料鍋爐的熱效率是制約其利用的關鍵因素。本文綜述了近年來提高生物質成型燃料燃燒鍋爐熱效率的研究進展，并對生物質成型燃料鍋爐未來的研究方向作出了預測。

　　1引言

　　隨著近年來農村經濟不斷發展，大量剩余秸稈被遺棄在田間地頭，有些地區甚至將剩余秸稈在田間地頭焚燒，既浪費資源，又引起了嚴重的空氣污染^[1]。而如果將農作物秸稈用機械加壓的方法擠壓成質地致密、形狀規則的成型燃料，則儲存運輸方便，且燃燒特性比原生物質有較大改善。另一方面，目前大中城市已基本取締2t以下的燃煤鍋爐，這些鍋爐要繼續使用就必須改用清潔燃料。雖然改用油可避免此問題，但油成本的較高，給企業帶來了嚴重的經濟負擔，而生物質成型燃料的成本較低，因此將生物質成型燃料用于原有的鍋爐，不僅可以延長這些小鍋爐的使用壽命，而且為生物質成型燃料的清潔利用提供了機遇^[2]。

　　因此，生物質成型燃料有較好的應用前景。近年來有許多科研單位根據生物質成型燃料的特點，設計符合其燃燒特性的燃燒設備。圍繞這些生物質成型燃料鍋爐的設計和試驗，研究者提出了許多提高生物質成型燃料鍋爐熱效率的措施，本文將這些進展進行了的梳理，總結出了較完整的提高生物質成型燃料鍋爐熱效率的原則，有助于生物質成型燃料鍋爐的高效利用^[3]。在介紹提高熱效率之前，有必要先對生物質成型燃料的特點進行說明。

　　2生物質成型燃料的特點

　　由于生物質成型燃料的揮發分遠高于煤，而固定碳遠低于煤。由于生物質成型燃料揮發分較多且逸出速度較快，因此易于點火，但其含碳量少，不耐燒，因此易造成供氧量先不足后過剩的問題，因此生物質成型燃料需要采用分步燃燒以緩解燃燒速度，以達到供氧量和需氧量的平衡^[4]。另外，由于生物質成型燃料的結渣問題較為嚴重，劉圣勇等^[5]采生物質成型燃料雙層爐排燃燒設備，研究了結渣率與爐膛空氣過量系數、爐膛溫度、燃料粒徑和燃料層厚度等因素的關系，結果表明：燃料燃燒時，鐵在氧化層中以Fe³⁺形式存在，由于Fe³⁺的共熔體的灰熔點高于1500℃，不易結渣，而鐵在還原層中以Fe²⁺形式存在，Fe²⁺的共熔體熔點低，易結渣；結渣率隨著爐膛空氣過量系數、爐膛溫度、燃料粒徑和燃料層厚度等因素的增大而增大，為使結渣率較低，應保持爐膛過剩空氣系數為1.5以下，爐溫為984℃以下。

　　3生物質成型燃料鍋爐熱效率的提高

　　已有的試驗結果表明^[4，6-8]，生物質成型燃料鍋爐的熱損失主要為排煙損失和散熱損失，不完全燃燒損失較少，因此提高鍋爐的熱效率主要從降低排煙損失和散熱損失著手。

　　從河南農業大學的I型生物質成型燃料鍋爐的熱損失數據中可看出^[4]：排煙損失較高的主要原因是排煙溫度較高（225℃），另外根據生物質點火特性好的特點，通過適當降低過剩空氣系數也可降低排煙損失；散熱損失較高的原因是爐膛特別是上爐膛溫度偏高，原因可能是輻射受熱面積偏小。針對這兩個問題，河南農業大學進行了以下改進^[9]：（1）為降低排煙溫度，將對流受熱面置于上鍋筒內，這樣擴大了水容量，增加了煙道長度，使煙氣和水充分換熱，同時降低了爐膛過剩空氣系數（1.2降為1.0）；（2）為降低爐膛溫度，降低了設計爐排面積熱強度（430kW/m²降為350kW/m²）和設計爐膛容積熱負荷（380kW/m²降為348kW/m²），為進一步降低上爐膛溫度，將I型的水箱改為上下兩個鍋筒，上鍋筒部分置于上爐膛的上方，增加輻射受熱面積。試驗結果表明：II型鍋爐與I型鍋爐相比，排煙溫度由225℃降低到196℃，排煙損失由11.5%降低到9.76%，散熱損失由5.5%降低到4.41%，熱效率由81.2%提高到84.3%，且排煙濃度和有害氣體排放量均有所降低。

　　王曉東等^[10]對生物質成型燃料熱水鍋爐進行了正反平衡分析，計算結果表明：利用可避免損失概念計算得出的生物質成型燃料鍋爐燃燒部位的效率僅為42.6%，表明燃燒不充分，傳熱部位和排煙部位的效率雖然分別有86.2%和92.1%，但仍存在改進空間，可通過改善受熱面和余熱回收來提高傳熱效率和排煙效率。

　　總體來說，已有的生物質成型燃料鍋爐通過選擇爐排數目、采用下吸式燃燒方式的方法能使之較適合成型燃料燃燒，通過優化設計條件能合理降低排煙溫度和爐膛溫度，降低了排煙損失和散熱損失，但目前試驗鍋爐的部分參數是按煤的標準或按經驗確定的，較大程度地導致了鍋爐的運行參數與設計參數存在差別，因此很有必要盡快通過試驗確定設計參數，以提高設計精度^[7]。

　　4結語

　　生物質成型燃料特別是農作物秸稈成型燃料，在目前我國國情下，其供應充足且有較大需求，具有廣闊的應用前景。目前制約生物質成型燃料利用的關鍵因素是生物質成型燃料鍋爐熱效率的提高。雖然近年來通過對相關設備的開發和試驗已有不少提高熱效率的方法，但由于生物質成型燃料鍋爐的設計標準仍非常缺乏，導致試驗的結果與設計值仍有偏差，因此很有必要制訂生物質成型燃料鍋爐的設計標準和試驗方法，以更好地指導鍋爐的設計從而提高熱效率。

　　參考文獻

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　　[10]王曉東，武少菁，劉圣勇etal.新Ⅱ型生物質成型燃料熱水鍋爐的正反平衡分析[J].農業機械學報.2009，(03)：112-116+102.