戚勝¹，高旭²，李想¹

(1.吉林化工學院機電工程學院，吉林吉林132012；2.吉林市特種設備檢驗中心，吉林吉林132013)

　　摘要：對我國能源利用現狀進行了分析，將生物質燃料與傳統燃料特性進行了對比。詳盡的闡述了生物質燃料在利用中存在的客觀問題及解決方法，最后對改進后的小型蒸汽鍋爐進行了能效測試，通過測試對改造后的生物質鍋爐運行水平給出了綜合評價。

　　鍋爐作為能源轉換的主要設備，每年燃料的消耗量數以億噸計。工業鍋爐作為鍋爐中重要的組成部分，據不完全統計數量可達50多萬臺，其耗煤量約占我國總耗煤量的三分之一左右。由于工業鍋爐自身的特點(機械化程度低、運行水平差、設備陳舊和司爐工水平參差不齊等因素)，造成了其效率低下，嚴重的污染了環境。隨著我國霧霾現象頻出，人類的環保意識不斷增強，如何在源頭上抑制污染物的排放成了重中之重。生物質燃料作為煤的替代品逐步進入到人們的視野當中。

　　與傳統的燃料煤相比，其具有揮發分高(約是煙煤的2～3倍)易于燃燒和灰分含量低(約是煙煤的十分之一至四分之一左右)易于燃盡的特點，且發熱量約為標煤的55％；燃燒后的產物中SO_X和NO_X等有害氣體的含量較少，灰塵排放量要比煤小很多；其另外一個顯著地特點是CO₂的零排放，可見生物質是一種可再生的清潔燃料。

　　1生物質能源利用存在的主要問題

　　我國是農業大國，每年可燃生物質的產量達數十億噸，僅秸稈一項，每年可以達到7億噸，可折合成4億噸標準煤的熱值，可見生物質能的充分利用對能源保護起著至關重要的作用。但由于生物質自身特點，也存在著一些不利因素，主要體現在以下幾個方面(以秸稈為例)：

　　(1)產生的季節性較強，且由于地域差距，產量也不盡相同，不利于生物質的工業化和規模化。

　　(2)在收割和運輸方面的成本較高，且收購費用偏低，客觀的降低了生物質材料收集的積極性，大多數的秸稈在田地中被當做肥料點燃，產生了大量的濃煙，對環境造成了巨大的破壞。

　　(3)密度較小(約為200～350kg／m³，約為煤的四分之一左右)，所占體積龐大不利于運輸。

　　(4)儲存不方便。生物質中所含水分較多，潮濕的生物質進入爐膛后會降低爐膛溫度，延長生物質的干燥時間，降低其低位發熱量，同時提高了排煙熱損失，不利于爐膛內部的穩定燃燒。

　　(5)發熱量較低，燃燒的過程持續性較短。

　　隨著生物質技術的不斷進步，生物質燃料成型的持續推廣一定程度上克服了生物質燃料的不利條件。粉碎后的原料經設備擠壓后成型，密度大概為0.8～1.4t／m³，能量密度與中質煤不相上下；燃燒特性明顯得到改善，燃燒過程中持久且黑煙小，爐膛溫度高，而且便于貯存和運輸。但另外一個問題應運而生，對與之相配套燃燒設備的設計、研究和制造無法滿足日益增長的需要，盲目的將燃煤鍋爐改燒生物質不能滿足生物質燃料的特性要求，而且會導致在燃燒的過程中產生燃燒惡化和熱效率低等一系列不利現象。這就需要我們對現有燃煤鍋爐進行改造，并將改造后的生物質鍋爐進行測試，驗證其是否滿足設計的基本要求和節能環保要求。

　　2改造過程簡述

　　2.1爐膛

　　爐膛的改造工作主要有：提高前拱角度及高度、降低后拱高度和減少后拱長度。由于生物質燃料中固定碳含量較少，燃燒開始至結束的時間短，燃料到達后拱后部時一般都已燃盡，導致了后拱的保溫和促燃作用有所降低。燃煤鍋爐后拱的作用是壓煙氣，使爐排后部產生的高溫煙氣旋轉、擾動，降低后拱高度。而生物質燃料在鍋爐爐排后部已基本燃盡，降低后拱高度和減小其長度可以使火焰充滿爐膛空間，提高爐膛容積熱負荷，進而提高燃燒效率。同時這樣做也增大了爐膛的空間，為燃料的完全燃燒創造有利條件。

　　爐膛內部設置攔火墻，延長揮發分在爐膛內的停留時間和煙氣流程。另外在改造后拱時設置阻塵墻，主要實現煙氣爐內慣性除塵，降低鍋爐煙塵的初始排放濃度，同時也是防止剩余可燃物進入后管板區甚至是煙道的二次燃燒。

　　2.2爐排

　　使用生物質爐排，調整減速機速度。鍋爐改造后要求減速機轉速是改造前燃煤鍋爐的1.5～1.8倍左右，這能將爐排火床有效拉長，提高爐排的面積熱負荷，從而提高爐膛單位容積熱負荷，達到提高鍋爐熱效率的目的。

　　2.3煙風系統

　　由于生物質燃料所含的揮發分較多，且揮發分析出后燃燒時間大概占整個燃燒時間的10％。為保證其充分燃燒，應增大爐排前部的供風量。這就要求在前拱部位設置高速高壓小流量的二次風，增強揮發分與空氣的擾動混合。使爐膛內煙氣形成漩渦，延長煙氣在爐膛內的時間和行程。

　　2.4煤斗

　　為了有效控制燃料輸送量，實現鍋爐連續穩定的燃燒，在煤斗內部設置撥料器。這可以使煤斗內燃料與爐膛隔離，既杜絕了回火的發生，又提高了安全性。

　　3鍋爐特性及燃料分析

　　下面將改造后的SZH8-1.25-M型鍋爐進行能效測試，鍋爐設計參數見表1。

　　鍋爐主要特征參數如下表2所示：

　　鍋爐燃料特性如下表3所示：

　　4能效測試

　　4.1能效測試的布置

　　見圖1。

　　4.2測試依據：

　　TSGG002—2010《鍋爐節能技術監督管理規程》和TSGG003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》，鍋爐效率的測試采用2次正平衡，正平衡效率如表5所示：

　　最終結果，如表6所示：

　　4.3測試結論

　　(1)鍋爐出力：滿足設計要求；

　　(2)鍋爐熱效率：符合《鍋爐節能技術監督管理規程》規定的工業鍋爐產品熱效率指標限定值的要求；

　　(3)鍋爐排煙溫度：符合《鍋爐節能技術監督管理規程》規定的排煙溫度的要求；

　　(4)排煙處過量空氣系數：符合《鍋爐節能技術監督管理規程》規定的排煙處過量空氣系數的要求。

　　5結論

　　通過對小型蒸汽鍋爐的能效測試，驗證了改造后的生物質鍋爐完全可以滿足設計要求，達到了工業生產的基本需求。生物質燃料的推廣，有利于生態環境的健康發展，從根源上控制住了污染源，是一種清潔燃料。與傳統燃煤鍋爐相比，其節能效果顯著，同時煙塵和有害氣體的排放量大大降低，表現出了良好的環保指標。生物質鍋爐的發展完全符合我國的能源政策和環保要求，對其進行應用推廣有著良好的經濟效益和社會效益。