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余志敏
唐山信德鍋爐集團有限公司，河北唐山063020
摘要：解決農村大氣環境面源污染，實現節能減排，有很多途徑和措施。但是，如何解決一家一戶燃煤、燃柴冬季取暖所造成的環境污染，目前是一個關鍵問題。為了解決這一問題，減少生物質固化環節，降低成本，農民接受，我們利用三年多時間，研發出“三省”鍋爐。“采用木料、谷殼、農作物秸稈等生物質為燃料的農村家庭供暖鍋爐。文中主要簡單介紹生物質鍋爐技術的節能。
能源是人類生存與發展的前提和基礎。能源及環境是當今世界各國所面臨的頭等重大的社會問題，圍繞能源資源的國際間競爭也愈演愈烈。我國是世界上最大的煤炭生產和消費國，煤炭占商品能源消費的76%，大量煤炭用于燃燒，給環境帶來了嚴重的污染，有資料表明，我國各種生產活動造成的大氣污染，主要是由煤炭轉化過程所引起的，其中SO2占全國總排放量的90%，NOX占70%，粉塵占70%，CO占71%，煤炭已成為我國大氣污染的主要來源。
1生物質鍋爐
生物質的固有特性注定了其在燃燒過程中所析出的揮發物的燃燒對生物質固態層的燃燒起到制約作用，固態層燃料氧化（燃燒）反應過程中的次級反應，即一氧化碳和二氧化碳的產生以及一氧化碳的氧化反應和二氧化碳的還原反應，都不利于固態層和生物質顆粒的燃燒。鑒于以上情況，“臥式生物質鍋爐”在爐膛結構上作了特殊處理，使生物質在爐膛內的燃燒分區域進行，即使固態層（含生物質顆粒）與生物質揮發物的燃燒在同一爐膛的不同空間進行，并使其二者均按照各自的燃燒特點及與此相適應的燃燒方式燃燒，達到完全燃燒或接近完全燃燒的高效節能效果。
2節能減排生物質鍋爐技術
2.1鍋爐燃燒的基本原理
鍋爐采用無焰燃燒的方式，由生物質倒置層燃鍋爐的進料口填裝生物質原料至燃燒室底面的爐箅，裝滿后將爐蓋封閉好，在爐箅下面點火，燃燒層在燃料的底部，爐體大部封閉，只有底部供風，排煙口位于燃燒室下部，使燃料始終處于無焰低氧燃燒狀態，燃燒層在無焰燃燒時產生的煙氣彌漫在燃燒層上部和儲料倉內，更進一步促使燃燒室實現無焰低氧燃燒。通過調整進風可以控制燃燒層的厚度，以及通過調整排煙控制閥控制燃燒速度等方式可以調節鍋爐出水溫度。
2.2特點
2.2.1簡單實用的爐體結構
生物質倒置層燃鍋爐采用立式筒狀的爐體結構，自上而下分別為儲料層、烘干預熱層、燃燒層、余燼層及底部灰層，燃燒層位于燃料底部。未燃燒的燃料會在重力作用下于燃燒層繼續燃燒，燃燒灰燼會從爐箅上自行落于灰箱內，無需實時填料和除渣，結構簡單實用。
2.2.2新型無焰低氧層燃燃燒方式
燃燒層始終處于燃料底部，實現了在燃料底部層燃的一種新型燃燒方法。由于燃料經煙氣預熱，形成了煙氣與反應物的劇烈混合，且爐體上部完全封閉，底部受供氧量限制，使得燃料始終處于無焰低氧燃燒狀態。
2.2.3廣泛的燃料選擇
可利用農作物的秸稈、根莖、谷殼以及野地里生長的雜草、樹葉等為燃料，做冬季取暖使用，實現變廢為寶。
2.3生物質顆粒燃料在工業鍋爐的燃燒應用
生物質顆粒燃燒的鍋爐型式主要為流化床鍋爐和層燃鍋爐。流化床生物質鍋爐受熱面容易磨損，且運行成本較高，而采用層燃技術開發的生物質顆粒鍋爐，結構簡單，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的青睞，最近，國內許多研究單位根據所使用的生物質燃料的特性，開發出了各種類型生物質層燃爐。近年來隨著環保要求的不斷提高，燃煤工業鍋爐改造燃生物質顆粒層燃工業鍋爐的例子在一些地方日益增多，以生物質顆粒為燃料的層燃鍋爐在未來開發利用空間巨大。以生物質顆粒為燃料的常見層燃工業鍋爐系統包括給料系統、燃燒系統、吹灰系統、煙風系統和自控系統。給料系統由料倉、振動給料器、螺旋給料機等部件組成。生物質顆粒燃料通過皮帶運輸機轉存到料倉中，然后通過螺旋給料機由螺旋給料管輸送到爐膛燃燒。燃燒系統由燃燒器、風機、點火器等部件組成。生物質顆粒燃料含有較高的揮發分，當爐膛內溫度達到其揮發分的析出溫度時，在給風的條件下啟動點火器燃料就能夠迅速著火燃燒，可通過給料量的調整來進行調整和控制鍋爐負荷。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。
3生物質燃料鍋爐系統控制策略
3.1鍋爐汽包水位控制
工業鍋爐汽包水位是鍋爐運行中一個重要的監控參數，它間接反映了鍋爐蒸汽負荷與進水量之間的平衡關系，維持正常汽包水位是保證鍋爐和汽輪機安全的首要和必要條件。由于蒸汽負荷變化及給水壓力波動，鍋爐存在“虛假水位”的現象。水位過高會影響鍋爐的汽水分離，產生蒸汽帶液現象；水位過低，則可造成水的急速蒸發，使汽水自然循環破壞，嚴重時會導致鍋爐損壞或爆炸，因此水位過高和過低都是不允許的，必須對鍋爐的水位進行實時控制。
3.2鍋爐過熱蒸汽溫度控制
過熱蒸汽溫度是運行控制中的重要參數之一。蒸汽溫度過高可能會造成過熱器、蒸汽管道和汽輪機的高壓部分金屬損壞，影響安全運行；過熱蒸汽溫度過低，會引起電廠熱耗上升，并使汽輪機軸向推力增大而造成推力軸承過載，還會引起汽輪機末級蒸汽濕度增加，從而降低汽輪機的內效率，加劇對葉片的侵蝕。同時也會降低全廠熱效率（一般主蒸汽溫度降低5～10度，熱效率降低1%）。因此，在鍋爐運行中，必須保證過熱汽溫穩定在規定值附近，并使過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。
生物質能源是一種理想的可再生資源。對于我國目前的國情來說，大力發展可再生資源的開發和利用，是實現節能減排、實施可持續發展戰略的需要，無論是從環境角度、資源角度都有著深遠的意義。 |
