單強，張潔，周祥

（徐州工業鍋爐有限公司技術部，江蘇徐州221000）

　　摘要：通過對生物質顆粒燃燒機理以及燃煤鍋爐燃生物質顆粒存在問題的技術分析，在原燃煤鏈條工業鍋爐基礎上，對鍋爐結構進行技術改造，滿足安全與節能的需要。

　　概要

　　生物質能作為煤、石油、天然氣以外的第四大能源，是一種既環保又可再生循環利用的潔凈能源。生物質是一種潔凈的低碳燃料，其含硫和含氮量均較低，同時灰分含量份額也較小，所以燃燒后SO2、NOx和灰塵排放量比化石燃料都要小的多。由于生物質的燃燒特性與燃煤相似，因此大部分生物質鍋爐結構都與燃煤鍋爐類似，層燃鏈條爐排依然是最主要的生物質燃燒裝置。

　　1生物質成型燃料及生物質顆粒的固化

　　生物質燃料中較為經濟的是生物質成型燃料，生物質成型顆粒就是利用秸稈、薪柴、植物果殼等農林廢棄物，經粉碎—混合—擠壓—烘干等工藝壓制而成，可以制成粒狀、棒狀、塊狀等各種形狀。原料經擠壓成型后，密度為0.8-1.4t/m3,能量密度與中質煤相當，燃燒特性顯著改善、火力持久黑煙小，爐膛溫度高，而且便于運輸與儲存。

　　用于生物質成型的方式主要有螺旋擠壓式、活塞沖壓式、環模滾壓式等幾種。目前，國內生產的生物質成型機一般為螺旋擠壓式，生產能力多為0.2-0.4t/h，電機功率7.5kw-18kw，電加熱功率2-4kw，生產的成型燃料為棒狀，直徑為50-70mm，單位電耗70-100kw/h。曲柄活塞沖壓機通常不加熱，成型密度偏低，容易松散。

　　2生物質工業鍋爐

　　從燃燒機理分析，生物質固體燃料與煤的燃燒機理十分相似，但生物質的揮發分由于析出溫度低而易著火。實踐表明，直接采用燃煤鍋爐改燒生物質效果不好，會產生爐前熱量聚集且不穩定、爐前料斗易著火、鍋爐停爐和啟動時冒黑煙、熱效率低等問題。

　　生物質燃料的燃燒特性

　　國內直燃式生物質工業鍋爐常見的燃燒方式主要有層燃式（包括固定式爐排、下伺式燃燒、鏈條爐排、往復爐排燃燒等）、室燃式（粉體燃燒）、懸浮式（流化床燃燒）。

　　（1）層燃式

　　采用分段供料的往復爐排，可以讓燃燒區段的推料速度不同，利用這一特性提高前段爐排的行進速度，解決生物質易燃燒、燃燒過快的問題。將爐排后部速度降低，有助于燃料中固定碳的充分燃燒。在熱功率較大的生物質層燃鍋爐中，采用分段供料的往復爐排比較常見。

　　鏈條爐排必須根據生物質種類確定爐排速度和料層厚度，合理布置前后拱、爐墻、爐膛容積及配風，并設置合理的啟停爐順序，方能保證生物質燃燒正常進行。

　　（2）室燃式

　　目前市面上出現一種生物質半氣化自動控制燃燒機，它是以生物質顆粒為燃料的高溫裂解出的氣體為燃料，內膽采用鋯硅結晶，高壓澆筑后經高溫爐燒制而成，需要在1000度高溫下燒制三天，無疏松氣孔。

　　（3）懸浮式（流化床燃燒）

　　流化床燃燒對燃料的適應性比較廣，生物質無須固化就可以在流化床上充分燃燒，并且應用于鍋爐容量較大且燃料品種較雜的工業鍋爐，目前國內流化床鍋爐最小容量為7MW。

　　3生物質層燃鍋爐獨特結構

　　3.1鍋爐本體

　　由于水管鍋爐對流管束易積灰且不易清理，生物質灰粒比較疏松，比煤灰更易粘附在對流管束上，停爐清理時間長。相比之水火管鍋爐易清理不易積灰，國外生物質鍋爐主要是水火管鍋爐。國內的煙管水火管鍋爐減少煙管數量從而降低鋼耗，已成為最適宜燃燒生物質的爐型。

　　3.2爐前煤斗

　　層燃鍋爐一般通過爐前料斗對爐膛供料，由于生物質燃料非常易燃，為防止燃燒提前著火或在爐前料斗內燃燒和蔓延，生物質鍋爐爐前料斗應設置較完善的燃料隔斷和密封設施，生物質顆粒燃料鍋爐采用關風機式鎖料裝置或滾動式撥料裝置進行燃料的隔斷。

　　3.3鍋爐熱效率

　　目前生物質層燃鍋爐效率往往較低，主要原因是生物質揮發分含量高且含碳量少，造成爐排局部燃燒劇烈，大部分爐床只有少量的固定碳在燃燒，所以生物質爐膛爐排配風比較困難。為了充分燃燒，空氣過量系數普遍較高，這導致鍋爐排煙熱損失增加。加上受熱面積灰嚴重，傳熱惡化。所以在設計生物質鍋爐時要充分考慮這兩點，優化空氣供給，盡可能的延長煙氣在爐膛內的時間，定時清灰。

　　3.4爐膛容積、爐排面積

　　與燃煤鍋爐相比，生物質鍋爐爐膛容積需要增加好多，以適應生物質燃料高揮發份的特點，降低爐膛溫度，防止爐內結焦掛渣，減少NOx的產生。

　　由于生物質揮發份含碳量較低，固定碳較小，所以需要適當縮短爐排面積。

　　3.5爐墻、配風

　　生物質燃燒一般可以分成三個區域—氣化區、燃燒區和燃盡區，可以通過爐墻將爐膛劃分出三部分，分別為燃料干燥和揮發分析出、揮發分燃盡、固定碳燃燒及燃盡。前拱可以高而短，后拱直段可以縮短，可以通過中間隔墻延長煙氣在爐膛內的燃燒時間，保證煙氣的充分燃燒。未燃盡的固定碳在爐排后軸繼續燃燒，會增加后軸的溫度，用后風室的風對后軸進行冷卻。

　　3.6爐排速度

　　由于生物質顆粒堆積密度低，為保證熱量供應，需要加大料床厚度和提高爐排移動速度。但過高的移動速度會導致固定碳燃燒不充分。這樣，固化成顆粒成為很好的選擇。

　　3.7鍋爐除渣、除塵

　　生物質燃料鍋爐的煙塵中硫氧化物、氮氧化物的含量較低，但粉塵含量相對較大，顆粒細，離心式除塵器很難除盡，要加布袋除塵器。考慮到尾部煙氣的溫度高，可以布置雙除塵（加多管除塵器和布袋式除塵器）。

　　4直燃式生物質層燃鍋爐實例

　　一臺DZL4-1.25-T燃生物質蒸汽鍋爐的熱力計算和能效測試結果顯示，根據生物質燃料特性以及生物質層燃鍋爐特殊進行設計的燃生物質顆粒燃料蒸汽鍋爐，已經可以滿足正常使用的要求。

　　5結論

　　通過對燃煤鍋爐的改造和添加環保設備，基本上可以滿足用戶對鍋爐出力、環保的要求，但這并不是生物質顆粒最佳的燃燒方式，同時生物質原材料收集、運輸、加工的產業化程度還不高，我國的生物質利用還有很長的路要走。

　　參考文獻：

　　[1]張百良.生物質成型燃料技術與工程化[M].科學出版社.