生物质颗粒燃料特性及锅炉设计

【摘 要】介绍生物质颗粒的燃料特性，通过研究燃烧特性，提出生物质颗粒燃料锅炉的设计要点及相应的参数。

【关键词】生物质颗粒燃料；燃料特性；燃烧特性；锅炉设计

生物质能源资源丰富，是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源。生物质能源通过光合作用可再生，与风能、太阳能等同属可再生能源。

1.生物质颗粒燃料特性及燃烧特性

生物质颗粒成型燃料属低炭化度、高挥发份、高含氧物料，是以木屑、秸秆、稻草、稻壳等农林剩余物为原料，在经粉碎、筛选、软化、挤压、烘干等工艺，压缩成颗粒状且质地坚实的成型物，其粒度通常为ϕ6-ϕ15，长度小于30mm，密度0.8-1.4t/m3，便于贮存和运输。其燃烧特性如下：

（1）CO2零排放，生物质通过光合作用吸收的CO2量与生物质颗粒燃料完全充分燃烧生成CO2量相当，即CO2零排放。

（2）S含量是煤的1/10[1]，绝大部分生物质燃料燃烧时 SO2 的排放浓度非常低，污染物排放水平较低，基本为零[2]，烟气不需脱硫处理。

（3）N含量低，燃烧过程中生成的NOX较少。

（4）灰分为烟煤的1/4-1/10，燃烧特性优于煤炭[3]，灰渣量很小，出渣费用低。

（5）挥发分在350℃时就析出约80%， 其中含有大量氢气、甲烷、不饱和烃（CmHn）、一氧化碳等可燃气体，析出及燃烧时间短，只占燃烧时间的10%左右，有利于燃烧。

（6）在燃料中添加适当的添加剂，能够有效降低生物质颗粒燃料的结渣趋势。

生物质颗粒燃料具有高效、洁净、点火容易、CO2零排放等优点，中国的生物质资源产量丰富，其中农作物秸秆年产量约为6亿吨左右，而且可再生，生物质颗粒燃料具有极大的发展潜力。

2.生物质颗粒燃料锅炉设计

生物质颗粒燃料锅炉专门燃用生物质颗粒成型燃料，生物质颗粒燃料与煤的燃烧机理十分相似，但由于生物质的挥发分析出温度低而易着火，所以生物质颗粒燃料锅炉的燃烧方式、结构等必须有别于燃煤锅炉，设计时主要区别如下：

（1）炉膛过量空气系数：α=1.5时为好，炉膛空间要比燃煤锅炉大，炉膛容积热负荷取小型室燃炉的下限。

（2）布置二次风系统：二次风进风口布置在炉墙的不同位置，再以不同的角度向炉内供风，保证主燃区充足的氧气，使燃料挥发分充分燃烧；同时将主燃区火焰向炉膛后部吹，扰动气流，保证燃烧区域有适合的温度水平，延长燃料可燃物与高温烟气在炉内停留时间。

（3）气体不完全热损失q3：合理配置二次风后，q3取值可以较低值。

（4）固体不完全热损失q4：生物质颗粒燃料固定碳含量低，在α=1.5时q4在3%左右[4]，远远小于层燃燃煤锅炉的固体不完全燃烧热损失。

（5）玉米秸秆等生物质燃料灰中SiO2含量高，在设计中受热面结构采用大节距、顺列布置、低烟速（约5～6m/s）、对流受热面布置高效吹灰器等手段，以减少管壁积灰和结渣、减轻磨损，提高对流受热面的使用寿命。

（6）辅机采用变频电机：鼓、引风机、二次风机、炉排都应采用变频电机，随时调整风量、风压、炉排速度，在燃料层厚度一定的情况下，使生物质颗粒燃料充分燃烧，保证锅炉经济运行。

（7）料斗处加装易于操作的隔料挡板，在锅炉负荷变小或间歇运行时，关闭挡板隔离料斗与炉膛，防止火床前移，反烧料斗。

3.结束语

生物质颗粒燃料锅炉在合适的炉膛过量空气系数、燃烧工况稳定情况下，要比燃煤锅炉的效率高约 10%，其结构简单、操作方便、投资和运行费用都相对燃油、燃气锅炉较低。随着环保排放指标的日益严格，大中城市禁煤区不断设立，由于改用燃油、天然气或用电的成本问题，大多数燃煤锅炉用户更倾向于燃生物质的锅炉更新或改造。

目前生物质颗粒燃料成型设备主要以加热成型为主，存在能耗较高、成型部件易磨损、产量低等问题。随着技术的进步及国家政策的支持，生物质颗粒燃料产量必能逐步提升，生物质颗粒锅炉也会大量的推广，彻底解决大量露天焚烧秸秆导致大气污染的问题，同时缓解化石能源供应紧张，促进可再生能源的利用和循环经济的发展，将产生显著的社会效益。 [科]

【参考文献】

[1]毕慧杰.区域供热锅炉房燃煤改烧生物质颗粒燃料的工艺改造.区域供热，2010（1）.

[2]罗娟.典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验.农业工程学报，2010，5.

[3]王小聪.生物质颗粒层燃工业锅炉节能减排技术分析与测试研究.环境工程，2012（第30卷）增刊.

[4]袁超.秸杆成型燃料锅炉的热损失试验及分析.河南农业大学学报，2005，9.

推荐访问:颗粒 燃料 锅炉 性及 生物