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生物质发电锅炉存在问题及处理措施

发表时间：2020/12/28 来源：《基层建设》2020年第24期作者：朱骊安

[导读] 摘要：生物质能在我国能源战略上具有重要的地位，开发利用生物质能是解决能源与环境问题的重要途径。

        广东粤电湛江生物质发电有限公司
        摘要：生物质能在我国能源战略上具有重要的地位，开发利用生物质能是解决能源与环境问题的重要途径。文中介绍了生物质燃料的特性、生物质燃料锅炉的应用、存在问题及解决方法。
        关键词：生物质发电；锅炉；存在问题
        引言
        生物质能是唯一可储存的可再生能源．其利用过程环境友好，且可替代化石能源减排CO：．因而是一种颇具产业化和规模化利用前景的可再生能源．对我国能源结构的优化意义重大。发展生物质发电，是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系．突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。秸秆发电变无序焚烧为集中燃烧并发电、造肥，节省了大量煤炭资源。并增加农民收入。秸秆在生长和燃烧中不增加大气中CO：量，且含硫量极低，仅为0．1％。发展生物质发电，替代煤炭，可显著减少C02等温室气体和SO：的排放，有巨大的环境效益。
        一、国内生物质电站锅炉的现状
        目前国内生物质电站锅炉主要是引进国外成熟技术，国内进行制造，也有极个别锅炉生产企业自主开发。济南锅炉厂引进丹麦BWE公司振动炉排燃烧技术。江西江联锅炉公司根据自身的技术积累开发了具有独立知识产权，基于高低差速流化床技术的掺烧生物质燃料的锅炉技术。唐山唐山市信德锅炉有限公司德国巴高克BLK公司的循环流化床生物质燃烧技术。
        1.单台锅炉容量
        从国内外已经直接燃烧生物质发电电站来看，单台锅炉容量一般为35t/h、75t/h、130t/h居多。只有极个别国外的生物质电站的单台锅炉达到了220t/h的容量。大容量生物质热能锅炉。此类锅炉目前并没有实际产品，主要原因是现有的技术并不完善。
        2.生物质锅炉的参数
        锅炉参数主要是中温中压参数，个别为高温高压参数。
        3.生物质锅炉类型从国内外生物质电站锅炉实际运行统计，目前主要存在炉排炉、悬浮炉、流化床（CFB）以及在循环流化床基础上自主开发的高低差速流化床（ICFB）。
        二、生物质电站锅炉特点
        1.炉排层燃生物质锅炉技术
        概念：炉排层燃是指生物质燃料铺在炉排上，形成层状燃烧。
        优势：炉排层燃锅炉技术具有燃烧稳定，适应燃料广，对燃料粒度要求不高，热效率高，运行操作方便，劳动强度低，烟尘排放浓度低等优点。
        炉排层燃炉的生物质燃烧的应用：
        （1）炉排层燃炉主要用于大颗粒及块状生物质或者燃料的颗粒，细小生物质颗粒容易引起漏损，或者被一次风吹起，形成悬浮燃烧。
        （2）燃烧含水分高的生物质时，需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，往复式炉排可以推动生物质燃料往复翻滚，有利于迅速干燥和燃烧，优于振动炉排，更优于链条炉。
        （3）生物质燃料灰分较低，燃烧后期炉排上残留的灰渣少，容易造成炉排片的烧损，因此必须选用耐热钢制作炉排，同时采用空冷或者水冷对炉排进行冷却。
        （4）生物质燃料挥发分含量较高，需要的炉膛空间比燃煤锅炉大，由燃煤锅炉改造的生物质炉排炉需要对炉膛结构进行扩容，否则容易引起生物质燃料的不完全燃烧。
        2.悬浮炉（旋风炉）生物质燃烧技术
        概念：对于细小、干燥的生物质燃料，或力输送的方式送入炉膛悬浮燃烧。
        优势：由于颗粒比表面积大，挥发性和固定碳都可以得到充分燃烧，燃烧效率高，可以达到98%以上。
        悬浮炉的生物质燃烧的应用：
        （1）只适用于含水分较少的生物质燃料，含水分大时，燃料的发热量小，进而影响炉膛的温度和燃烧的稳定性。同时高水分会造成烟气体积增加造成排烟损失增大。
        （2）生物质进行悬浮燃烧时，一旦锅炉熄火容易发生爆燃需要加强监视和防保措施。
        （3）生物质粉体的悬浮燃烧的燃烧特点近似于气体燃烧的燃烧特性。为保证其充分燃烧一次风量要充足。
        （4）混燃中由于生物质从上层燃烧器喷口送入炉膛，若选用比较难燃烧的生物质燃料，如稻壳等，则容易产生飞灰含碳量升高。

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        （5）输送生物质的热风量不宜太小，否则容易造成堵塞。
        （6）单纯的悬浮燃烧由于其燃料适用性较差，不建议使用。可以采用悬浮燃烧和炉排炉燃烧联合技术；利用生物质良好的燃烧特性，改善难燃烧煤粉的燃烧特性；生物质作为再燃燃料，降低NOx排放。
        3.生物质流化床锅炉技术
        概念：由布风板送入的一次风将床层上的燃料与床料颗粒吹起处于流化状态，质量较大的颗粒在炉膛底部密相区干燥、分解、燃烧；质量较小的颗粒在上部的稀相区燃烧；接近燃尽的颗粒被气流携带出炉膛。为了提高效率可以将未燃尽颗粒通过旋风筒分离后送回密相区。
        优势：
        （1）燃烧稳定。床料热容量高，与燃料混合充分因而床温稳定在850~950°C之间，生物质燃料迅速得以干燥、分解并燃烧。
        （2）燃烧效率高。由于生物质燃料在炉膛内与空气良好的接触，以及剧烈的扰动，以及颗粒在床内循环，提高了燃烧效率。
        （3）污染物排放少。燃烧温度较低，NOx生成量少，同时由于流化床有良好的固硫特性，使得SOx排放量也相对较少。
        流化床锅炉生物质燃烧的应用：
        （1）适用于含水分较大的生物质颗粒，但要求有一定的尺寸和密度，颗粒太细小或者密度过低的生物质将被气流一次带走而难于与床料形成流化状态。影响了流化床燃烧的高效性和稳定性。
        （2）流化床在燃烧较难燃尽的生物质上具有相对优势。
        （3）对于易结渣、结焦的生物质燃料不要采用含硅量较高的床料，否则容易引起床料的结焦而影响流化效果。
        （4）生物质容易在高温旋风分离器内产生二次燃烧进而在旋风筒上挂焦影响分离效率和燃烧效率，因而不建议采用高温分离器。
        三、存在问题及解决方法
        1.锅炉热效率低问题
        要提升生物质燃料锅炉燃烧效率与热效率，需要根据生物质燃料的特性，设计合理炉膛结构，确定适宜配风方式及参数，使挥发分充分燃烧，减小排烟损失和排烟污染，同时合理解决结渣和沉积腐蚀等问题。
        2.沉积腐蚀问题
        生物质碱金属、氯含量较高，燃烧时易形成沉积腐蚀，硅、硫等元素对沉积形成也起重要作用。刘圣勇等以玉米秸秆燃料为实验燃料，研究了燃料结渣的成因及影响因素，认为燃料层温度高于灰的软化温度、管壁表面粗糙造等是结渣的重要原因；随着过量空气系数增大、燃料层厚度增加、炉膛温度上升、燃料粒径增大，结渣率也相应增大。罗娟等引用8种典型的生物质颗粒进行实验，表明当生物质颗粒软化温度超过1389℃时，不结渣；软化温度越低越容易结渣；反之越抗结渣。
        为防止沉积腐蚀问题的发生，可采用原料预处理去除氯和碱金属，采用煤、石灰石等添加剂与生物质燃料混烧，确定适宜的燃烧温度和燃料颗粒密度，受热面喷涂防腐蚀材料及机械方式吹灰、除渣等方法。
        3.N0x的排放问题
        为减少生物质燃料燃烧产生的N0x排放量，付成果研究了甜高梁茎秆发酵后残渣成型颗粒（发酵过程添加了N源）的燃烧特性和排放规律。赵琳琳等在生物质层燃炉低氮改造时采用低温烟气代替二次风，能N0x的排放量有效降低，将20℃空气改为50℃低温烟气时，N0x的排放量为最低值88．15ppm，减少了43％，N0x排放量总体随低温烟气温度升高而上升。因此，采用优化锅炉设计，增大炉膛容积，降低过量空气系数及燃烧温度，低温烟气代替二次风等方法，能有效减少N0x的排放。
        结语
        面对资源和环境的双重压力．过去以煤电为主的电力结构的弊端逐渐显现．我国能源形势面I临着严峻挑战。大力发展可再生能源被广泛认为是解决能源匮乏和环境问题最可行的方法．而在可供发展的可再生能源种类中，生物质能无疑占据了很重要的位置．生物质能具有可再生性、广泛分布性、低污染等特点。合理开发生物质能源，响应国家节能减排政策．改善能源结构．为经济发展提供稳定的电力供应。
        参考文献：
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        [2]袁艳文，林聪，赵立欣，等．生物质固体燃料抗结渣研究进展[J]．可再生能源，2009，27（5）：48—51．
        [3]别如山．生物质供热国内外现状、发展前景与建议[J]．工业锅炉，2018（1）：1—8．