生物質固體成型燃料鍋爐燃燒環保分析

[摘 要]:我國是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家，煤炭污染已成為我國可持續發展中一個不可忽視的重大環境問題。同時我國又是一個農業大國，每年僅農作物秸稈生產就有約7億噸，其他生物質能原料木屑、稻殼等也數量巨大，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧外，其余的大部分都以直接燃燒的方式被消耗掉，既浪費了資源，又污染了環境。燃煤改用生物質顆粒燃料不僅可以充分利用我國農業大國的優勢，解決廢棄農林物的處理問題，節約煤炭資源，節省燃耗費用，而且還可以減少顆粒物及SO2的排放，具有良好的環境效益。

[關鍵詞]:鍋爐，污染，生物質燃料，環保

一、引言

我國能源生產結構中煤炭比例始終在67%及以上，煤炭是我國能源的主體。目前，我國已探明煤炭可采儲量約1145億噸，年消耗燃煤12億～15億噸，其中大多數直接作為燃料被消耗掉，以煤炭為主的中國能源結構可開采煤炭儲量約能使用150年。另外，以煤為主的能源結構直接導致能源活動對環境質量和公眾健康造成了極大危害。

二、生物質固體成型燃料簡介

生物質固體成型燃料(簡稱生物質燃料，俗稱秸稈煤)是利用新技術及專用設備將農作物秸稈、木屑、鋸末、花生殼、玉米芯、稻草、稻殼、麥秸麥糠、樹枝葉、干草等壓縮碳化成型的現代化清潔燃料(目前國內外常用的生物質成型工藝流程如圖1)，無任何添加劑和粘結劑。既可以解決農村的基本生活能源，也可以直接用于城市傳統的燃煤鍋爐設備上，可代替傳統的煤碳。其直徑一般為6cm～8cm，長度為其直徑的4～5倍，破碎率小于2.0%，干基含水量小于15%，灰分含量小于1.5%，硫和氯含量一般均小于0.07%，氮含量小于0.5%。在河南省，生物質燃料是政府重點扶持的新農村建設項目之一。

三、生物質燃料燃燒技術

根據試驗研究及測試資料，生物質燃料燃燒特性為:生物質揮發物的燃燒效率比炭化物質快。燃燒著火前為吸熱反應;到著火溫度以后，生成氣相燃燒火焰和固相表面燃燒的光輝火焰，為放熱反應。具體的燃燒性能見表1。

生物質燃料專用鍋爐燃燒原理如下:

①生物質燃料從上料機均勻進入高溫裂解燃燒室，著火后，燃料中的揮發份快速析出，火焰向內燃燒，在氣(固)相燃燒室內迅速形成高溫區，為連續穩定著火創造了條件;

②高溫裂解燃燒室內的燃料在高溫缺氧的條件下不斷地快速分解為可燃氣體，并送往氣相燃燒室內進行氣相燃燒;

③在氣相燃燒的同時，90%以上揮發份被裂解為炙熱燃料，由輸送系統輸送到固相燃燒室內進行固相燃燒，完全燃燒后的灰渣排往渣池或灰坑;

④在輸送過程中，小顆粒燃料和未燃盡的微粒在風動的作用下于氣(固)相燃燒室內燃燒;

⑤從多個配氧處可按比例自動調配、補充所需量的氧氣，為爐膛出口的燃燒助燃，完全燃燒后的高溫煙氣通往鍋爐受熱面被吸收后，再經除塵后排往大氣。

生物質燃料燃燒的特點為:

①可迅速形成高溫區，穩定地維持層燃、氣化燃燒及懸浮燃燒狀態，煙氣在高溫爐膛內停留時間長，經多次配氧，燃燒充分，燃料利用率高，可從根本上解決冒黑煙的難題。

②與之配套的鍋爐，煙塵排放原始濃度低，可不用煙囪。

③燃料燃燒連續，工況穩定，不受添加燃料和捅火的影響，可保證出力。

④自動化程度高，勞動強度低，操作簡單、方便，無需繁雜的操作程序。

⑤燃料適用性廣，不結渣，完全解決了生物質燃料的易結渣問題。

⑥由于采用了氣固相分相燃燒技術，還具有如下優點:

a從高溫裂解燃燒室送入了氣相燃燒室的揮發份大多是碳氫化合物，適合低過氧或欠氧燃燒，可達無黑煙燃燒及完全燃燒，可有效地抑制“熱力——NO”的產生。

b在高溫裂解過程中，處于缺氧狀態，此過程可有效地制止燃料中氮轉化為有毒的氮氧化物。

四、環境影響分析

生物質燃料燃燒污染物排放主要為少量的大氣污染物及可綜合利用的固體廢棄物。

(1)大氣污染物

生物質燃料纖維素含量高，為70%左右;硫含量大大低于煤;燃料密度大，便于貯存和運輸;產品形狀規格多，利用范圍廣;熱值與中質煤相當，燃燒速度比煤快11%以上，燃燒充分、黑煙少、灰分低、環保衛生;另在采取配套的脫硫除塵裝置后，大氣污染物排放種類少、濃度低。根據河南德潤鍋爐有限公司對生物質固體成型燃料專用鍋爐的研究:生物質燃料燃燒后可實現CO2零排放，NOx微量排放，SO2排放量低于33.6mg/m3，煙塵排放量低于46mg/m3。新建使用生物質燃料鍋爐大氣污染物排放控制指標執行《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2001)中燃氣鍋爐的排放標準。查閱該標準可知，燃氣鍋爐排放標準為:SO2≤100mg/m3、煙塵≤100mg/m3。生物質燃料鍋爐燃燒后大氣污染物排放濃度遠低于國家標準。

(2)固體廢棄物

生物質燃料鍋爐燃燒固體廢棄物主要為燃燒后的灰分，可以回收做鉀肥，資源綜合利用。

五、環境效益分析

生物質燃料的環境效益主要體現在以下幾方面:

(1)生物質燃料代替煤等常規能源，能減少大氣污染物的排放量，有效改善城鄉空氣環境質量。生物質燃料中硫的含量不到煤炭的1/10，其替代煤燃燒能有效地減少大氣中二氧化硫的排放量;由于生物質在燃燒過程中排出的CO2與其生長過程中光合作用中所吸收的一樣多，所以從循環利用的角度看，生物質燃燒對空氣的CO2的凈排放為零。煤炭與生物質固體燃料的污染物燃燒排放比較見表2。

(2)燃燒后的固體廢物可綜合利用

灰分可以回收做鉀肥，實現“秸稈——燃料——肥料”的有效循環。

(3)合理處理廢棄的農作物，降低對環境的影響

僅秸稈而言，我國每年農作物秸稈產重約為7.06億千噸，河南省每年達7000萬千噸，占全國的1/10。若秸稈等廢棄的農作物自然腐爛，將產生大量的甲烷，通常認為甲烷氣體的溫室效應是二氧化碳的21倍。將廢棄的農作物做成燃料，既變廢為寶，節約資源，又可減排溫室氣體，保護環境。

六、結論

生物質燃料利用廢棄的農作物作為原料，可實現就地取材、就地生產，降低了農業廢棄物運輸成本與運輸過程中的污染，其產品具有節能、環保、保護不可再生資源等特點。生物質燃料生產的工藝、方法符合我國目前建設節約型社會要求和可持續發展的國策，具有突出的社會效益、經濟效益和環境效益，有很好的實用性和推廣價值，對緩解我國能源緊張和環境污染具有重大意義，有著廣泛的市場前景和應用空間。

參考文獻:

[1]洪成梅 徐士洪 魏良國 利用農作物秸稈生產生物質“顆粒”燃料 污染防治技術，2007

[2]江淑琴 生物質燃料的燃燒與熱解特性[J] 太陽能學報，1995

[3]李保謙 牛振華 張百良 生物質成型燃料技術的現狀與前景分析 環衛科技網，2010

(作者單位河南建筑材料研究設計院有限責任公司環境所)

編輯/彭 永