生物質燃燒煙氣排放特性與污染物控制

溫偉平

摘要：生物質燃料的合理選擇、進料系統以及供風系統的合理設置能有效減少煙氣污染物的排放，保證生物質的高效燃燒環保利用，從而促進生物質鍋爐及燃燒器的實際運行。綜合考量各個控制參數在煙氣污染物排放中的影響，并經過試驗研究確定最優的燃燒工況參數，使煙氣污染物超低排放，能有效促進生物質鍋爐及燃燒器的推廣應用。鑒于此，本文主要分析生物質燃燒煙氣排放特性與污染物控制。

關鍵詞：生物質燃燒；煙氣排放；污染物

中圖分類號：S216 文獻標識碼：A

1、概述

生物質成型燃料具有儲存、運輸、使用方便及環保等特點，是備受市場用戶歡迎的固體燃料。現階段，我國仍未形成國家統一的生物質成型燃料配套鍋爐技術規范，生物質成型燃料及其燃用設備的生產、使用、監管過程沒有統一的技術依據，不少在用生物質成型燃料燃燒設備由燃煤鍋爐改裝而來，部分用能單位為節約成本仍偷偷燃煤。然而，生物質成型燃料和燃煤的物理化學特性存在明顯差異，導致燃燒設備在受熱面布置、配風配料、環保裝置配置等方面工況不合理或惡化，使得燃燒效率低，煙氣排放濃度高。

為促進生物質能源開發利用，中央部委層面明確支持生物質成型燃料替代燃煤、燃重油項目的建設，有效調動研發機構、企業和用能終端用戶從事生物質成型燃料產業的積極性。然而，我國生物質成型燃料產業發展較晚，產業鏈不健全，政策導向滯后，技術基礎薄弱，標準規范不完整，區域發展失衡，生物質成型燃料推廣、應用受到制約。以上制約因素均源于當前對生物質成型燃料燃燒和排放特性的了解不夠充分，導致各地環保、規劃等部門對生物質成型燃料產業發展態度不一致，甚至有不少地區未將生物質成型燃料納入清潔利用燃料范疇，即從規劃上就排除其使用。因此，掌握生物質成型燃料燃用過程的真實情況，提出合理、科學、規范使用生物質成型燃料的對策建議，為企業、研究單位制定統一技術規范與標準以及各級政府部門出臺相應發展政策和指導意見提供參考，對充分合理使用生物質成型燃料，改善我國能源消費結構和生態環境具有重要意義。

2、生物質燃料性質對煙氣污染物排放的影響

2.1、不同種類生物質燃料的影響

不同種類的生物質燃料直接影響煙氣污染物的排放量。左朋萊等在生物質成型燃料鍋爐中分別燃燒木屑、花生殼、棉花稈以及玉米稈，結果表明玉米稈成型燃料燃燒后的煙塵排放量最高，達到369.8mgNm3，花生殼成型燃料燃燒后的煙塵排放量最低，僅為99mgNm3。關于CO排放量，在空氣流速3Lmin、爐溫800℃燃燒情況下，竹基成型燃料燃燒排放的CO濃度遠大于木基成型燃料。玉米稈揮發分少，灰分含量多，結渣嚴重，導致局部混合氣體濃度較大，形成缺氧燃燒環境，而木質顆粒松散不易結渣，故在相同的流速與進料速率下，玉米稈顆粒CO的排放量>棉稈顆粒CO的排放量>木質顆粒CO的排放量。在流化床中以相同實驗條件燃燒桉樹和松樹，結果發現松樹生成的CO含量更少。

2.2、生物質燃料特性參數的影響

生物質燃料的性能參數如密度、含水率、顆粒大小和熱值等都會對煙氣排放產生較大影響。成型燃料致密性高，表面揮發分首先析出，然后內部揮發分緩慢釋放，形成穩定的燃燒環境，所以一般使用壓縮成型的顆粒燃料燃燒比生物質原料燃燒更加穩定。當生物質成型燃料尺寸增加時，燃料不充分燃燒現象更加明顯，

CO排放量上升。高熱值的燃料生成更多的NOx氣體，因為其燃燒生成更多的熱量從而升高燃燒溫度，同時增加了燃氣與空氣的混合時間。Vi-cente ED 等研究發現顆粒物的排放主要受燃料性質和燃燒工況的影響，高含水率燃料、低過量空氣系數、燃燒器設計缺陷等都會造成顆粒物質量濃度的增加。

3、生物質煙氣污染物排放控制對策

3.1、制定并完善生物質成型燃料質量標準

目前我國缺乏統一的生物質成型燃料質量標準，雖然全國標準正在制定中，但現階段僅北京、廣東等個別省份制定了相關地方標準，而制定的地方標準中S、N、Cl等指標與瑞典、德國等國家相比較為寬松，且未對重金屬含量進行限值，而德國木質成型燃料標準DIN51713中對于砷、鈣、鉻、銅、汞、鉛、鋅等元素含量都作了較為詳細的要求。因此為了減少生物質燃燒污染物的排放，必須從源頭上加以把關，制定嚴格的生物質成型燃料質量標準，嚴控生物質燃料中S、Cl、N、重金屬等的含量，從源頭上減少污染物的排放。

3.2、推廣應用專門的生物質鍋爐

通過調研發現，目前大部分工業企業使用的生物質鍋爐都是在原有燃煤鍋爐基礎上改造而來，設備較為簡陋，燃燒不穩定且燃燒溫度不高，幾乎未配備低氮燃燒器，使得燃燒排放的污染物種類多、濃度高。因此為了推廣生物質燃料減少污染物的排放，必須配套使用專門的生物質鍋爐，可從燃燒過程中減少污染物的排放。

3.3、制定生物質鍋爐燃燒煙氣污染物排放標準

現階段，我國生物質鍋爐燃燒煙氣污染物排放標準參照《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271-2014）中燃煤鍋爐排放標準執行。由于生物質燃料和煤在物理化學組成、燃燒特性等方面存在明顯不同，燃燒產生的污染物種類、濃度也存在較大差異，如生物質鍋爐燃燒SO2濃度低，但VOCs 等排放濃度高。因此，隨著我國生物質燃料應用范圍的擴大、使用量的增加，有必要制定專門的生物質鍋爐燃燒煙氣污染物排放標準，對各污染物排放濃度進行嚴格限值。

3.4、建設完備的煙氣污染控制設施

由現場監測發現生物質燃燒排放的煙氣污染物種類較多、濃度較高，尤其是NOx、VOCs的排放濃度較高，而單純依靠生物質鍋爐燃燒過程控制無法達到排放標準要求，因此需要建設較為完備的煙氣污染控制設施，可參照現有工業燃煤鍋爐煙氣污染治理方法，采用“布袋除塵+SNCR脫硝+濕法除酸”的污染治理技術路線。但針對VOCs的去除國內尚缺乏經濟、高效的治理技術，仍需加強研究，而與濕法脫硫設施相結合的液體吸收法具有較好應用前景，可作為技術研究的一個方向。

3.4、高效潔凈燃用技術路線

隨著國家環保政策日益趨嚴和社會對環境關注度的持續提高，我國以煤為主的能源消費結構將于“十三五”迎來重大改變，生物質成型燃料產業也將形成空前絕后的發展規模。然而，生物質成型燃料高效潔凈燃用與燃料性質、燃用設備、燃燒方式、污染物控制技術及其要求等都有一定的關系，完全照搬工業燃煤鍋爐或國外技術不一定適合我國國情。規?；纳镔|成型燃料燃用及其產業化需考慮各地資源分布、發展水平、生態環境、燃用設備技術規范及排放標準等問題。本節根據生物質成型燃用存在問題，沿著“市場需求→產業目標→技術壁壘→研發需求”路線，初步繪制相應的技術路線圖，定性描述生物質成型燃料高效潔凈燃用的中長期技術發展進程，目的是為企業提供近期、中期和長期的技術引導和支持，為政府提供決策依據。

總之，針對生物質成型燃料產業化應用中涉及的高效潔凈燃燒問題，以木基和竹基成型燃料為研究對象，通過熱重實驗和管式爐燃燒實驗分別研究其熱解燃燒特性及煙氣排放規律，針對生物質鍋爐煙氣污染物的排放，需要采用源頭控制、過程控制和末端控制等綜合措施進行有效防治。因此，本文的研究業也就顯得十分的有意義。

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