鍋爐燃用甲醇、柴油混合生物質油燃燒排放研究

張義俊，劉文福

(河南農業職業學院，河南 鄭州 451450)

0 引言

地溝油通常指用餐廚廢棄物、肉類加工廢棄物和檢驗檢疫不合格畜禽產品等非食品原料生產、加工的油脂。地溝油最大來源為城市大型飯店下水道的垃圾泔水油，新聞多次報道，泔水油經不法廠商進行粗略加工重返餐桌成為餐飲廉價用油，形成黑色利潤鏈。粗略加工后的地溝油主要成分是甘油三脂和各種致病、致癌物質，給人民生活帶來極大的危害，造成嚴重的食品安全問題。

按照《國務院辦公廳關于加強地溝油整治和餐廚廢棄物管理的意見》(國辦發〔2010〕36號)要求，各地不斷加大打擊力度、強化源頭治理，以餐廚廢棄物為原料制售劣質食用油的違法犯罪活動得到遏制。要想徹底截斷地溝油重返餐桌的途徑，必須建立長效機制的治理措施和方法，以推動廢油的無害化處理和資源化利用，引導資源轉化企業適度規模經營并給予稅收優惠政策。本文把生物質油-甲醇(BM)，生物質油-柴油(BD)兩種混合油分別以不同的比例應用于氣、油兩用蒸汽式取暖鍋爐上，對每種混合燃料的燃燒特性和廢氣排放物組成進行測定，結合經濟效益和環境效益得出最佳混合比，實踐驗證地溝油可以作為鍋爐燃料原材料進行推廣和應用，為可再生能源的應用開辟新的應用途徑提供理論依據。

1 材料和方法

試驗用鍋爐為合作企業加熱供暖油氣兩用蒸汽鍋爐，借助于比例閥調節試驗用混合燃料的比例。實驗用鍋爐自動控制系統保證燃料燃燒所提供的熱量滿足對鍋爐輸出蒸汽負荷的需求，相關運行參數包括燃料消耗量、霧化送風量和引風量，通過調節鼓風機的送風量和進氣量的比例，確保鍋爐的最佳燃燒狀態。圖1為燃料混合燃燒示意圖。

圖1 燃料混合燃燒示意圖

試驗用0號柴油、地溝油(生物質油)和甲醇主要燃燒參數見表1。根據腐蝕指標酸值的大小可知，燃料對鍋爐腐蝕性可以忽略不計。根據生物質油和甲醇、柴油兩種燃料的互溶性，目標試驗用油設定為：BM10(生物質油10%，甲醇90%)，BM40，BM60，BM80；BD10(生物質油10%，柴油90%)，BD30，BD50，BD70。記錄燃料消耗率、加熱效果及燃燒尾氣排放，加熱效果以相同工況條件下、相等加熱時間內不同燃料加熱下輸出蒸汽溫度來衡量。

表1 三種燃料主要燃燒指標

混合燃料的配比通過比例調節閥控制，加熱數據通過控制面板讀取，時間的設置通過控制模塊輸入。鍋爐自帶燃燒尾氣檢測儀，數據反饋至控制單元，可直接進行讀取。

2 結果與分析

2.1 混合燃料理化參數的變化

由于甲醇、柴油、生物質油三種燃料的制取冶煉的特殊性，其燃燒特征參數不同。生物質油含碳量介于甲醇和柴油之間，熱值介于兩組分的熱值之間，由于其主要成分為脂肪酸酯相對比較穩定，故其具有較好的穩定性，閃點較高，安全便于儲運。甲醇易揮發，熱值低，具有低的黏度、閃點、十六烷值。因此，甲醇混合生物質油有利于降低生物質油的黏度，增強了燃料流動性，利于燃料霧化，減低了生物質油原有的閃點，利于燃料點火燃燒。燃料在通過燃燒器燃燒過程中，BM燃料在燃燒器啟動打火開始，隨著甲醇含量增多，燃料越容易著火，火焰長度越大，主要原因在于，甲醇能夠降低生物質油的運動黏度；燃燒器噴嘴附近隨著甲醇含量由多變少，金屬出現腐蝕痕跡。相對BM燃料，BD燃料燃燒火焰更大，但隨著生物質油含量增多，燃燒點火越來越困難，BD70燃料需要對進氣增壓促進霧化并外加火焰引燃才能燃燒。混合燃料理化參數測定值如表2所示。

表2 混合燃料理化參數測定值

2.2 排放特性分析

柴油和生物質油的混合燃料燃燒排放特性結果基本和其在柴油機上的燃燒接近。甲醇和生物質油的混合燃料燃燒排放測量值見表3。隨著甲醇含量變化，燃燒廢氣中顆粒物PM含量變化不大，主要原因如下：甲醇含量多，燃料黏度小易霧化，燃燒充分；甲醇含量減少，由于生物質油含氧量增多，燃燒充分；甲醇和生物質油均屬于綠色可再生燃料，對燃燒器腐蝕很小，幾乎不含固體雜質顆粒。

由表3中數據可以看出：燃燒廢氣中SO2含量隨著生物質油增多降低，說明生物質油中硫化物含量少于甲醇中的硫化物含量，主要原因在于實驗用甲醇為粗煉，其含有的硫化物較多；柴油本質上是礦物油，含有較多的硫，燃燒尾氣中SO2較多；隨著生物質油增多氮氧化物增多，這說明燃料中含氧量增多，燃燒多余的氧和空氣中的氮結合是燃燒廢氣中NOx含量增多的主要原因。

表3 混合燃料燃燒排放測量值 ×10-6

2.3 鍋爐供暖參數分析

調節燃燒器噴油嘴控制燃料消耗率，在相同燃料消耗率的條件下，對于BM燃料，隨著甲醇含量的增多，鍋爐輸出水溫稍有降低，BM80時的最高溫度92 ℃，BM10時的最低溫度88 ℃；對BD燃料，隨著柴油含量的增加，鍋爐輸出水溫逐漸升高，BD10時的最高溫度96 ℃，BD70時最低溫度92 ℃。從而說明柴油、生物質油、甲醇三種燃料，隨著含碳量減少燃燒熱值依次降低。

3 結論

生物質油作為可再生燃料，與柴油、甲醇混合既可以用于汽車燃料也可以用于工業鍋爐燃燒取暖。由于三種燃料不同的物化參數，甲醇和柴油可以作為稀釋劑和生物質油混合，混合后的物化參數稍有變化，改變了甲醇低閃點的缺陷，甲醇和柴油低黏度和高的流動性改善了生物質油高黏度和低流動性的弊端，生物質油高的含氧量促進了柴油的完全燃燒。

當生物質油含量大于50%后，燃燒器原有點火系統不易動作，輔助空氣霧化和手動點火后，混合燃料仍可以正常燃燒。相同燃料消耗率的條件下，混合燃料都能滿足基本供暖要求，輸出水溫可達到95 ℃。鑒于此，本項目在后續研究中針對燃燒器結構給予改進創新，設計出適用于生物質油高黏度燃料的專用燃燒器。