生物質燃料鍋爐與熱電聯產節能優化設計探討

黃先獻

摘 要：現如今，隨著社會經濟的快速發展，能源消耗問題愈發嚴重。由于化石能源不可再生，導致地球化石資源正逐漸走向枯竭。同時，在這樣經濟發展的背景下，人民的消費水平和生活水平不斷提高，對生活品質要求越來越嚴格。為了能夠使社會在經濟發展的同時保持清潔和節能，發展生物質熱電聯產，是構建資源節約型社會的必要保障。傳統熱煤工業能效較低并且對環境污染較大。作為可再生能源，生物質能來源廣泛，并且具有污染物排放低的優點。對此本文針對生物質燃料特點進行分析，以漿廠廢液、廢渣等生物質能為例，探討如何通過熱電聯產節能優化設計來確保漿廠在不引進任何外來燃料的前提下，做到熱力能源、電力能源自給自足。

關鍵詞：生物質燃料;熱電聯產節能優化;鍋爐;給水溫度;可再生能源

從目前實際情況來看，我國目前燃煤工業鍋爐共有近60萬臺，其中鏈條鍋爐占總量的60%，層燃工業鍋爐占有量大并且覆蓋面積十分廣泛，其燃煤量是我國耗煤量的三分之一，是我國第二大煤煙型污染源。層燃工業鍋爐存在能效水平低且污染物排放嚴重的問題，可發展節能技術的空間較大。而生物質燃料能夠在一定程度上取代化石燃料，擁有來源廣泛、污染物排放低的特點，是一種十分理想的可再生能源。

一、生物質燃料特點以及可替代性分析

（一）可再生特點

生物質能指的是一種以生物為載體的能源，也就是在植物光合作用之后將太陽能轉化為化學能，在生物質內儲存的一種能源模式。在當前常規能源日益枯竭以及環境不斷惡化的發展環境下，生物質能源的開發與利用得到了人們廣泛關注[1]。

（二）廣泛性特點

現如今，可利用的生物質能源主要有：稻桿、谷殼、禽畜糞便以及生活垃圾等，這些生物質能源分布范圍十分廣泛，具有較大的開發利用潛力。比如燃料花生殼既能夠節約能源，還可以使生產廢料花生殼得到二次利用，具有較好的經濟效益和環境效益。

二、通過優化堿回收鍋爐能量系統來提高鍋爐運作效率的具體措施

（一）提高鍋爐的主汽參數，由原來的6.28MPa/480℃提高至9.2MPa/490℃，以此方法來提升主蒸汽的有效能量[2]。

（二）利用汽機抽汽來提高入爐時的熱風溫度，從根本上提升堿爐的熱效率。

（三）利用油換熱器回收電除塵器后的煙氣熱量來進行加熱去除鹽水，使排煙溫度能夠從原來的180℃降低到120℃，同時確保給水溫度能夠提升至200℃。

（四）通過汽機兩段抽汽模式來有效提高熱入省煤器的給水溫度，使其從原有的235℃提高到270℃。

（五）通過汽機非調整抽汽來取代堿爐原有的過熱蒸汽，將其作為吹灰用汽。

在此過程中，1-5項措施主要目的是為了提高熱力系統運行效率。是截止到目前為止國內外已實踐應用過的技術措施，比如：將鍋爐的主汽參數調節到了臨界狀態;鍋爐給水在除氧器前后全都應用了低壓與高壓加熱器，以此來提高鍋爐的給水溫度;通過鍋爐空氣預熱器來將熱風溫度提升至300℃以上，將尾部排煙溫度大大降低，利用汽機抽汽來取代吹灰用汽[3]。因此從電力行業實踐情況來看，這些技術措施都在提高熱力系統運作效率方面具有一定的可行性。

從以往我國制漿和造紙行業堿回收鍋爐主要是以黑液中的藥品為主，將回收蒸汽熱能作為輔。然而隨著我國制漿造紙行業規模的不斷擴大，堿回收鍋爐容量也在不斷擴大，其能源利用效率的提升引起了社會各界的高度重視，因此在提高堿回收率的基礎上還需要加強熱能的高效利用，所以全面推廣大型鍋爐熱能高回收率和高利用率是未來電力行業發展的必然趨勢。在此方面我國相關堿爐制造廠家也在進行改革和創新，并且收獲了十分良好的效果。

因為堿回收鍋爐與電站鍋爐的燃料截然不同。堿回收鍋爐主要是以多種物質共同組成的液態化學混合物為主，而電站鍋爐卻是以基本穩定的礦物質，像煤炭和石油為主，雖然燃燒過程中的原理和流程大體相似，但是其中所產生的燃燒產物以及對鍋爐本身所產生的影響存在明顯差異。在堿爐運行過程主要是要防范高溫腐蝕和化學腐蝕，如果熱面溫度過高或過低都會對堿爐運行造成惡劣影響，甚至出現嚴重安全事故。因此如何提高堿爐熱效率，減少對項目投資的影響，是當前需要重點關注的技術調研工作。

三、技術措施的主要應用原理分析

（一）通過提高堿爐主汽參數，可以明顯提升堿爐熱效率以及汽機內部蒸汽的作功能力[4]。因為溫度和壓力提升幅度不大，因此方案中鍋爐與汽機制造材料和原有方案基本一致，所以投資并沒有明顯變化，但是需要注意的是，溫度升高會對過熱器使用壽命、堿灰積聚等方面造成嚴重影響。從國際堿爐運行經驗可以得知，運行過程中的蒸汽溫度不能超過500℃，如果超出此溫度范圍，那么就會加快堿爐的腐蝕速度。國際堿爐蒸汽溫度與壓力標準一般控制在9.2MPA/480℃。

（二）通過汽機抽汽來提高給水溫度，能夠有效提高爐水平均吸熱溫度，減少傳熱溫差，使給水在堿爐內的吸熱量大大減少，在此基礎上也讓系統熱負荷有所增加，進而提高系統熱效率。但是需要重點注意的是：在選擇最終給水溫度時，需要挑選系統效率最大的最佳給水溫度[5]。其次，是要挑選給水加熱器的最佳組合形式，合理布置系統。最后挑選加熱器結構和材質過程中，因為此方案不僅可以提高加熱器和系統的投資，還可以增加堿爐內的省煤器面積，所以投資也會有明顯增加。

（三）利用汽機抽汽可以進一步加熱入爐熱風，減少低溫熱風對鍋爐燃燒造成的不利影響，提高鍋爐內部溫度與燃燒效率[6]。但是需要選擇最佳熱風溫度和加熱氣。因為原有方案中已經存在蒸汽加熱器，只是增加換熱面積，因此投資方面并不會有明顯增加。

（四）在蒸發過程中使用HERB型堿爐，可以有效提高堿爐主汽參數，并采用高效堿爐，此時蒸發級效和黑液濃度都會有明顯提高，這雖然投資較大，但確是提升系統效率的最佳方案。另外，HERB型堿爐結構十分復雜，存在一定的技術風險。

結束語：

綜上所述，作為化石燃料可替代能源，生物質燃料是一種節能效果良好的可再生能源，通過對比可以發現，生物質能熱電聯產代替傳統燃煤供暖之后，不僅可以具有節能環保效果，同時還合理利用了各種廢棄物，合理疏導了廢棄物的去向。本文主要論述了漿廠通過技術改造將燃煤工業鍋爐設計成生物質燃料鍋爐的具體措施，這意味著不僅可以合理解決生產廢料、廢渣的解決問題，同時也在一定程度上減少了大氣污染物的排放，使經濟效益和環境效益雙豐收，最終配合熱電聯產節能優化技術，為電力行業實現可持續發展奠定良好基礎。

參考文獻：

[1]唐杰毅.生物質鍋爐一氧化碳排放超標原因及控制措施[J].節能與環保，2021（04）：39-40.

[2]劉鳳磊，萬顯君.秸稈捆燒直燃生物質鍋爐的設計[J].應用能源技術，2021（03）：33-35.

[3]王善武，徐懿敏，錢風華.生物質鍋爐產品質量評價指標體系研究[J].工業鍋爐，2021（01）：34-40.

[4]裴俊強.生物質燃料燃燒過程中結渣成因分析[J].區域供熱，2021（01）：77-85.

[5]李人鑒.生物質氣化燃燒技術在工業鍋爐上的應用研究[J].質量技術監督研究，2020（06）：25-28.

[6]杜軍堂，李云.燃煤鍋爐改燃成型生物質燃料的案例分析[J].工業鍋爐，2020（06）：49-52.