生物質(zhì)成型燃料小型鍋爐尾氣除塵實(shí)踐及其問題分析

王順國(guó)

龍山順天生物質(zhì)能源開發(fā)有限公司 湖南 龍山 416800

我公司是一家小型生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐、熱風(fēng)爐、烘干爐生產(chǎn)廠家，所產(chǎn)的設(shè)備主要銷往農(nóng)村及小城鎮(zhèn)，用于農(nóng)產(chǎn)品加工、學(xué)校及賓館供水等。生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的灰分低、含硫量低、氮氧化物低，是一種清潔可再生能源，正逐步替代小型燃煤鍋爐。隨著2015年1月1日新《環(huán)境保護(hù)法》頒布和實(shí)施 ，各地方政府對(duì)污染物排放的控制越來越嚴(yán)格，很多地方要求生物質(zhì)鍋爐的煙塵排放必須達(dá)到≤20mg/Nm3要求。為了滿足環(huán)保要求，我公司出產(chǎn)的生物質(zhì)鍋爐等都需要配置除塵裝置，我們主要配置的是布袋除塵器，使用后尾氣能夠達(dá)標(biāo)排放，但在使用過程中出現(xiàn)一些問題很難有效解決。

1 生物質(zhì)燃料鍋爐除塵過程中出現(xiàn)的問題

通過查閱國(guó)內(nèi)生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐使用現(xiàn)狀有關(guān)文獻(xiàn)，從文獻(xiàn)介紹可知在對(duì)廢氣進(jìn)行布袋除塵處理后，煙氣中含塵濃度可以控制在30mg/m3以下，符合《鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn) GB13271—2014》，如李曉霞等介紹了生物質(zhì)燃?xì)鈨艋龎m技術(shù)研究[1]，王兵介紹了靜電除塵器在生物質(zhì)燃料鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用[2]等。參考文獻(xiàn)介紹，結(jié)合我公司客戶的場(chǎng)地大小、經(jīng)濟(jì)承受力等實(shí)際情況，我公司最先直接采用布袋除塵器對(duì)生物質(zhì)鍋爐燃燒后的尾氣進(jìn)行除塵處理，經(jīng)縣環(huán)保部門檢測(cè)鑒定，除塵處理后的尾氣完全能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但是在運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)過不少問題，主要有燒袋、布袋堵塞嚴(yán)重導(dǎo)致布袋使用壽命低、選用的生物質(zhì)顆粒材料不同堵塞情況不一樣等。

2 出現(xiàn)的問題及其分析

2.1 燒袋

生物質(zhì)燃燒后廢氣中的灰塵主要由灰分、炭黑及未完全燃燒的碳粒組成。考慮到小型鍋爐的使用環(huán)境，為保證使用安全，我公司除塵器內(nèi)配套使用的布袋為高溫除塵布袋，使用溫度≥200℃，我公司內(nèi)置布袋的使用說明使用溫度可達(dá)250℃，而經(jīng)測(cè)量鍋爐排煙溫度≤160℃，從鍋爐排煙口經(jīng)管道進(jìn)入除塵器內(nèi)的溫度一般≤120℃，理論上安全是有保證的，但有用戶在使用小型熱水鍋爐及配套的布袋除塵器過程中，曾出現(xiàn)過燒袋現(xiàn)象，通過對(duì)用戶使用情況的調(diào)查分析，我公司雖對(duì)用戶進(jìn)行了必要的培訓(xùn)，但是實(shí)際用戶使用人員并不固定，使用人員的操作水平差異很大，并沒有嚴(yán)格按照操作規(guī)范使用，有的用戶在使用過程中，由于顆粒燃料和燃燒氣體的配比、燃?xì)馑俣鹊目刂频炔缓侠恚瑢?dǎo)致燃燒不不充分，沒有完全燃燒的顆粒碳化物進(jìn)入除塵器內(nèi)，沒有及時(shí)清除，在除塵器內(nèi)堆積陰燃，從而導(dǎo)致布袋燒袋現(xiàn)象出現(xiàn)。雖然該現(xiàn)象出現(xiàn)的次數(shù)很少，但極易引發(fā)火災(zāi)等生產(chǎn)事故。為了保證使用安全，我們?cè)诓即龎m器前，再配置一個(gè)旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器使用范圍廣，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單可靠，對(duì)于大顆粒的固體雜質(zhì)有較高的除塵效率，用來去除大顆粒的粉塵及沒有完全燃燒盡生物質(zhì)顆粒。除了增加旋風(fēng)除塵器外，要求用戶在使用過程中及時(shí)清除除塵器內(nèi)的灰塵，經(jīng)過改進(jìn)后運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，再也沒有出現(xiàn)燒袋現(xiàn)象。

2.2 布袋使用壽命低

生物質(zhì)顆粒燃燒廢氣采用旋風(fēng)除塵加布袋除塵兩級(jí)處理后，在使用過程中最主要的問題就是布袋堵塞、布袋上粉塵結(jié)塊，導(dǎo)致布袋的使用壽命低。最初我們簡(jiǎn)單認(rèn)為是由于廢氣從鍋爐出口經(jīng)輸送管道到旋風(fēng)除塵器，再經(jīng)管道輸入布袋除塵器，這之間距離長(zhǎng)導(dǎo)致廢氣的溫度降低大，廢氣進(jìn)入布袋除塵器是的溫度低于水蒸氣的露點(diǎn)，水蒸氣結(jié)晶析出水和粉塵粘接而結(jié)塊堵塞布袋。因此對(duì)排氣管路外部包覆隔熱材料對(duì)管路等進(jìn)行保溫，確保廢氣在進(jìn)入除塵器后的溫度高于水蒸氣的露點(diǎn)10～20℃左右，從處理后運(yùn)行情況來看，布袋堵塞現(xiàn)象只是有所改善，問題并沒有得到很好的解決。除此之外我們對(duì)除塵工藝也做了一些改進(jìn)，比如改變噴吹壓力、噴吹頻率，進(jìn)入除塵器廢氣的流速、流向等，總的效果并不是很理想。綜合對(duì)比國(guó)內(nèi)有光生物質(zhì)布袋除塵的有光文獻(xiàn)，同時(shí)對(duì)小型鍋爐和發(fā)電用鍋爐使用狀況分析，小型生物質(zhì)鍋爐等使用的連續(xù)性差，經(jīng)常啟停，鍋爐重新啟動(dòng)一定時(shí)間內(nèi)時(shí)，排出的廢氣溫度低于水蒸氣的露點(diǎn)，水蒸氣析出可能導(dǎo)致粉塵粘接堵塞布袋，這是小型鍋爐的使特性沒法更改。

根據(jù)李慧君等人對(duì)小麥秸稈燃燒過程中堿金屬釋放特性研究[3]，生物質(zhì)中堿金屬元素（主要是K）含量豐富，是生物質(zhì)灰的主要成分。由于堿金屬無機(jī)鹽（如KCl）具有較低的熔點(diǎn)，因此生物質(zhì)內(nèi)堿金屬極易在燃燒中釋放，此特性給生物質(zhì)能源的開發(fā)及利用帶來了嚴(yán)重的技術(shù)安全問題。在生物質(zhì)燃燒過程中，部分堿金屬灰分氣態(tài)釋放后，易于凝結(jié)，吸附并沉積在鍋爐爐膛受熱表面，造成玷污，結(jié)垢及積灰等問題，嚴(yán)重影響鍋爐的換熱，甚至造成腐蝕。通過上述分析，可以推知生物質(zhì)燃料鍋爐所產(chǎn)生的廢氣進(jìn)入除塵器后，也易于在布袋上凝結(jié)并堵塞布袋。

2.3 顆粒材料品種對(duì)布袋壽命影響較大

在生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐廢氣使用旋風(fēng)除塵和布袋除塵兩級(jí)除塵應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)選用不同的生物質(zhì)顆粒時(shí)布袋的堵塞情況有很大的差別。生物質(zhì)燃燒一般可分為預(yù)熱階段、干燥階段、揮發(fā)份析出燃燒階段、焦炭燃燒階段等，揮發(fā)階段即生物質(zhì)的氣化階段回油焦油成分產(chǎn)生，如焦油成分在燃燒室內(nèi)未燃盡的焦油成分隨廢氣一同進(jìn)入除塵器內(nèi)，焦油在200℃以下就會(huì)冷凝，和廢氣中的粉塵粘接，變成難以清除的黏稠狀物質(zhì)，堵塞布袋，這和我們?cè)谑褂眠^程中發(fā)現(xiàn)的粉塵成塊狀現(xiàn)象比較吻合。國(guó)內(nèi)鮑振超等研究了生物質(zhì)氣化中焦油的產(chǎn)生及處理方法[4]，金亮等分析了生物質(zhì)燃?xì)饨褂彤a(chǎn)生率及其凈化[5]，對(duì)生物質(zhì)在揮發(fā)氣化階段焦油的產(chǎn)生及其控制提出參考措施，但是對(duì)于小型鍋爐來講，其使用過程中生物質(zhì)顆粒燃燒階段各參數(shù)的控制不可能像大中型鍋爐那樣規(guī)范，廢氣中的焦油成分很難嚴(yán)格控制，同時(shí)鍋爐排出的廢氣經(jīng)管道、旋風(fēng)除塵器冷卻后，進(jìn)入除塵器內(nèi)的溫度≤200℃，焦油成分會(huì)冷凝，和粉塵結(jié)塊堵塞布袋。不同的生物質(zhì)顆粒，其揮發(fā)所產(chǎn)生的焦油成分是不同的，一些油性含量的生物質(zhì)顆粒，比如松木材料為主要成分的生物質(zhì)顆粒時(shí)，布袋堵塞嚴(yán)重，油性含量低的生物質(zhì)顆粒，揮發(fā)時(shí)也會(huì)有焦油成分產(chǎn)生，只用量的差別，沒有質(zhì)的差別，都會(huì)導(dǎo)致布袋堵塞，只是時(shí)間長(zhǎng)短不同而已，因此很難完全解決布袋堵塞問題。

3 初步結(jié)論

根據(jù)我公司生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)于小型生物質(zhì)熱水鍋爐、熱氣爐等廢氣采用旋風(fēng)除塵加布袋除塵兩級(jí)除塵系統(tǒng)，廢氣能夠達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，但是布袋易堵塞，使用壽命較低，還需要進(jìn)一步研究加以解決。