摘要：對(duì)生物質(zhì)電廠所用鍋爐的種類，燃燒方式、主要特點(diǎn)等進(jìn)行了分析、探討，并通過對(duì)兩種最常用的爐型對(duì)比分析，為合理選擇生物質(zhì)鍋爐提供參考。
關(guān)鍵詞：生物質(zhì)鍋爐；爐排爐；循環(huán)流化床鍋爐
0 引言
由于大量使用化石燃料而引起的能源短缺和環(huán)境惡化問題，生物質(zhì)能已經(jīng)在鍋爐燃料中占據(jù)重要的地位。中國作為農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為6.5億噸；薪柴和林業(yè)廢棄物資源量中，可感嘆句一每年達(dá)到6億噸以上。每年因無法處理的剩余農(nóng)作物秸稈在田間直接焚燒的超過2億噸，這不僅浪費(fèi)了資源，而且造成嚴(yán)重的空氣污染。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源生產(chǎn)和減少溫室氣體排放的目的，中國已于2006年1月開始實(shí)施《中華人民共和國可再生能源法》，為生物質(zhì)能等可再生能源的廣泛應(yīng)用，提供制度和法律上保證。根據(jù)中國新能源和可再生能源發(fā)展綱要提出的目標(biāo)，至2010年，中國生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量將超過3000MW，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
1、生物質(zhì)鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀
直接燃燒水稻、小麥、玉米等農(nóng)作物秸稈或樹木甄選等的生物質(zhì)鍋爐，是近幾年開始發(fā)展起來的。由于生物質(zhì)的燃料特性所致，鍋爐燃燒技術(shù)仍在探索之中。目前國際上和國內(nèi)常用的生物質(zhì)有循環(huán)流化床鍋爐和爐排爐兩大類，國內(nèi)有循環(huán)流化床CFB鍋爐、振動(dòng)爐排鍋爐投運(yùn)的先例，其中振動(dòng)爐排鍋爐有些是引進(jìn)國外技術(shù)。
稻、麥秸稈作為一類特定的生物質(zhì)燃料，具有生物質(zhì)燃料的一般性質(zhì)：高揮發(fā)份、低灰份、熱值低；高氧、低硫；著火溫度低、熱解迅速且焦炭反應(yīng)活性高。同時(shí)也具有自身特點(diǎn)：質(zhì)輕軟、疏松、體積能量密度低；以鉀為代表的堿金屬以及氯的絕對(duì)含量高、性質(zhì)活躍；灰中硅元素的份額較大等。稻麥秸稈的上述特點(diǎn)決定了其燃燒的特殊性，不但異于常規(guī)化石燃料，即使和木材、蔗渣、稻殼等一般生物質(zhì)燃料相比，其燃燒的組織原則也完全不一樣。具體說來秸稈燃燒不但要適應(yīng)常規(guī)生物質(zhì)燃燒的燃燒特點(diǎn)，還必須對(duì)秸稈高鉀高氯的特點(diǎn)予以充分的考慮，妥善處理這些無機(jī)物質(zhì)帶來的低熔、結(jié)渣、沉積、高低溫腐蝕以及聚團(tuán)等問題。
1.1 層燃鍋爐
層燃鍋爐的燃燒方式歷史最悠久，積累的經(jīng)驗(yàn)也最多，除燃用烘以外在以往的燃用固體廢棄物中也積累了不少經(jīng)驗(yàn)，有許多燃用固體廢棄物成功的工程實(shí)例可以借鑒。鑒于生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下問題：a)生物質(zhì)燃料易著火，燃盡時(shí)間短，應(yīng)注意爐排和配風(fēng)的選擇，爐排設(shè)計(jì)應(yīng)能有效地防止燃燒不充分和斷火的發(fā)生；b)爐排的設(shè)計(jì)應(yīng)承受生物質(zhì)燃燒在爐排上的暴燃及結(jié)焦；c)爐拱的設(shè)計(jì)要適合生物質(zhì)燃燒的燃燒特性；d)根據(jù)生物質(zhì)燃料的元素分析，受熱面的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠承受有害物質(zhì)的腐蝕。
1.2 循環(huán)流化床千稈燃燒技術(shù)的特點(diǎn)
a)燃燒效率高。循環(huán)流化床鍋爐床內(nèi)工質(zhì)顆粒擾動(dòng)劇烈，氣、固混合，床料和未烯飛的生物質(zhì)半焦之間存在強(qiáng)烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有利于生物質(zhì)半焦顆粒的破碎和燃盡；燃料及床料在循環(huán)流化床系統(tǒng)回路中多次循環(huán)、反復(fù)地燃燒和反應(yīng)、燃燒效率高；
b)燃料適應(yīng)性廣。循環(huán)流化床燃燒方式對(duì)燃料的強(qiáng)適應(yīng)性在燃煤和燃用各種廢棄物的應(yīng)用場合已得到充分的體現(xiàn)，在秸稈燃燒中，也同樣能適應(yīng)秸稈原料在各類、破碎條件、水分、雜技含量等方面的變動(dòng)，維持良好的燃燒組織
c)低溫燃燒特性。循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)大量惰性的床料和床料與燃料之間充分的混合使燃料燃燒放出的熱量能均勻釋放，不會(huì)在稀相區(qū)形成懸浮燃燒和層燃燒所難以避免的高溫；通過爐內(nèi)受熱面布置可以較好地控制循環(huán)回路物料的溫度水平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)床層溫度的控制，能夠維持生物質(zhì)在700攝氏度左右穩(wěn)定燃燒，使秸稈燃盡后不易結(jié)渣，并有效地抵制二氧化氮的生成。據(jù)國內(nèi)專業(yè)有關(guān)研究資料介紹，這一燃燒溫度還能緩解秸稈中堿金屬的遷徙轉(zhuǎn)發(fā)來的床層聚團(tuán)、受熱面沉積腐蝕、水冷壁熔渣等問題；
d)爐內(nèi)脫酸特性。循環(huán)流化床鍋爐傳熱傳質(zhì)工況十分優(yōu)越，通過爐內(nèi)添加石灰石可以有效地去除煙氣中的二氧化硫；據(jù)國內(nèi)有關(guān)研究資料介紹，通過添加合適的添加物也能夠固集甚至轉(zhuǎn)化秸稈原料帶入爐內(nèi)的堿金屬，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)地控制堿的遷徙轉(zhuǎn)化，從根本上緩解進(jìn)入尾部煙道的堿對(duì)后部受熱面的危害。
1.3 兩種燃燒方式比較
生物質(zhì)燃料易于著火也易于燃盡，采用爐排爐運(yùn)行中爐排基全部暴露在爐膛的熱輻射下，因此目前國內(nèi)生物質(zhì)鍋爐制造廠一般采用耐高溫的合金鋼材料制作鏈條爐排，也有些項(xiàng)目采用引進(jìn)技術(shù)的振動(dòng)爐排爐。
循環(huán)流化床秸稈燃燒技術(shù)利益于循環(huán)流化床燃燒方式固有的特點(diǎn)，專業(yè)的研究資料指出，這種鍋爐在解決秸稈燃燒中堿金屬帶來的低熔、結(jié)渣、沉積、高低溫腐蝕以及聚團(tuán)等問題上比爐排爐燃燒有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠在秸稈燃燒中發(fā)揮出獨(dú)特的作用。
1.4 國內(nèi)生物質(zhì)電廠鍋爐選型比較
目前國內(nèi)各生物質(zhì)電廠運(yùn)行的鍋爐主要有兩種爐型：引進(jìn)國外技術(shù)，國內(nèi)消化吸收制造的爐排式鍋爐和輛自主開發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐。目前已建成和在建項(xiàng)目有90%以上是采用引進(jìn)丹麥BWE技術(shù)制造的水冷振動(dòng)爐排式鍋爐。下面將爐排爐和長生不老流化床的特點(diǎn)列表說明。
2、結(jié)語
從純技術(shù)設(shè)計(jì)來說，爐排爐鍋爐效率雖然低于流化床約3%~的%，但廠用電的減少基本可彌補(bǔ)相對(duì)低的鍋爐效率，爐排爐綜合運(yùn)行指標(biāo)占優(yōu)；從燃料適應(yīng)性來說，明顯流化床鍋爐占穩(wěn)定性。鍋爐的選型應(yīng)以燃料構(gòu)成和收集管理作為唯一依據(jù)。若燃料能保證電廠用量，在燃料收集管理上能保證水分、灰渣控制在鍋爐設(shè)計(jì)范圍，則建議選擇水冷振動(dòng)爐排爐。若燃料構(gòu)成復(fù)雜，且在燃料收集管理上很難保證水分、灰渣控制在鍋爐設(shè)計(jì)范圍，則建議選擇流化床鍋爐。
根據(jù)目前國內(nèi)生物質(zhì)鍋爐科研、生產(chǎn)、供應(yīng)情況，以水稻、小麥、玉米、棉花等秸稈作為燃料的鍋爐，目前為止尚未標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，多為合同開發(fā)產(chǎn)品，可供選擇的余地很少。無論選擇何種形式的鍋爐，在燃燒技術(shù)上待實(shí)踐的驗(yàn)證，富通新能源生產(chǎn)的木屑顆粒機(jī)是壓制生物質(zhì)顆粒燃料最佳的選擇。