1、引言
隨著化石燃料的日益短缺和化石燃料的利用所引起的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，大力開(kāi)發(fā)利用可再生能源資源，實(shí)現(xiàn)能源資源利用的本地化成了解決我國(guó)能源問(wèn)題的主要措施之一。生物質(zhì)鍋爐發(fā)電是解決當(dāng)前我國(guó)能源短缺的有效途徑之一；生物質(zhì)鍋爐發(fā)電能減少大氣污染，利用環(huán)境保護(hù)；生物質(zhì)鍋爐發(fā)電還可以增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)民生活。
2、生物質(zhì)鍋爐概述
2.1生物質(zhì)鍋爐開(kāi)發(fā)背景
我國(guó)生物質(zhì)資源十分豐富，其中棉稈、玉米稈、樹(shù)枝等占很大比例。如何高效利用這些農(nóng)業(yè)廢物，以實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化、減量化和資源化，已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的一個(gè)重要課題。將循環(huán)流化床燃燒技術(shù)應(yīng)用于棉稈、玉米稈、樹(shù)枝的大規(guī)模處理，解決傳統(tǒng)處理方法低效率、高污染的缺點(diǎn)，同時(shí)用于發(fā)電或供熱，替代部分化石燃料，將對(duì)我國(guó)能源和環(huán)保戰(zhàn)略起著非常重要的作用，富通新能源不但生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，而且還出售
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
現(xiàn)有純燒秸稈的鍋爐主要有機(jī)械爐排爐和摻燒少部分秸稈的流化床爐兩種。在爐排爐內(nèi)，燃料的攪拌程度、氣體分布、整體燃燒反應(yīng)速度不及流化床爐，斷面熱負(fù)荷低于流化床，使得爐排爐設(shè)備龐大，投資費(fèi)用高。而流化床爐結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。爐排爐要求燃料熱值保持相對(duì)穩(wěn)定，而流化床密相區(qū)有大量的高溫物料，床層的熱容量大，燃料適應(yīng)性強(qiáng)。由于循環(huán)流化床采用低溫( 800～900℃)、分級(jí)燃燒方式，大大減少了氮氧化物的生成。相反，爐排爐局部燃燒溫度高，煙氣中污染物排放高。因此，從燃燒效率和污染物排放來(lái)看，流化床爐要優(yōu)于爐排爐。
2.2生物質(zhì)鍋爐現(xiàn)狀
秸稈燃燒通常分為直接燃燒和與其它燃料混燒兩種類型。
(1)秸稈直接燃燒
秸稈直接燃燒通常有層燃和流化床兩種方式。
層燃技術(shù)包括固定爐排、移動(dòng)爐排、旋轉(zhuǎn)爐排和振動(dòng)爐排等，可適于含水率較高、顆粒尺寸變化較大及灰分含量較高的秸稈，具有操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。水冷移動(dòng)爐排可以保證燃燒的燃料在爐排表面分布均勻，以保障一次配風(fēng)的均勻分布�？諝夥植疾痪鶗�(huì)造成結(jié)渣、飛灰損失增加、過(guò)量空氣系數(shù)增加等問(wèn)題。燃料在爐排上傳輸必須盡可能地保證平滑和均勻。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，可采用連續(xù)移動(dòng)爐排、紅外線高度控制系統(tǒng)以及合理的配風(fēng)系統(tǒng)。這種形式的層燃爐在歐洲國(guó)家廣泛采用。
丹麥BWE公司秸桿直接燃燒技術(shù)的鍋爐采用振動(dòng)水冷爐排，自然循環(huán)的汽包鍋爐，過(guò)熱器分兩級(jí)布置在煙道中，煙道尾部布置省煤器和空氣預(yù)熱器。
位于加拿大威廉斯湖的生物質(zhì)電廠以當(dāng)?shù)氐膹U木料為燃料，鍋爐采用設(shè)有BW“燃燒控制區(qū)”的雙拱形設(shè)計(jì)和底特律爐排廠生產(chǎn)的DSH水冷振動(dòng)爐排，使燃料燃燒完全，也有效地降低了煙氣的顆粒物排放量。同時(shí)，還在爐膛頂部引入熱空氣，從而在燃燒物向上運(yùn)動(dòng)后被再次誘入渾濁狀態(tài)，使固體顆粒充分燃燒，提高熱效率，減少附帶物及煙氣排放量。
流化床技術(shù)以德國(guó)KARLBAY公司的低倍率差速床循環(huán)流化床生物質(zhì)燃燒鍋爐為代表。該鍋爐的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在燃燒技術(shù)上。高低差速燃燒技術(shù)的要點(diǎn)是改變現(xiàn)有常規(guī)流化床單一流化床，而采用不同流化風(fēng)速的多層床“差速流化床結(jié)構(gòu)”。
瑞典也有以樹(shù)枝、樹(shù)葉等作為大型流化床鍋爐的燃料加以利用的實(shí)例。國(guó)內(nèi)無(wú)錫鍋爐廠、杭州鍋爐廠、濟(jì)南鍋爐廠等都有燃用生物質(zhì)的流化床鍋爐。
(2)秸稈與煤混燒
秸稈與煤的混合燃燒技術(shù)在充分利用現(xiàn)有技術(shù)與設(shè)備的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)階段是一種低成本、低風(fēng)險(xiǎn)可再生能源利用方案，可部分替代常規(guī)能源，減少C02、NOx、S02的排放；同時(shí)建立生物質(zhì)燃料市場(chǎng)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，提供大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。在美國(guó)和歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建設(shè)了一定數(shù)量的生物質(zhì)和煤的混合燃燒示范工程，裝機(jī)容量在50～700MW之間，涉及的鍋爐類型包括煤粉爐、爐排爐和循環(huán)流化床等。
據(jù)2004年的統(tǒng)計(jì)，目前在全球有150多座生物質(zhì)混燒裝置在運(yùn)行。在美國(guó)就有超過(guò)40個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的生物質(zhì)混燒示范工程，參與混燒的生物質(zhì)種類繁多，從秸稈、能源作物、草本植物一直到木材都有；常見(jiàn)的摻燒比例大約從1%-20%。歐洲的生物質(zhì)混燒同樣發(fā)展迅猛，而且更注重生物質(zhì)燃料的大份額摻燒，例如2001年在芬蘭Pietarsaari投入運(yùn)行的Alholmens Kraft熱電廠的生物質(zhì)混燒鍋爐，采用700t/h的亞臨界循環(huán)流化床每年燃用超過(guò)200，000立方米的廢木片、樹(shù)皮和秸稈，生物質(zhì)燃料的燃燒份額達(dá)到45%。丹麥采用高倍率循環(huán)流化床鍋爐，將干草與煤按照6：4的比例送入爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，鍋爐出力為l00t/h，熱功率達(dá)80MW。
國(guó)內(nèi)方面，2004年8月，北京龍基電力公司與華電國(guó)際在山東棗莊簽訂了卜里泉發(fā)電廠#5機(jī)組秸稈升級(jí)項(xiàng)目合同，這是我國(guó)第一個(gè)煤粉爐中摻燒秸稈項(xiàng)目。華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠引進(jìn)丹麥的BWE秸稈發(fā)電技術(shù)，總投資8000多萬(wàn)元人民幣。增加了1套秸稈收購(gòu)、儲(chǔ)存、粉碎和輸送設(shè)備，2臺(tái)從丹麥BWE公司進(jìn)口的輸入熱負(fù)荷為3萬(wàn)千瓦的秸稈專用燃燒器，并對(duì)供風(fēng)系統(tǒng)及相關(guān)控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。改造后兩臺(tái)新增加的燃燒器所輸入的熱負(fù)荷將達(dá)到鍋爐額定負(fù)荷的20%，按年運(yùn)行7500小時(shí)進(jìn)行計(jì)算，每年焚燒10.7萬(wàn)噸秸稈，相當(dāng)于減少5.8萬(wàn)噸標(biāo)煤消耗。
2003年江蘇省豐縣鑫源電廠投產(chǎn)兩臺(tái)1.8萬(wàn)KW循環(huán)流化床機(jī)組，使用燃料為煤、煤泥與秸稈混燒，秸稈摻燒比例為15%。
3、生物質(zhì)鍋爐的原理及應(yīng)用
3.1生物質(zhì)鍋爐的工作原理（以我公司研制的75t/h循環(huán)流化床秸稈鍋爐為例）
采用床下點(diǎn)火方式，啟動(dòng)燃燒器布置在水冷風(fēng)板的下部；爐膛底部為水冷布風(fēng)板和水冷風(fēng)室；爐膛下部前后墻水冷壁向爐內(nèi)彎曲，與軸線形成一定夾角；水冷壁采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)型式；三個(gè)給料口，兩個(gè)給前點(diǎn)、一個(gè)給后點(diǎn)；爐膛出口并列布置兩個(gè)高溫旋風(fēng)分離器加上兩個(gè)返料器；低溫過(guò)熱器呈順列布置于尾部豎井的上段，高溫過(guò)熱器呈順列布置于流化床燃燒室后墻外側(cè)的外置式換熱器中；對(duì)流管束布置于水平煙道，下方設(shè)有灰斗，通過(guò)箱式?jīng)_灰器排灰；一級(jí)噴水減溫器和二級(jí)噴水減溫器分別布置于下級(jí)低溫過(guò)熱器和上級(jí)低溫過(guò)熱器的出口；逆流雙級(jí)膜式省煤器布置在尾部煙道的中段；四回程臥式空氣預(yù)熱器布置在尾部煙道的下段。
燃料（柴油或天然氣）和來(lái)自一次風(fēng)機(jī)的燃燒風(fēng)在啟動(dòng)燃燒室燃燒后產(chǎn)生高溫?zé)煔�，進(jìn)入水冷風(fēng)室，再通過(guò)水冷布風(fēng)板進(jìn)入爐膛，以加熱床料。秸稈燃料從加料口加入。空氣分一次風(fēng)和二次風(fēng)送入爐膛，一次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后經(jīng)過(guò)水冷風(fēng)室和水冷布風(fēng)板進(jìn)入流化床燃燒室；二次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后，從前后墻沿爐膛高度分三層進(jìn)入爐內(nèi)，三層二次風(fēng)口呈交錯(cuò)布置，高速噴入爐內(nèi)，補(bǔ)充燃燒所需空氣，并加強(qiáng)爐內(nèi)混合。煙氣和夾帶的物料在爐膛上部出口分兩路進(jìn)入布置在爐膛與尾部豎井煙道之間的高溫絕熱旋風(fēng)分離器，分離下來(lái)的灰一路進(jìn)入外置換熱器，在其中低速流化，將一部分熱傳給埋在床中的高溫過(guò)熱器，受到冷卻后返回爐膛進(jìn)行再燃燒；另一路通過(guò)水冷機(jī)械調(diào)節(jié)閥直接返回爐膛，通過(guò)調(diào)節(jié)兩者流量即可控制外置換熱器與爐膛的溫度分布。分離后的煙氣通過(guò)對(duì)流管束，部分飛灰經(jīng)分離之后落入灰斗，沒(méi)有被分離下來(lái)的飛灰隨同煙氣依次流經(jīng)低溫過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，然后進(jìn)入鍋爐的出口煙道。鍋爐給水經(jīng)上下兩級(jí)省煤器加熱后進(jìn)入汽包；鍋爐內(nèi)的飽和水經(jīng)集中下降管進(jìn)入水冷壁下集箱、燃燒室水冷壁，加熱蒸發(fā)后流入上集箱，然后進(jìn)入汽包；飽和蒸汽經(jīng)汽包引出管流入低溫過(guò)熱器下集箱，由下級(jí)低溫過(guò)熱器加熱后進(jìn)入減溫器調(diào)節(jié)氣溫，然后又由上級(jí)低溫過(guò)熱器加熱后流入二級(jí)減溫器調(diào)節(jié)氣溫，經(jīng)噴水減溫后的過(guò)熱蒸汽流入外置換熱器中的高溫過(guò)熱器，加熱至450 0C后進(jìn)入高過(guò)出口集箱，然后又進(jìn)入布置在爐前的匯汽集箱，然后送入汽輪機(jī)發(fā)電。
3.2生物質(zhì)鍋爐的特點(diǎn)
生物質(zhì)燃料水分比較高，采用流化床技術(shù)，有利于生物質(zhì)的完全燃燒，提高燃燒效率。生物質(zhì)流化床鍋爐可以采用砂子、高鋁磚屑、燃煤爐渣等作為流化介質(zhì)，形成蓄熱量大、溫度高的密相床層，為高水分、低熱值的生物質(zhì)提供優(yōu)越的著火條件，依靠床層內(nèi)劇烈的傳熱傳質(zhì)過(guò)程和燃料在床內(nèi)較長(zhǎng)的停留時(shí)間，使生物質(zhì)燃料得以充分燃盡。流化床鍋爐能夠維持在850℃左右的燃燒溫度并伴隨料層充分?jǐn)_動(dòng)，所以床內(nèi)不易結(jié)渣，并且低溫燃燒及爐內(nèi)脫硫減少了NOx、SOx等有害氣體的生成。負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，操作方便。
在燃燒過(guò)程中，必須考慮燃料中的水分。燃燒高水分的生物質(zhì)燃料之前需要消耗能量來(lái)干燥生物質(zhì)，所以高水分會(huì)降低燃燒效率。水分含量越大，燃料燃燒需要的時(shí)問(wèn)就越長(zhǎng)。鍋爐的效率是隨著水分含量而變化。當(dāng)燃料水分含量超過(guò)40%后，水分含量稍有增加將會(huì)使鍋爐效率大大降低。
3.3．秸稈發(fā)電應(yīng)用實(shí)例
以某市建設(shè)2×12MW生物質(zhì)電廠為例。（如圖2所示1
本項(xiàng)目工程建設(shè)2×12MW汽輪發(fā)電機(jī)組，配2×75t/h循環(huán)流化床秸稈鍋爐，投資額為16796.9萬(wàn)元。
(1)燃料來(lái)源
本項(xiàng)目燃料為棉稈和樹(shù)枝，燃料量設(shè)計(jì)值為420t/d，燃料特性見(jiàn)表1。為確保電廠原料供應(yīng)有序，實(shí)現(xiàn)電廠正常運(yùn)行，采取如下措施：
11設(shè)立專門(mén)秸稈收購(gòu)部門(mén)負(fù)責(zé)定點(diǎn)收購(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)打包、適量存儲(chǔ)和運(yùn)輸。
2)政府出臺(tái)相關(guān)政策，為電廠生產(chǎn)提供有效保障。
(2)灰渣處理
電廠建成后，全年燃用秸稈23.7萬(wàn)t，混合秸稈灰分為4%，全年灰渣量約為9500噸�；以繛椴菽净�，是很好的鉀肥，可以返回給農(nóng)村用于農(nóng)作物施肥，全部綜合利用。
(3)燃燒系統(tǒng)
鍋爐燃燒系統(tǒng)由給料機(jī)、送、引風(fēng)機(jī)和料斗組成。秸稈經(jīng)破碎機(jī)破碎成5～l0mm顆粒進(jìn)入料倉(cāng)，料倉(cāng)下來(lái)的碎秸稈經(jīng)一臺(tái)出力為15t /h刮板給料機(jī)進(jìn)入爐膛，燃盡的灰渣直接放入灰斗內(nèi)，用小車(chē)送至臨時(shí)灰場(chǎng)，煙氣中灰分經(jīng)除塵器除塵后排人大氣。干灰經(jīng)倉(cāng)泵打入灰?guī)靸?chǔ)存。
(4)全廠主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2．
(5)大氣污染治理方案及環(huán)境影響分析
1)治理方案
綜合考慮廠址地理位置、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)、國(guó)家有關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及今后的發(fā)展趨勢(shì)、灰渣綜合利用等因素，初步擬定采用脈沖布袋除塵器和80m煙囪排放，大氣擴(kuò)散稀釋的治理方案。
2)大氣污染
3)環(huán)境影響分析
由表3計(jì)算可知，當(dāng)全部燃用含硫量和灰分較大的棉花稈時(shí)，各項(xiàng)排放指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)。所以在實(shí)際混合燃燒過(guò)程中，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)。另外尚可減少C02排放7.7萬(wàn)噸。
(6)分析
采用2×75t /h中溫中壓鍋爐，配2×12MW供熱機(jī)組的秸稈發(fā)電廠總投資在2億元左右是可能的。年燃用秸稈23.71萬(wàn)噸，可節(jié)省標(biāo)煤1.75萬(wàn)噸，增加農(nóng)民收入3600萬(wàn)元多，相當(dāng)于農(nóng)民耕種小麥40000000m2，等于全縣擴(kuò)大1/40土地面積，增加農(nóng)民收入約2.5%，大大改善了農(nóng)民生活。
4、結(jié)束語(yǔ)
生物質(zhì)鍋爐發(fā)電技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用具有能源替代、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)民增收、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)等社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。加快發(fā)展生物質(zhì)鍋爐發(fā)電產(chǎn)業(yè)，對(duì)促進(jìn)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、解決廣大農(nóng)村的民生問(wèn)題具有重要作用。
相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)壁爐
2、
秸稈顆粒機(jī)
3、
木屑顆粒機(jī)
