北京蘇陽環(huán)能科技有限公司 ■ 張延寶

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，一次能源的消耗也在不斷加速，其資源終將枯竭。開發(fā)應(yīng)用可再生能源已在近二、三十年蓬勃發(fā)展起來，太陽能光熱、光電、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域發(fā)展迅猛，形勢大好。生物質(zhì)能作為可再生能源的重要組成部分，其中生物質(zhì)成型燃料應(yīng)用的三大產(chǎn)業(yè)鏈——生物質(zhì)成型設(shè)備(制粒機(jī))制造，生物質(zhì)顆粒燃料加工企業(yè)和生物質(zhì)顆粒燃料燃燒設(shè)備的制造也已初步形成格局，但仍未能形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)。

1 煙塵是影響生物質(zhì)燃燒設(shè)備推廣的主因

造成以上現(xiàn)象的原因何在？作為從事生物質(zhì)燃燒設(shè)備研發(fā)的一名科技人員，筆者認(rèn)為制約三大產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的關(guān)鍵這一是燃燒設(shè)備的“環(huán)保認(rèn)可”，即煙塵是影響生物質(zhì)燃燒設(shè)備推廣的主因。

生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用在我國已有十幾年了，曾出現(xiàn)過各種各樣的生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)品，有從國外引進(jìn)仿造的、有自主研發(fā)的，層出不窮，各顯神通，但始終在“探索”中艱難前行。能夠形成規(guī)?！百嶅X”的幾乎為零，許多人士碰的“頭破血流”，偃旗息鼓。難道是政府不支持嗎？非也。是用戶不歡迎嗎？非也。究其原因，產(chǎn)品使用中冒黑煙，尤其是排放大量的PM2.5，在許多地方遭遇到環(huán)保部門的封殺；能源利用率低也是重要原因。理清思路，明確方向，攻克消煙除塵難關(guān)，創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品，這是推廣應(yīng)用生物質(zhì)燃燒設(shè)備的必由之路。

2 生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中產(chǎn)生煙塵的原因

燃料成分決定著燃燒特性。生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中與煤相比，極易產(chǎn)生煙塵，其主要原因?yàn)椋?/p>

1)生物質(zhì)顆粒中含有70%～80%的碳?xì)浠衔锛磽]發(fā)分，而一般煙煤只有20%～30%。揮發(fā)分受熱(高于200 ℃)時就開始析出，其析出過程幾乎伴隨著整個燃燒過程。如果它不被完全燒盡，就可能在隨后裂解反應(yīng)中生成微小的碳顆粒排出，這就是冒黑煙的原因。

2)由于生物質(zhì)顆粒燃燒中必須由機(jī)械(風(fēng)機(jī))供風(fēng)來維持，而燃料中包含著較多生物質(zhì)碎末和泥土灰塵，它們體積小、質(zhì)量輕，也可能隨著煙風(fēng)一道排出而成為“煙塵”。

3)由于生物質(zhì)顆粒含水率較高(一般為12%～14%，甚至高達(dá)20%)，受熱蒸發(fā)也可將顆粒粉末化，如未被燒掉，也可成為“煙塵”排出。

4)生物質(zhì)顆粒燃燒產(chǎn)物中的灰渣，由于個小體輕，也容易隨煙風(fēng)排出成為“煙塵”。

由此可見，生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中必須考慮消煙除塵問題。

3 生物質(zhì)燃燒設(shè)備減排PM2.5，減少對大氣環(huán)境的污染是一項綜合技術(shù)

首先，要從源頭著手，即盡可能減少煙塵的產(chǎn)生。為此，應(yīng)考慮采用清潔燃燒技術(shù)。清潔燃燒技術(shù)的必要條件為：

1)確保燃料的完全充分燃燒，應(yīng)供給足夠的氧氣。為此，應(yīng)合理選擇“空－燃比”?？諝獠粔?，燒不盡，冒黑煙；空氣過多，就會增大煙氣量，增加熱損耗，降低熱效率。對于生物質(zhì)顆粒燃料，空氣過剩系數(shù)選擇α在1.5～2.0之間為宜。此外，空氣供給應(yīng)均勻分布。

2)為確保完全充分燃燒，必須使燃燒區(qū)域保持較高而穩(wěn)定的溫度，溫度忽高忽低易造成不完全燃燒。

3)為確保完全充分燃燒，必須保證有足夠的燃燒空間，讓燃燒物質(zhì)在燃燒室有足夠的停留時間。

在確保燃料完全充分燃燒的前提下，燃燒過程應(yīng)長時間連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地進(jìn)行。為此，燃燒過程不應(yīng)受到人為因素的影響，應(yīng)實(shí)施機(jī)電一體化的自動控制。所謂機(jī)電一體化的控制，就是供料系統(tǒng)和供風(fēng)系統(tǒng)均由機(jī)械來執(zhí)行，并由控制系統(tǒng)(儀表)來控制。

近幾年來，一種比較理想的生物質(zhì)清潔燃燒設(shè)備——下飼式全自動控制的生物質(zhì)顆粒燃燒器問世。該設(shè)備采用了從燃燒層下部進(jìn)料、上部供風(fēng)燃燒的方式，進(jìn)料量與供風(fēng)量均由數(shù)字控制、調(diào)節(jié)，保障了燃燒的完全充分及過程的長期穩(wěn)定，很好地避免了不完全燃燒現(xiàn)象的發(fā)生，由此減少了煙塵量的產(chǎn)生。經(jīng)檢測，與這種燃燒器配套的熱水鍋爐排煙含塵量為16 mg/Nm3，達(dá)到燃油排放國家標(biāo)準(zhǔn)。

其次，生物質(zhì)燃料燃燒會產(chǎn)生大量粉塵是不可避免的。這是由于燃料體積小，質(zhì)量輕，極易在煙風(fēng)的帶動下排出爐膛。因此在設(shè)計換熱結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮采用多種除塵結(jié)構(gòu)。如改變煙氣流動方向的離心除塵、重力除塵，以及煙氣擾動裝置的阻擋除塵、絲網(wǎng)過濾等除塵措施，將粉塵中較大的顆粒從煙氣中分離出來，沉積在爐內(nèi)后集中清除。

最后，生物質(zhì)燃燒設(shè)備必須配備簡單易行的除塵裝置。由于生物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的粉塵中存在許多粒徑很小的粉塵，單靠爐內(nèi)常規(guī)的除塵措施是不可能完全消除的。例如PM10，特別是當(dāng)前的粉塵“明星”PM2.5以下粒徑，要想徹底清除是非常困難的。

要減少PM2.5類的粉塵，凈化煙氣，可采用電除塵、噴淋除塵等方式。由于電除塵造價昂貴，且運(yùn)行維護(hù)比較困難，對于小型功率(一般適用的設(shè)備功率在0.7 MW以下)的生物質(zhì)燃燒設(shè)備而言不太適合。噴淋除塵比較可行，但其用水量較多。據(jù)國內(nèi)外一些文獻(xiàn)的報道，一種文丘里除塵器比較實(shí)用。這種除塵器造價較低，耗水量較少，除塵效果好，特別適用于消除PM5粒徑以下的粉塵(報道稱除塵率可達(dá)99%)。新型文丘里除塵器試驗(yàn)結(jié)果比較理想，經(jīng)檢測，安裝了文丘里除塵器的熱水鍋爐，其排煙含塵量達(dá)到了燃?xì)馀欧艊覙?biāo)準(zhǔn)(10 mg/Nm3以內(nèi))。

4 結(jié)論

綜上所述，并非所有生物質(zhì)燃燒爐產(chǎn)生的煙塵都不能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵在于產(chǎn)品是否為滿足國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了科學(xué)創(chuàng)新性設(shè)計。為減少對大氣環(huán)境的污染，特別是減排PM2.5，推廣應(yīng)用生物質(zhì)燃燒設(shè)備是不可或缺的解決之道。而要做到這一點(diǎn)，清潔燃燒技術(shù)和煙塵凈化技術(shù)相結(jié)合是唯一的途徑。