嘉興新嘉愛斯熱電有限公司 顏景順

目前，我國能源還是以燃煤為主，燃煤鍋爐排放氣體中污染物種類處理起來比較繁瑣，超低排放處理費(fèi)用也較高。另外，煤炭屬于不可再生能源，不是用之不盡，取之不竭的，所以尋找、增加潔凈能源勢在必行，生物質(zhì)燃料是我們開發(fā)及研究的重點(diǎn)。我廠通過建設(shè)生物質(zhì)鍋爐，用生物質(zhì)燃料代替常規(guī)能源，開發(fā)及使用生物質(zhì)燃料，對(duì)節(jié)約常規(guī)能源、優(yōu)化我國能源層次結(jié)構(gòu)，減輕環(huán)境污染都有著積極意義。本文主要以我廠（燃煤熱電廠）生物質(zhì)鍋爐所使用的燃料為主題進(jìn)行論述與分析。

1 生物質(zhì)燃料的概述及特點(diǎn)

生物質(zhì)是指任何可再生的或可循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)，包括所有的動(dòng)物、植物、微生物，以及這些生命體排泄和代謝的所有有機(jī)物質(zhì)。一般是農(nóng)林物秸稈、林業(yè)廢棄物等為主要燃料，包含玉米秸稈、棉桿、小麥桿、稻桿、甘蔗渣、廢木料、家具廠廢料等。該燃料是國家大力提倡的清潔能源，使用成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤炭、石油等。它清潔環(huán)保，熱值高，揮發(fā)分高，碳活性高，灰分也遠(yuǎn)低于煤碳，灰渣中余熱特別低，燃燒率可達(dá)96%以上。另外，其含硫量、含氮量等遠(yuǎn)低于煤炭、石油等，比較適合用于生物質(zhì)鍋爐的燃料。

2 生物質(zhì)燃料的預(yù)處理

燃料在進(jìn)鍋爐燃燒之前，需進(jìn)行一定的預(yù)處理，才能夠充分燃燒，熱值點(diǎn)達(dá)到最高，所以進(jìn)行預(yù)處理尤為重要，一般處理大致經(jīng)過：收集-干燥-粉碎-除雜-篩選-混合-擠壓-成型等程序，預(yù)處理后熱值更高、燃燒更充分，以此獲取最大能量。

2.1 收集、干燥

原料能量密度低、分散、季節(jié)性強(qiáng)，易腐難存，高效收集運(yùn)輸儲(chǔ)存系統(tǒng)比較重要。農(nóng)作物種植與廢木料產(chǎn)地都布置比較分散，首先需設(shè)置收購點(diǎn)，集中統(tǒng)一收集，進(jìn)行簡單的處理與包裝，主要是為了便于裝卸、運(yùn)輸，建立完善的運(yùn)輸系統(tǒng)，系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配車輛到達(dá)收購點(diǎn)，拉運(yùn)至我廠生物質(zhì)車間，等待進(jìn)一步的處理。剛收集過來的燃料含水率一般40-50%，燃燒之前需進(jìn)行干燥，有兩種方式：一是放在生物質(zhì)車間進(jìn)行自然風(fēng)干；二是機(jī)械干燥。這里不做詳述，處理后的燃料含水率一般在5-10%。

2.2 粉碎

進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐燃燒之前，燃料粉碎極為重要。目前，在生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電、供汽技術(shù)工藝中，無論是采用擠壓成型燃料入爐還是采用切碎散料入爐，均需要將生物質(zhì)進(jìn)行粉碎。為解決以上問題，我廠成功的實(shí)現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、粉碎效果好、成本低的生物質(zhì)燃料粉碎機(jī)—雙滾筒飛刀式生物質(zhì)粉碎機(jī)。這一步處理的成功與否，直接導(dǎo)致燃料的燃燒程度是否充分，以及燃燒產(chǎn)生的熱值能否達(dá)到最大等。集中收購點(diǎn)運(yùn)輸過來的燃料，參次不齊，長短不一，需要整理后，統(tǒng)一進(jìn)行粉碎。使用我廠滾筒飛刀式生物質(zhì)粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，幾年來一直運(yùn)行良好，粉碎尤佳。

2.3 成型

將生物質(zhì)燃料經(jīng)過粉碎后，其長度50mm以下，含水率控制在5～10%范圍內(nèi)，然后進(jìn)行成型處理，是指在一定溫度和壓力下通過專門的成型設(shè)備擠壓成規(guī)則的致密的棒狀、塊狀或顆粒狀的燃料，加工后可直接作為固體燃料使用。燃料成型一般分為三種形式：熱壓成型、濕壓成型、炭化成型。我廠主要采用第一種熱壓成型，之前干燥、粉碎完成的燃料，經(jīng)上料輸送機(jī)將物料送入進(jìn)料口，通過主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)過壓輥的自轉(zhuǎn)，成型機(jī)中進(jìn)行加熱，物料被強(qiáng)制從模型孔中成塊狀擠出，壓縮成截面尺寸為40-50毫米、長度20-200毫米一種可以直接燃燒的固體顆粒燃料，投入生物質(zhì)鍋爐中，進(jìn)行燃燒使用。

3 燃料的燃燒

生物質(zhì)燃料燃燒在整個(gè)能源利用過程中占有舉足輕重的地位，使燃料充分燃燒，最大限度的利用燃料，產(chǎn)生的熱值最大化，是我們必須重視的問題。生物質(zhì)燃料發(fā)電供汽過程，進(jìn)入鍋爐燃燒，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，利用過、多余的蒸汽通過熱網(wǎng)管道輸送到熱用戶。由此可見，在能源利用發(fā)電供汽過程中，燃燒是核心步驟。

3.1 燃燒成分分析

1）熱值為3800～4200千卡/公斤；

2）揮發(fā)分75.01%；

3）灰分為5.43%；

4）固定碳含量17.25%；

5）硫含量0.05～0.14%；

6）密度：1.0～2.0Kg/cm3。

3.2 燃燒步驟

第一步，即便經(jīng)過數(shù)年干燥的生物質(zhì)，其細(xì)胞結(jié)構(gòu)中仍含有一定量的水分，燃燒先使生物質(zhì)燃料中水的進(jìn)行蒸發(fā)；第二步，生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的汽化成分的釋放與排出，這包含蒸發(fā)的焦油和蒸汽混合物，其余成分均通過煙囪對(duì)外排放；第三步，燃燒釋放的氣體與空氣中的氧氣在高溫下再進(jìn)行混合燃燒，后產(chǎn)生高溫分解物；第四步，生物質(zhì)燃料中的剩余物繼續(xù)燃燒，在完全燃燒條件下，能量被完全釋放出來，此刻該燃料完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛以?/p>

3.3 提高燃燒效率

生產(chǎn)過程中能量產(chǎn)出與投入的比值，實(shí)際上反映的是能效問題。當(dāng)比值大于1時(shí)，即能效是正值，有凈能量產(chǎn)出，而且比值越大，凈能量產(chǎn)出越多。在燃燒過程中，提高燃燒效率，保證凈能量產(chǎn)出盡可能的多，至關(guān)重要。具備燃燒條件需要提供的相關(guān)要素，溫度、空氣、時(shí)間、環(huán)境等。以上要素達(dá)到后，需要鍋爐提供足夠高的溫度，一、二次風(fēng)機(jī)提供燃料燃燒所需要的氧氣，操作人員給充分燃燒充裕的時(shí)間，整個(gè)燃燒環(huán)境也需做出極大的改變。這樣才能使得燃燒充分，保證燃燒效率極大的提高。

4 項(xiàng)目應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)

2013年我廠新建農(nóng)業(yè)廢棄物焚燒綜合利用發(fā)電、供汽項(xiàng)目：包含2臺(tái)90噸/時(shí)高溫高壓生物質(zhì)鍋爐，配套1臺(tái)C25兆瓦高溫高壓抽凝式汽輪機(jī)和1臺(tái)30兆瓦發(fā)電機(jī)。項(xiàng)目建成后，年消耗農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)20.65萬噸，年供熱量121.0萬吉焦，發(fā)電16250萬度，供電量14381萬度，廠用電1869度。熱電廠總效率62.25%。經(jīng)核算，每年為社會(huì)節(jié)約化石能源折標(biāo)煤量59025.83噸（按當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)煤折算）。經(jīng)過幾年的投產(chǎn)運(yùn)行，不但運(yùn)行良好，還做出了以下幾個(gè)創(chuàng)新。

4.1 雙滾筒飛刀粉碎機(jī)

原創(chuàng)性地研制了生物質(zhì)收集粉碎及擠壓成型的雙滾筒飛刀粉碎機(jī)。該機(jī)配有板鏈?zhǔn)轿沽蠙C(jī)，將生物質(zhì)自動(dòng)送入粉碎機(jī)，提高了自動(dòng)化程度。粉碎機(jī)的刀片運(yùn)行壽命在7000小時(shí)以上，降低了維護(hù)成本，同時(shí)在粉碎機(jī)上部裝有袋式除塵器；擠壓成型機(jī)采用多孔拆卸式模頭，拆卸式模頭采用模頭本體與嵌入式擠壓頭二部分，可提高生物質(zhì)擠壓成型的效率，降低成本。

4.2 污染物協(xié)同控制技術(shù)

自主研發(fā)了一種污染物協(xié)同控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煙氣污染物的“近零排放”。“氣固分離+水汽冷凝+等離子降解+回爐焚燒”四段式燃燒及臭氣處理技術(shù)是本廠在國際上率先提出并付諸實(shí)踐的，在此基礎(chǔ)上對(duì)燃燒裝置進(jìn)行改造，采用爐內(nèi)燃燒優(yōu)化和尾部脫除的綜合控制，使污染物的排放優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)污染物的“近零排放”。

4.3 燃燒技術(shù)及發(fā)電供汽裝置

根據(jù)自主創(chuàng)新的專利技術(shù)，通過集成創(chuàng)新，開發(fā)了高效“近零排放”的復(fù)合循環(huán)流化床秸稈燃燒技術(shù)及發(fā)電供汽裝置，實(shí)現(xiàn)長期自控投用率＞80%、排放污染率達(dá)國際先進(jìn)水平，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線熱值檢測的在線驗(yàn)證，具有自動(dòng)投用率高和維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。

5 環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)

開發(fā)建設(shè)生物質(zhì)鍋爐、使用生物質(zhì)燃料發(fā)電供汽是一條減少環(huán)境污染，變廢為寶的有效能源開發(fā)手段。一是收集了農(nóng)林廢棄物，防止丟棄與焚燒給環(huán)境帶來危害；二是生物質(zhì)鍋爐燃燒后，排放氣體中污染物極大的降低與減少；三是開發(fā)新能源，節(jié)約常規(guī)能源，減少常規(guī)能源開發(fā)給環(huán)境帶來的傷害。

6 小結(jié)

生物質(zhì)燃料是太陽輻射能經(jīng)過植物光合作用轉(zhuǎn)化生成的可再生物質(zhì)能源，燃燒1千克生物質(zhì)燃料約產(chǎn)生4000大卡熱量，相當(dāng)于0.5千克標(biāo)準(zhǔn)煤。我國每年田間約燒掉1.2億噸秸稈，相當(dāng)于白白浪費(fèi)了約0.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，生物質(zhì)燃料能源化利用不但解決了農(nóng)林廢棄物焚燒帶來的環(huán)境污染問題，而且充分利用了生物質(zhì)能源，充分做到了節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。另外，我廠經(jīng)過生物質(zhì)鍋爐建設(shè)、投產(chǎn)、運(yùn)行，幾年中，取得了不錯(cuò)的效果，實(shí)現(xiàn)了清潔能源使用的目標(biāo)，減少了污染氣體的排放。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖鋼，紀(jì)欽洪.《生物能源--陽光與大地的恩賜》.新能源叢書系列.武漢大學(xué)出版社.2013.

[2]張志英，魯嘉華.《新能源與節(jié)能技術(shù)》.清華大學(xué)出版社.2013.

[3]李廉明，孟志浩.《農(nóng)業(yè)廢棄物(稻稈)優(yōu)化綜合利用發(fā)電、供汽關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化示范》.我廠科研項(xiàng)目.2016.