富氧燃燒技術(shù)在生物質(zhì)鍋爐的應(yīng)用的探討

摘要： 　　根據(jù)生物質(zhì)鍋爐燃燒特點(diǎn)、燃料特性，結(jié)合富氧燃燒技術(shù)特點(diǎn)，闡述了對(duì)生物質(zhì)鍋爐利用富氧燃燒技術(shù)解決飛灰含碳量高、爐膛負(fù)壓不穩(wěn)定、燃燒過(guò)程空氣需求量大、排煙量大等瓶頸問(wèn)題，提出見(jiàn)解和分析。 　　前言： 　　在世界能源消費(fèi)中，生物質(zhì)能源約占16％左右，而在欠發(fā)達(dá)地區(qū)則占63％以上。全球大概有25億人生活所用的能源90％以上都是生物質(zhì)能源。中國(guó)是人口最多的國(guó)家，同時(shí)又處在一個(gè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展的時(shí)期，能源的需求和消費(fèi)尤為巨大。日益短缺的化石燃料資源，以及燃燒化石燃料造成大氣污染，已成為人們關(guān)注和憂慮的焦點(diǎn)。 　　21世紀(jì)，中國(guó)將會(huì)面對(duì)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的雙重壓力。因此，轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的模式，開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能和其他可再生能源和清潔能源，建立新的可持續(xù)發(fā)展的能源利用體系，為保障和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著深遠(yuǎn)的意義。 　　生物質(zhì)能是人類在遠(yuǎn)古時(shí)代就開(kāi)始利用的能源，中東戰(zhàn)爭(zhēng)所造成的世界能源危機(jī)使人們開(kāi)始關(guān)注和重視開(kāi)發(fā)和利用可再生能源。人們清醒的認(rèn)識(shí)到石油和煤等化石燃料不可再生和所造成的環(huán)境等一系列問(wèn)題使人類的可持續(xù)發(fā)展遇到了前所未有的重大問(wèn)題。使用化石燃料會(huì)產(chǎn)生“酸雨”，“臭氧耗破壞”，“溫室效應(yīng)”和其他環(huán)境問(wèn)題，人類的生存和發(fā)展正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而為了解決因?yàn)槭褂没茉此斐傻囊幌盗袉?wèn)題，人類正積極探索和研究可再生清潔能源以替代化石燃料。2014年4月18日李克強(qiáng)主持召開(kāi)新一屆國(guó)家能源委員會(huì)首次會(huì)議，明確了國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略： 　　“節(jié)約、清潔、安全”三大能源戰(zhàn)略方針。 　　“節(jié)能優(yōu)先、綠色低碳、立足國(guó)內(nèi)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”四大能源戰(zhàn)略。加快構(gòu)建低碳、高效、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系。 　　二、生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行分析； 　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在生物質(zhì)能消費(fèi)占世界總能耗的16％左右，位于煤，石油，天然氣之后，位居第四。其中，發(fā)展中國(guó)家占總生物質(zhì)能的生物能源的使用量的75％，發(fā)達(dá)國(guó)家占25％左右，部分國(guó)家生物能源的使用量甚至占能源使用總量的60%。 　　治理大氣污染（霧霾、酸雨、煙塵、汽車尾氣），還我們一片藍(lán)天，不僅需要國(guó)家層面的重視和政策支持，還需要有新能源替代和治理模式方面的創(chuàng)新。新能源和可再生能源替代部分化石能源已是大勢(shì)所趨。生物質(zhì)燃料替代部分燃煤工作正在全國(guó)逐步展開(kāi)，所以人們?cè)诜e極研究生物質(zhì)的燃燒方式。生物質(zhì)燃料鍋爐根據(jù)燃燒方式的不同分為：層燃燃燒鍋爐，懸浮燃燒和循環(huán)流化床鍋爐。生物質(zhì)燃料由于本身成分的復(fù)雜性，從而其燃燒過(guò)程也很復(fù)雜，主要分為四個(gè)燃燒階段： 　?。?）預(yù)熱和干燥階段，當(dāng)溫度達(dá)到100度時(shí)，生物質(zhì)燃料進(jìn)入干燥階段，水分開(kāi)始蒸發(fā)，即烘干段。 　?。?）揮發(fā)分析出及木炭形成階段，即干餾，當(dāng)已經(jīng)干燥的原料持續(xù)加熱時(shí)，揮發(fā)份開(kāi)始析出，揮發(fā)完畢后，最后剩下的就是木炭。 　　（3）揮發(fā)份燃燒階段，生物質(zhì)燃料高溫?zé)峤馕龀龅膿]發(fā)份在高溫下開(kāi)始燃燒，同時(shí)，釋放大量的熱。 　?。?）固定炭燃燒階段，這是燃燒過(guò)程最后的階段，最后剩余灰分。 　　生物質(zhì)燃料鍋爐優(yōu)缺點(diǎn) 　　優(yōu)點(diǎn) 　　（1）節(jié)能。與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)成型燃料利用效率高，鍋爐熱效率好；生物質(zhì)成型燃料著火點(diǎn)低，所以點(diǎn)火容易，升火快，燃燒穩(wěn)定完全，節(jié)省燃料。 　?。?）環(huán)保。二氧化碳零排放，燃料中含硫量較低，燃燒時(shí)無(wú)煙塵和二氧化硫，燃料能夠完全燃燒，最后只剩下一點(diǎn)白灰。清潔衛(wèi)生無(wú)污染，利于健康，生物質(zhì)排放是燃煤的1/10，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。 　?。?）適用范圍廣。由于原料來(lái)源廣泛環(huán)保，所以廣泛適用于環(huán)保要求嚴(yán)格的大中城市的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)制造工業(yè)用熱以及賓館、酒店、洗浴中心、事業(yè)單位、醫(yī)院、學(xué)校等行業(yè)的取暖。 　　缺點(diǎn) 　?。?）生物質(zhì)能源燃燒需要較高的干燥溫度和較長(zhǎng)的干燥時(shí)間，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高。 　　（2）由于生物質(zhì)揮發(fā)分含量較高，燃料著火溫度較低，此時(shí)如果空氣供應(yīng)量不足，將會(huì)增大燃料的化學(xué)不完全燃燒損失。 　?。?）成本高。相對(duì)于煤，生物質(zhì)成型燃料熱值單價(jià)比煤高，密度小，運(yùn)輸儲(chǔ)存費(fèi)用高；水分高，秸稈類生物質(zhì)由于受收集方式影響，灰分大；自動(dòng)化程度低，操作勞動(dòng)強(qiáng)度大。 　?。?）生物質(zhì)鍋爐相對(duì)燃煤鍋爐構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格較高?！　　　。?）有些關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有得到解決，技術(shù)方面不是特別成熟。 　　受國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械和各生物質(zhì)利用企業(yè)收購(gòu)方式影響。生物質(zhì)燃料普遍存在燃料揮發(fā)分高、水分大、灰分大、發(fā)熱量低的情況。燃燒過(guò)程會(huì)出現(xiàn)： 　　1、原料中水分大，蒸餾過(guò)程延長(zhǎng)，熱風(fēng)風(fēng)壓、風(fēng)量都相應(yīng)加大，導(dǎo)致過(guò)剰空氣量加大，排煙熱損失加大。 　　2、原料松散，揮發(fā)份含量又高，熱分解產(chǎn)生的可燃揮發(fā)份一般在350℃時(shí)就能釋放出約80%.這段時(shí)間較短，一般生物質(zhì)鍋爐不能在希相區(qū)提供大量空氣助燃，未燃盡的有機(jī)揮發(fā)物只好被氣流帶走產(chǎn)生黑煙。 　　3、待到揮發(fā)成份逐漸燒完，由于燃料的形態(tài)決定其失去揮發(fā)物后的炭結(jié)構(gòu)為松散骨架，氣流的運(yùn)動(dòng)可使之解體，分散則又會(huì)使一部分未經(jīng)燃燒的炭粒裹入煙道，產(chǎn)生飛揚(yáng)的黑絮，如碳粒帶火進(jìn)入到布袋除塵器將會(huì)燒壞布袋。 　　4、待揮發(fā)物和炭逐漸燒完時(shí)，空氣量又過(guò)剩，這些過(guò)剩的空氣流又會(huì)白白帶走一部分熱量。    　　以上4個(gè)效應(yīng)的共同作用，使熱效率大大降低，現(xiàn)有鍋爐均不能從根本上解決秸稈水分大和松散廢料高效燃燒問(wèn)題。導(dǎo)致鍋爐燃燒效率低，飛灰含碳量較高，灰渣燃燒不充分。鍋爐負(fù)壓波動(dòng)較大，難以控制。布袋除塵器及輸灰系統(tǒng)工作負(fù)荷高，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。 　　三、鍋爐熱效率分析 　　1、鍋爐熱損失 　　公式：η2=100-∑q=〔q2+q3+q4+q5+q6〕 　　式中：η2—鍋爐反平衡熱效率　% 　　　　　q2—排煙熱損失　% 　　　　　q3—氣體不完全燃燒熱損失　% 　　　　　q4—固體不完全燃燒熱損失　% 　　　　　q5—散熱損失　% 　　　　　q6—灰渣物理熱損失　% 　　從鍋爐熱平衡熱效率公式中可看出，鍋爐熱效率的高低取決于它的五種熱損失的大小，分別是1、排煙損失q2，2、氣體不完全燃燒熱損失q3，3、固體不完全燃燒熱損失q4，4、散熱損失q5，5、灰渣物理熱損失q6。其中排煙熱損失q2和固體不完全燃燒熱損失q4，是生物質(zhì)鍋爐熱損失的最大兩項(xiàng)，它們之和占總損失的90%以上。 　　2、排煙熱損失q2 　　從公式中可看出，排煙熱損失q2的大小，取決于排煙溫度的高低和排出煙氣量的大小及排煙中固體不完全燃燒的占有比例，改造后的富氧燃燒鍋爐，可減少一、二次風(fēng)的風(fēng)量，使過(guò)?？諝庀禂?shù)合理，這樣就能減少煙氣的大量排出。煙氣帶走的熱量就大大的降低，排煙熱損失降低。 　　3、氣體不完全燃燒熱損失q3 　　氣體不完全燃燒損失q3，從公式中可看出，主要取決于排煙處煙氣容積和可燃?xì)怏w，改造后的富氧燃燒鍋爐，可燃?xì)怏w得到充分燃燒，爐膛溫度高，用普通空氣助燃，約五分之四的氧氣不但不參與助燃，還要帶走大量的熱量。一般氧濃度每增加1%，煙氣量約下降2～4.5%，所以氣體不完全燃燒損失q3也就小。從而能提高燃燒效率。 　　4、固體不完全燃燒熱損失q4 　　固體不完全燃燒損失q4，取決于爐渣、漏料、飛灰的量和含碳量。改造后的富氧燃燒鍋爐，爐膛溫度提高，飛灰和爐渣有了高溫的燃燒環(huán)境，能得到充分的燃燒，降低飛灰和爐渣的含碳量，從而達(dá)到提高燃燒效率的目的。 　　四、氣體膜分離原理 　　膜分離空分技術(shù)是八十年代國(guó)外新興的高科技技術(shù)，屬高分子材料科學(xué)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家稱膜法富氧技術(shù)為資源性的創(chuàng)造性技術(shù)，它是第三代最具發(fā)展應(yīng)用前景的氣體分離技術(shù)。 許多發(fā)達(dá)國(guó)家都投入了大量人力物力來(lái)研究膜法富氧技術(shù)，日本曾在以氣、油、煤為燃料的不同場(chǎng)合進(jìn)行了富氧應(yīng)用試驗(yàn),得出如下結(jié)論:用23％的富氧助燃可節(jié)能10-25％;用25%的富氧助燃可節(jié)能20-40％;用27%的富氧助燃則節(jié)能高達(dá)30-50％等。初步利用在鏈條爐、往復(fù)爐、拋煤機(jī)鍋爐、煤粉爐、循環(huán)流化床鍋爐、沸騰爐等，節(jié)能效果顯著。 　　膜分離制氧設(shè)備是利用具有特殊選擇分離性的高分子聚合纖維材料作為分離元件，在一定驅(qū)動(dòng)力作用下，使雙元或多元組份因透過(guò)膜的速率不同而達(dá)到分離或特定組份富集的目的。當(dāng)混合氣體在一定的驅(qū)動(dòng)力（膜兩側(cè)的壓力差或壓力比）作用下，滲透速率相當(dāng)快的氣體如水汽、氧氣、氫氣、氦氣、硫化氫二氧化碳等透過(guò)膜后，在膜的滲透?jìng)?cè)被富集，而滲透速率相對(duì)慢的氣體如氮?dú)狻鍤?、甲烷和一氧化碳等被滯留在膜的滯留?cè)被富集從而達(dá)到混合氣體分離的目的。  　　系統(tǒng)流程 　　采用s型燃燒技術(shù)或α型燃燒技術(shù)及四角燃燒，富氧噴嘴一般可以加在爐排底下、后拱、前拱、側(cè)墻或四角等。目的是強(qiáng)化原有鍋爐的火焰特性，使燃料和煙氣在爐膛中的停留時(shí)間更長(zhǎng)，從而充分徹底完全地燃燒，放出更多的有效熱量。然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)整體調(diào)節(jié)優(yōu)化達(dá)到節(jié)能目的。 （圖1) （圖2） （圖3） 　　五、綜合分析 　　通過(guò)以上分析，富氧燃燒技術(shù)能夠取得可觀的節(jié)能效果，但是在鍋爐改造或設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到生物質(zhì)燃料的特性：灰渣熔點(diǎn)低，易結(jié)焦，三、四級(jí)過(guò)熱器高溫段將會(huì)出現(xiàn)掛焦等問(wèn)題。通過(guò)分析改造后的經(jīng)濟(jì)性還是比較可觀的： 　　1、降低排煙量：降低排煙量，降低風(fēng)機(jī)負(fù)荷，降低廠用電，緩解爐膛壓力大幅度變化。降低排煙熱損失，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。 　　2、降低灰渣、飛灰含碳量，降低飛灰量。緩解除塵器、輸灰系統(tǒng)系統(tǒng)壓力，設(shè)備穩(wěn)定性提高。提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。 　　3、降低燃料消耗量，緩解上料系統(tǒng)壓力。 　　4、由于富氧燃燒會(huì)提高爐膛上部燃燒份額，從而使三級(jí)、四級(jí)過(guò)熱器處溫度提高，可能會(huì)影響蒸汽溫度的變化，或?qū)е赂邷亟Y(jié)焦。 　　5、由于生物質(zhì)燃料水分較大，烘干、蒸餾、燃燒所需一次風(fēng)配額較大，造成排煙量過(guò)高，引風(fēng)機(jī)能耗較大，改造后的富氧鍋爐降低了送風(fēng)量，從而降低了排煙量。降低送引風(fēng)機(jī)負(fù)荷，減少?gòu)S用電。 　　6、投資分析 　　富氧濃度：27-30% 　　制氧規(guī)模：10-15000m3/h 　　設(shè)備能耗：0.1-0.15kw/h /立方 　　對(duì)于鍋爐是利用局部增氧助燃技術(shù)來(lái)強(qiáng)化原有鍋爐的火焰特性，既要使燃料在爐膛的停留時(shí)間更長(zhǎng)，又要使燃料在盡可能少的助燃風(fēng)下更充分、更完全地燃燒。節(jié)能率一般在5%-18%之間，約一年時(shí)間可以收回投資。 　　六、 結(jié)論： 　　通過(guò)以上理論分析，個(gè)人認(rèn)為富氧燃燒技術(shù)是可行的，經(jīng)濟(jì)性較好，就設(shè)備采購(gòu)及改進(jìn)事宜建議與廠家進(jìn)行溝通，目前有多種合作方式可供參考，本人就不一一贅述。 --------------------------分割線------------------- 　　因本人無(wú)意當(dāng)中在網(wǎng)上了解到富氧燃燒技術(shù)，通過(guò)了解后。結(jié)合本人的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為此技術(shù)是節(jié)能環(huán)保的一大發(fā)明。所以不遺余力的推薦。鄭重聲明：本人不知道富氧機(jī)在哪里采購(gòu)，也不是為該廠做廣告，只是覺(jué)得應(yīng)該推薦這種節(jié)能環(huán)保的技術(shù)。如有意向者，需自行考察洽談。如有技術(shù)交流者，本人熱烈歡迎！ 匯能電力投資有限公司 李有勝