生物質(zhì)燃料含鉀量不能超過多少鍋爐才能燃燒

【專家解說】：　　普通燃煤鍋爐一般體積比較大的不可以燒秸稈顆粒燃料。家用小型的可以。普通燃煤鍋爐需要經(jīng)過改造為生物質(zhì)鍋爐才能燒顆粒燃料。

　　1、是家用的小型鍋爐的話，可以用不過首先要考慮到灰以及煙塵，經(jīng)濟的問題。

　　2、假如是集體供暖的小型鍋爐(10T以下)，可以用可是考慮到熱能(煤與秸稈)比例。

　　3、要是大型鍋爐，那恐怕有點困難。

　　《1》只燒煤的鍋爐就要困難，因為燒燃料(秸稈煤)達不到鍋爐需求量的，再說煤與秸稈比就等于價格。

　　《2》假如不是這種鍋爐，可以考慮，因為這不是主要用煤，主要用的煤氣或施放汽的鍋爐，這樣燃燒時，供不上熱能可以加大煤氣或施放汽的用量。

　　由于能源價格的劇烈波動，生物質(zhì)能源越來越多受關(guān)注。這種關(guān)注已經(jīng)從技術(shù)界擴展到經(jīng)濟界和金融界。

　　中國對生物質(zhì)能源的關(guān)注超過了以往任何時候。中國政府先后出臺了可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃、《可再生能源與新能源國際科技合作計劃》和可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃。這些規(guī)劃和計劃中指出：中國現(xiàn)階段全國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)生量約6億噸，其中大約3億噸可作為燃料使用，折合約1.5億噸標準煤。林木枝椏和林業(yè)廢棄物年可獲得量約9億噸，大約3億噸可作為能源利用，折合約2億噸標準煤。

　　這些規(guī)劃確定生物質(zhì)成型燃料是重點發(fā)展的領域，明確指出：(1)2010年前，結(jié)合解決農(nóng)村基本能源需要和改變農(nóng)村用能方式，開展500個生物質(zhì)固體成型燃料應用示范點建設。在示范點建設生物質(zhì)固體成型燃料加工廠，就近為當?shù)剞r(nóng)村居民提供燃料，富余量出售給城鎮(zhèn)居民和工業(yè)用戶。2010年后，全國生物質(zhì)固體成型燃料年利用量達到100萬噸。(2)到2020年，使生物質(zhì)固體成型燃料成為普遍使用的一種優(yōu)質(zhì)燃料。全國生物質(zhì)固體成型燃料年利用量達到5000萬噸(國家發(fā)展改革委《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》)。

　　2006年以前，中國大陸境內(nèi)的生物質(zhì)顆粒燃料生產(chǎn)一直處于停滯狀態(tài)，中國政府批準的清潔發(fā)展機制項目中，70%以上是可再生能源。通過品種改良和擴大種植，生物能的資源量可以在2006年水平再翻一番。而目前還沒有出現(xiàn)專門為生物質(zhì)顆粒燃料設計的工業(yè)鍋爐。

　　1、試驗燃煤鍋爐和試驗方法

　　試驗鍋爐是1臺設計燃料為煙煤的往復爐排臥式水火管鍋爐。鍋爐主要受熱面積包括：爐膛;對流火管;省煤器}實際測量的排煙溫度為137℃和129℃。生物質(zhì)顆粒燃料的原料為直徑8mm，長約15mm的玉米秸稈成型燃料。

　　過量空氣系數(shù)、煙氣成分和主要排放物用便攜式儀器測量。給水流量由水箱水位變化獲得，燃料消耗量用消耗的燃料體積獲得。

　　2、試燒的主要結(jié)果

　　試驗是按照熱工技術(shù)要求進行的。主要測點包括燃燒室前部、燃燒室中部、爐膛尾部和尾部煙道。煙氣分析儀探頭上攜帶有熱電偶，可以直接獲得探頭所在點處的實際溫度。

　　2.1燃料床上溫度和煙氣成分分布

　　燃燒室不同部位的溫度分布和煙氣成分分布。溫度和成分測量選擇爐排上垂直方向3個高度。圖1顯示，爐排燃料床以上燃料成分和溫度分布基本上是均勻的。由于測量不能同時進行。從燃燒室前部獲得的氧氣分布顯示，出現(xiàn)了較多的氧氣消耗，而爐膛中部古氧量較大表明燃燒已經(jīng)明顯削弱，氧氣可以大量地跨越爐排。爐膛中部氧氣消耗出現(xiàn)很大波動，與爐排結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。當氧氣繞過爐排時，爐排上的含氧量較大;而在氧氣穿過爐排時，與爐排上的可燃物反應消耗掉相當比例的氧氣。

　　還給出了氣體有害成分的分布。爐膛前部的C02從爐排向上是減少的，揮發(fā)分的大量析出和燃燒可能是重要的原因。CO2幾乎沒有發(fā)生變化，可能表明在燃料床上幾乎沒有發(fā)生燃燒反應，到燃料床比較高處才出現(xiàn)增加。2個位置的測量顯示，爐膛前部的NOx量較少，NOx生成的濃度絕對值仍然比較高。圖2是實際測得的沿著燃料床的溫度分布。這個分布與圖l看到的不同，包括了燃料層中的溫度。

　　由于攜帶的熱電偶最高測量限度為1100℃(K型熱電偶)，在短時間達到-1300℃后迅即將熱電偶抽出。但不排除實際溫度高于1300℃的情形。這個測量結(jié)果與以前生物質(zhì)燃燒報道不同。這種高溫可能是NOx濃度較高的直接原因。圖3是鍋爐尾部的溫度變化和氣體成分。

　　2.2生物質(zhì)燃燒的火焰和結(jié)焦現(xiàn)象

　　火焰觀察點主要分布在爐前(看火孔)、爐膛中部(爐門)和爐膛尾部(爐門)。由這些觀察點看到的火焰和爐排結(jié)焦現(xiàn)象對于燃燒生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐有重要參考價值。

　　從爐膛后部看到的生物質(zhì)顆粒燃料火焰要比燃煤時明亮許多。明亮的火焰可能意味著揮發(fā)分集中析出、迅速燃燒造成的爐膛內(nèi)的局部高溫。

　　生物質(zhì)顆粒燃料燃燒的結(jié)焦現(xiàn)象，無論從機理還是外在表現(xiàn)都沒有獲得清晰的物理和化學認識。但從生物質(zhì)燃燒時導致結(jié)焦的燃燒條件和燃料元素看，比較公認的結(jié)焦原因可以歸結(jié)到燃料中堿金屬含量的多少，主要是鉀、鈉。相同的認識還包括燃料中的氯元素不僅加重結(jié)焦還加重腐蝕現(xiàn)象。生物質(zhì)顆粒燃料(以秸稈最嚴重，木質(zhì)次之)中的堿金屬元素遠遠超過燃煤，表現(xiàn)的結(jié)焦比燃煤鍋爐都嚴重。這臺鍋爐在燃煤時，產(chǎn)生的焦渣都在一定尺寸范圍內(nèi)，沒有對一次風構(gòu)成明顯的妨礙，而在改燒生物質(zhì)顆粒燃料后出現(xiàn)了明顯的大面積結(jié)焦(見圖5)。

　　生物質(zhì)顆粒燃料結(jié)焦幅度很大，已經(jīng)將整個爐排覆蓋住。落渣口處的落渣形成幕布下落的感覺。對于燃燒這種生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的設計提出了嚴苛的設計要求。

　　3、結(jié)語

　　生物質(zhì)顆粒燃料與燃煤有著非常大的差異。不僅涉及到燃燒，還涉及到積灰、結(jié)焦、腐蝕等眾多的燃燒伴隨現(xiàn)象。

　　(1)往復爐排能夠適應生物質(zhì)顆粒燃料燃燒，但鍋爐設計應重點考慮燃料床結(jié)焦現(xiàn)象，新設計的鍋爐應能保證連續(xù)穩(wěn)定運行。

　　(2)燃煤鍋爐不加改造就不能很好地適應生物質(zhì)顆粒燃料燃燒。其原因：

　　一是因為生物質(zhì)顆粒燃料揮發(fā)分太高，揮發(fā)分集中析出要求集中供應二次風。

　　二是揮發(fā)分燃燒需要燃燒空間和受熱面等多種設計條件配合。

　　三是生物質(zhì)顆粒燃料固定碳含量少，需要的高溫停留時間短，需要的爐排面積、燃燒強度都小。

　　四是生物質(zhì)燃燒溫度低，鍋爐受熱面需要按照生物質(zhì)燃燒特性設置。

　　(3)生物質(zhì)燃燒的污染物排放控制主要集中在氮氧化合物方面。由于生物質(zhì)硫含量通常較低，加上堿金屬和堿土金屬的含量較高，形成很高的自脫硫能力。因此，硫氧化合物基本可以達標。粉塵需要具有一定除塵能力的除塵器保證顆粒物排放達標。

　　(4)生物質(zhì)燃燒時出現(xiàn)了不低于1300℃的高溫區(qū)域，這與生物質(zhì)散料(包括秸稈燃料)燃燒時的情形不同。由于這個高溫區(qū)域的出現(xiàn)，導致了較高的氮氧化合物生成。

　　(5)雖然都屬于非均相固體燃料燃燒，生物質(zhì)顆粒燃料燃燒與燃煤幾乎不是同一概念。著火時間和著火位置、火焰形狀和溫度分布、焦渣出現(xiàn)部位和焦渣特征等都明顯不同。

　　(6)為保證生物質(zhì)顆粒燃料在爐膛中迅速著火、完全燃燒，需要及時供應環(huán)境條件。如溫度、氧氣、充分混合。

　　(7)為保證生物質(zhì)顆粒燃料連續(xù)、穩(wěn)定燃燒，需要燃燒裝置對結(jié)焦現(xiàn)象有足夠的適應能力，包括抑焦能力、破焦能力。