混合成型生物质燃料的探索

陈盛彬

在大范围雾霾天气的情况下，国家制定了《高污染燃料目录》，对燃煤锅炉进行了限制，成型生物质锅炉的改造，不仅增加了中小型企业运行的成本，氮氧化物的控制难度也大大增加，本研究针对当前我国清洁能源发展存在的障碍，通过各种燃料和脱硫药剂的混合配比，有效降低了二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOX）污染物的产生。 依据定量分析结论，对清洁能源提出了相关对策建议，实现经济与保护环境协调发展。

背景

燃煤锅炉的危害，我国在运行的10t/h以下小煤炉大概占工业锅炉总容量的70%，数量多达数十万台，小型燃煤锅炉由于使用者多为小单位，出于对运营成本的考虑，往往使用劣质煤，并且二氧化硫处理不到位，甚至直接排放。由于劣质煤含硫量高，且处理不到位的烟气含有大量二氧化硫，是造成现在大范围雾霾天气的很重要的原因之一。各地出台政策，淘汰小型燃煤锅炉。

近年来，我国部分城市在燃煤锅炉改造过程中，由于天然气等清洁能源的供应和成本问题，开始选择使用生物质成型燃料来替代煤炭，且使用量在不断增加。但在当前生物质成型燃料工业化标准体系尚未建立，缺乏设备、产品、工程技术标准和规范的情况下，用生物质成型燃料还存在不少问题，成本约为燃烧煤的2倍，解决了二氧化硫问题又产生了氨氮化物的污染。

因天然气锅炉使用比燃煤锅炉高出好几倍，且供气不稳定、安全生产等原因，大多数中小企业放弃了燃气锅炉的改造。

环境保护部会同国家质检总局发布的 《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)的执行标准和 《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》（环境保护部公告〔2013〕年第14号）对污染物排放提出了新的要求，为改善城市大气环境质量，根据全国人大常委会2015年8月29日修订通过的《中华人民共和国大气污染防治法》第三十八条规定，环境保护部近日印发《高污染燃料目录》。如何在不违反政策的情况下，选择一种混合燃料，既不违反政策，又有效地保护好环境。

分析污染物产生的原因

1.二氧化硫产生的主要成因

煤炭中的硫燃烧时，与空气中的氧气发生反应，产生 SO2和 SO3，主要是 SO2，SO3微小。

2.氮氧化物的成因

燃烧时，空气中的氧与氮原子反应生成NO，NO在大气中被氧化为毒性更大的NO2。在燃烧过程中，NOX的生成量与燃烧方式特别是燃烧温度和过量空气系数等密切相关。这种燃料中NO2经热分解和氧化反应而生成的成为燃料型NOX燃烧产生的NOX中，75%～95%是燃料型NOX。另外NOX空气中的N2与O2在高温条件下反应生成NOX。温度对热力型NOX的生成具有决定性作用。随着温度的升高，热力型NOX的生成速度迅速增大。以煤粉炉为例，在燃烧温度为1350℃时，几乎100%生成燃料型NOX。但是当温度升高至1600℃时，热力型NOX可占炉内NOX总量的25%～35%。除了反应温度外，热力型NOX的生成还与N2的浓度及停留时间有关。[1]

混和成型生物质燃料的探索

1.混合燃料设计目标

（1）含硫率低，含煤中含硫约1%对空气约产生2000mg/m3的SO2，降低混合型生物质燃料需控制其含硫率。

（2）降低燃烧温度。纯生物质燃烧快，温度提升快，减少氮氧化物的产生。

（3）热值高，通过不同的配比，选择热值较高的混合成型生物质。

（4）遵守《高污染燃料目录》规定，后续废气处理简易，废气达标排放。

（5）经济实惠，有利于中小型企业的发展。

2.混合燃料的配比分析

混合燃料的指标

3.混合燃料的选择及使用

根据 《高污染燃料目录》单台出力小于20蒸吨/小时的锅炉和民用燃煤设备燃用的含硫量大于0.5%、灰分大于 10%的煤炭及其制品（其中，型煤、焦炭、兰炭的组分含量大于表2中规定的限值）。淘汰含煤量30%以上的混合燃料。在含煤量30%的范围内选择热值高的新型混合成型生物质燃料。即选择3#（30%煤+10%脱硫药剂+生物质）。

4.使用监测情况对比

注：煤、生物质及新型混合成型生物质在DZG2-1.25-S锅炉燃料，废气经水膜除尘后通过15m高度的烟囱排放。

表1 DZG2-1.25-S锅炉使用燃煤监测情况（含氧量15.6）

表2 DZG2-1.25-S锅炉使用生物质燃料监测情况（含氧量17）

表3 DZG2-1.25-S锅炉使用混合成型生物质燃料监测情况（含氧15）

通过三种不同燃料的使用，对产生的废气排放进行分析，混合成型生物质燃料与煤相比，极大地降低了二氧化硫的浓度，远远低于《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中表3排放标准；提高了原有成型生物质热值，降低了产能单耗，节约了中小企业的生产成本；同时，混合成型生物质燃料与成型生物质相比，极大地降低了氮氧化物的浓度，虽然略微超过《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中表 3排放标准，但是通过锅炉炉型的改造及温度的控制，降低炉内的空气系数，减少热力型NOX的产生等措施，使得混合成型生物质燃料成为中小企业的另一种选择。