生物质成型燃料锅炉和生物质捆烧直燃锅炉的比较

刘凤磊，张怀雨，万显君

(海伦市利民节能锅炉制造有限公司，海伦152300)

0 引 言

近年来，随着我国经济不断的发展，能源短缺，生物质能逐渐被利用起来，生物质能仅次于煤炭、石油、天然气，已然成为世界能源消费总量的第四位能源，生物质能作为世界上最广泛的可再生能源，生物质能可能会成为未来可持续能源系统的重要组成部分。

农作物秸秆，作为生物质能之一，农业生产的副产品，多被弃置于田间地头，有一部分被作为农户炊事，剩下一部分被露天焚烧，造肥还田，这不仅使大气环境受到了污染，损害身体健康，还白白浪费了资源。我国对此情况也采取了相关措施，鼓励号召对农作物秸秆进行研究和开发，目前，将其加工成生物质燃料，使其逐渐代替燃煤，能够广泛的适用于生活炉灶、热水锅炉、工业锅炉等。

供给锅炉燃烧的生物质燃料有两种，一种是将农作物秸秆加工成生物质成型燃料，如生物质颗粒、生物质压块等；另一种是把农作物秸秆直接打捆。两种方法根据锅炉燃料需求的形式也就不同，使得锅炉结构也就不同，从而导致使用效果也就不同。

1 生物质成型燃料锅炉

生物质成型燃料锅炉有两种形式，一种是硫化床，另一种是层燃锅炉，前者设备庞大，耗电量较高，锅炉给料和除灰都存在着一定的问题，不如层燃锅炉尺寸小，给料比较方便，耗电量小，容易操作，可保证锅炉效率达到国家节能标准要求，且达到环保要求的SO2、NOx和排尘浓度，比燃煤不用或少用一些设备。因而国内燃烧生物质成型燃料锅炉采用层燃的比较多。

(1)锅炉设计是以燃料性质为依据，就是说燃料的成分，碳、氢、氧、氮、硫、水分、灰分和挥发份多少，决定锅炉的性能、结构、燃烧、传热等技术。因而燃生物质成型燃料的层燃锅炉与燃煤的层燃锅炉相比较，有很大的不同。燃煤的层燃锅炉和燃生物质层燃锅炉，燃煤的层燃锅炉不经改造和完善是达不到燃料完全燃烧和环保效果。

(2)生物质成型燃料燃烧的性质之一是灰熔点比较低，为防止燃烧时结焦，炉膛温度需要较低温度，要比燃煤锅炉炉膛温度低，因而燃生物质成型燃料锅炉炉膛受热面布置与燃煤不同。

(3)生物质成型燃料挥发份比较高，燃烧需要炉膛容积要比燃煤大比较大。

(4)生物质造粒锅炉挥发份比较高，着火容易，因而炉膛拱的结构与燃煤锅炉有很大的不同。

(5)生物质成型燃料燃烧因挥发份远大于煤的挥发份，挥发份是在炉膛空间燃烧，一旦配风组织不好，一是挥发份燃烧不完全，浪费能源；二是形成碳黑，使锅炉的烟气黑度不能满足环保要求，因而为挥发份能充分燃烧，生物质成型燃料锅炉必须配备合适的二次风。

(6)为减少生物质燃烧时产生的NO2，生物质成型燃料锅炉必须选择合适的一次风量和二次风量，并采取分段送风，以降低NO2的形成。

(7)生物质燃烧在对流受热面也易积灰，生物质成型燃料锅炉最好是采用高效传热元件——螺纹烟管，既提高传热系数，又能节约钢材，更主要的是锅炉对流受热面可做到不积灰，可不采用吹灰器，锅炉的热效率和力会终生不变。

(8)生物质成型燃料锅炉燃烧后的大部分灰变成灰渣，由锅炉尾部除渣清除。只有30%的非灰随烟气一起流动，由于锅炉炉膛设置重力除尘和惯性除灰结构，30%的非灰又在炉膛可降低50%，余下的灰很少，在锅炉出口处对一些生物质成型燃料可不设置除尘器也可达到国家要求的排尘。

(9)节能效果好。生物质锅炉的效率一般都在80%以上，有的达到了88.3%，达到或超出节能标准要求。

(10)环保效果好。生物质燃料燃烧后可实现CO2零排放，NOx微量排放，SO2排放量，烟尘排放量均低于《锅炉大气污染物排放标准》排放浓度远低于国家标准。

生物质成型燃料锅炉，是集先进的设计理念、先进的技术和结构、优化的工艺参数为一体，是一种适应生物质成型燃料的新型锅炉。比较各种生物质燃料层燃锅炉，能满足上述2到8款要求的炉型当属新型水火管锅炉，事实上，已开发和运行的生物质燃料层燃锅炉也大多是是这种炉型。此型锅炉运行稳定，经济、环保。

2 生物质捆烧直燃锅炉

生物质捆烧直燃锅炉相较于燃煤锅炉，取材简单，在农作物收获之后，剩下的农作物秸秆散落在田地之间，通过加工，将散落的秸秆进行打包或者打捆，暂存于田地之间，通过运输，分期分批的拉运离田，再将加工后的秸秆捆统一存放，保证不会影响到下一次种植农作物即可。

(1)由于生物质燃料是将农作物秸秆进行加工，让散装的秸秆制造成捆状，使其密度增加，由于其结构特征，降低了挥发分的溢出速度，同时也降低了其点火性能，但仍要比生物质成型燃料或燃煤的点火性能要高。

(2)通过上料装置，将打包或打捆的生物质燃料送至锅炉当中，首先通过破包装置对成捆的燃料进行破包，在破包的过程中，还能起到烘干燃料的作用，使燃料水分降低，燃烧的更为充分，破包后的燃料，以散装的形式进入锅炉的燃烧区域，进行燃烧。

(3)在捆状生物质燃料开始燃烧时，由于其挥发分分解速度较慢，随着挥发分的燃烧，刚开始会有一些爆燃，然后持续燃烧，当燃烧程度燃烧到挥发分中可燃气体后，会释放出较大的热量，具有足够热量时，就能够及时的把热量传递给锅炉的受热面。

(4)在生物质燃料开始燃烧的过程中，容易产生没有完全燃烧的可燃物颗粒，若氧气不足，会使一部分可燃物颗粒再缺氧的条件下燃烧，若使其随烟气排出，会使炉膛内燃烧不充分，热力不均，会影响到锅炉的热效率，因此，必须配备二次风装置，不但为炉膛内提供了足够的氧气，还使燃料充分燃烧，提高了燃烬率和热效率，降低飞灰含碳量，起到了消烟除尘的效果，使锅炉达到节能、高效、环保等效果。

生物质捆烧直燃锅炉，将秸秆大包在炉内破包后，经过低温燃烧、气化燃烧、分级给氧、实现高效燃烧。首先，生物质燃料在气化室底部燃料层进行缺氧燃烧，生成热解气和半焦；然后，在负压作用下，气化室热解产生的还原性气体通过半焦层进入主燃烧室，并在生物质半焦层的催化作用下，使得还原性气体CO、H2、CH4等与SOx经过复杂的反应，将NOx还原成无害的N、CO2和H2O，从而降低NOX排放浓度。通过低温燃烧，分级給氧，使可燃气体燃尽，从而解决了生物质燃料结焦难题，提高了燃烧效率。相对传统层燃锅炉，秸秆打捆直燃解耦燃烧锅炉热效率高达86%，NOx排放减少40%-50%，排放浓度低于300 mg/m3；烟尘排放减少50%，配合布袋除尘，烟尘排放浓度低于50 mg/m3，林格曼黑度小于1。锅炉烟尘、SO2、NOx、林格曼黑度均达到GB13271-2007《锅炉大气污染物排放标准规》的要求。

生物质捆烧锅炉与传统的燃煤锅炉相比较，过去使用传统燃煤锅炉，温度不易控制。按照700元/t的平均煤价，用煤量近4 000 t，燃料所用费用近280万左右。改用秸秆打捆直燃锅炉，干净方便，室温稳定，既经济实惠，又环保节能。

3 生物质成型燃料锅炉和生物质捆烧直燃锅炉的比较

生物质成型燃料锅炉和生物质捆烧直燃锅炉的研究设计，可以说是解决了秸秆露天焚烧导致的环境污染问题，两者相较于传统的燃煤锅炉来讲，更加节能环保，经济实惠。接下来本文会通过对照表，以及实际案例，来将生物质成型燃料锅炉与生物质捆烧直燃锅炉进行比较。

4.2 MW(6 t/h)热水锅炉运行成本对照表

根据上表所示，我们可看出，燃煤锅炉的热值最高，每平方米所消耗燃料数量为最少，但是，燃料价格与燃料消耗成本都要高于生物质燃料锅炉，而其中还多出一项环保成本的预算，这使得本就高于生物质燃料锅炉的燃煤锅炉，其运行成本又多出了一部分；生物质成型燃料锅炉在三者对比中，属于居中位置，无论是从燃料的发热值、燃料价格、运行成本的角度来看，都是处在两者之间，而且作为生物质锅炉，省去了环保成本的开销；生物质捆烧直燃锅炉，其热值虽低于前两者，但燃料价格及运行成本要低出很多，而且消耗燃料多，这样更会促进生物质秸秆的使用，大量消耗了田地的农作物秸秆，既能减少露天焚烧的现象发生，还能充分利用起来，变废为宝。

生物质捆烧燃料相较于生物质成型燃料，省去了中间加工成压块或者颗粒的过程，这样一来，省去了大量的成本及费用，还节省了电力、人力等资源。不仅如此，生物质成型燃料在高温燃烧下，易产生结焦的现象，然而生物质捆烧直燃锅炉通过解耦燃烧技术，能够很好的解决这个问题。

同样，生物质成型燃料相较于生物质捆烧燃料而言，具有体积小、方便运输、压缩比大等优点，具有这些特性的生物质成型燃料，它的用途不仅可以用在大型供热取暖锅炉，更适用于民用小型采暖锅炉。

无论是生物质成型燃料，亦或是生物质捆烧直燃锅炉，两者相比较，各有千秋。作为锅炉应用的能源，化石燃料已是越用越少，并对环境污染严重，然而生物质燃料是“一岁一枯荣，春风春又生”的可再生燃料，更是有着环保效果和节能效益的燃料。所以将生物质燃料锅炉推广，是我们现有目标的重中之重。