生物质成型燃料小型锅炉尾气除尘实践及其问题分析

王顺国

龙山顺天生物质能源开发有限公司 湖南 龙山 416800

我公司是一家小型生物质颗粒燃料锅炉、热风炉、烘干炉生产厂家，所产的设备主要销往农村及小城镇，用于农产品加工、学校及宾馆供水等。生物质燃料燃烧产生的灰分低、含硫量低、氮氧化物低，是一种清洁可再生能源，正逐步替代小型燃煤锅炉。随着2015年1月1日新《环境保护法》颁布和实施 ，各地方政府对污染物排放的控制越来越严格，很多地方要求生物质锅炉的烟尘排放必须达到≤20mg/Nm3要求。为了满足环保要求，我公司出产的生物质锅炉等都需要配置除尘装置，我们主要配置的是布袋除尘器，使用后尾气能够达标排放，但在使用过程中出现一些问题很难有效解决。

1 生物质燃料锅炉除尘过程中出现的问题

通过查阅国内生物质颗粒燃料锅炉使用现状有关文献，从文献介绍可知在对废气进行布袋除尘处理后，烟气中含尘浓度可以控制在30mg/m3以下，符合《锅炉大气污染排放标准 GB13271—2014》，如李晓霞等介绍了生物质燃气净化除尘技术研究[1]，王兵介绍了静电除尘器在生物质燃料锅炉系统中的应用[2]等。参考文献介绍，结合我公司客户的场地大小、经济承受力等实际情况，我公司最先直接采用布袋除尘器对生物质锅炉燃烧后的尾气进行除尘处理，经县环保部门检测鉴定，除尘处理后的尾气完全能够达到排放标准，但是在运行过程中曾出现过不少问题，主要有烧袋、布袋堵塞严重导致布袋使用寿命低、选用的生物质颗粒材料不同堵塞情况不一样等。

2 出现的问题及其分析

2.1 烧袋

生物质燃烧后废气中的灰尘主要由灰分、炭黑及未完全燃烧的碳粒组成。考虑到小型锅炉的使用环境，为保证使用安全，我公司除尘器内配套使用的布袋为高温除尘布袋，使用温度≥200℃，我公司内置布袋的使用说明使用温度可达250℃，而经测量锅炉排烟温度≤160℃，从锅炉排烟口经管道进入除尘器内的温度一般≤120℃，理论上安全是有保证的，但有用户在使用小型热水锅炉及配套的布袋除尘器过程中，曾出现过烧袋现象，通过对用户使用情况的调查分析，我公司虽对用户进行了必要的培训，但是实际用户使用人员并不固定，使用人员的操作水平差异很大，并没有严格按照操作规范使用，有的用户在使用过程中，由于颗粒燃料和燃烧气体的配比、燃气速度的控制等不合理，导致燃烧不不充分，没有完全燃烧的颗粒碳化物进入除尘器内，没有及时清除，在除尘器内堆积阴燃，从而导致布袋烧袋现象出现。虽然该现象出现的次数很少，但极易引发火灾等生产事故。为了保证使用安全，我们在布袋除尘器前，再配置一个旋风除尘器，旋风除尘器使用范围广，运行维护简单可靠，对于大颗粒的固体杂质有较高的除尘效率，用来去除大颗粒的粉尘及没有完全燃烧尽生物质颗粒。除了增加旋风除尘器外，要求用户在使用过程中及时清除除尘器内的灰尘，经过改进后运行情况统计，再也没有出现烧袋现象。

2.2 布袋使用寿命低

生物质颗粒燃烧废气采用旋风除尘加布袋除尘两级处理后，在使用过程中最主要的问题就是布袋堵塞、布袋上粉尘结块，导致布袋的使用寿命低。最初我们简单认为是由于废气从锅炉出口经输送管道到旋风除尘器，再经管道输入布袋除尘器，这之间距离长导致废气的温度降低大，废气进入布袋除尘器是的温度低于水蒸气的露点，水蒸气结晶析出水和粉尘粘接而结块堵塞布袋。因此对排气管路外部包覆隔热材料对管路等进行保温，确保废气在进入除尘器后的温度高于水蒸气的露点10～20℃左右，从处理后运行情况来看，布袋堵塞现象只是有所改善，问题并没有得到很好的解决。除此之外我们对除尘工艺也做了一些改进，比如改变喷吹压力、喷吹频率，进入除尘器废气的流速、流向等，总的效果并不是很理想。综合对比国内有光生物质布袋除尘的有光文献，同时对小型锅炉和发电用锅炉使用状况分析，小型生物质锅炉等使用的连续性差，经常启停，锅炉重新启动一定时间内时，排出的废气温度低于水蒸气的露点，水蒸气析出可能导致粉尘粘接堵塞布袋，这是小型锅炉的使特性没法更改。

根据李慧君等人对小麦秸秆燃烧过程中碱金属释放特性研究[3]，生物质中碱金属元素（主要是K）含量丰富，是生物质灰的主要成分。由于碱金属无机盐（如KCl）具有较低的熔点，因此生物质内碱金属极易在燃烧中释放，此特性给生物质能源的开发及利用带来了严重的技术安全问题。在生物质燃烧过程中，部分碱金属灰分气态释放后，易于凝结，吸附并沉积在锅炉炉膛受热表面，造成玷污，结垢及积灰等问题，严重影响锅炉的换热，甚至造成腐蚀。通过上述分析，可以推知生物质燃料锅炉所产生的废气进入除尘器后，也易于在布袋上凝结并堵塞布袋。

2.3 颗粒材料品种对布袋寿命影响较大

在生物质颗粒燃料锅炉废气使用旋风除尘和布袋除尘两级除尘应用过程中，发现选用不同的生物质颗粒时布袋的堵塞情况有很大的差别。生物质燃烧一般可分为预热阶段、干燥阶段、挥发份析出燃烧阶段、焦炭燃烧阶段等，挥发阶段即生物质的气化阶段回油焦油成分产生，如焦油成分在燃烧室内未燃尽的焦油成分随废气一同进入除尘器内，焦油在200℃以下就会冷凝，和废气中的粉尘粘接，变成难以清除的黏稠状物质，堵塞布袋，这和我们在使用过程中发现的粉尘成块状现象比较吻合。国内鲍振超等研究了生物质气化中焦油的产生及处理方法[4]，金亮等分析了生物质燃气焦油产生率及其净化[5]，对生物质在挥发气化阶段焦油的产生及其控制提出参考措施，但是对于小型锅炉来讲，其使用过程中生物质颗粒燃烧阶段各参数的控制不可能像大中型锅炉那样规范，废气中的焦油成分很难严格控制，同时锅炉排出的废气经管道、旋风除尘器冷却后，进入除尘器内的温度≤200℃，焦油成分会冷凝，和粉尘结块堵塞布袋。不同的生物质颗粒，其挥发所产生的焦油成分是不同的，一些油性含量的生物质颗粒，比如松木材料为主要成分的生物质颗粒时，布袋堵塞严重，油性含量低的生物质颗粒，挥发时也会有焦油成分产生，只用量的差别，没有质的差别，都会导致布袋堵塞，只是时间长短不同而已，因此很难完全解决布袋堵塞问题。

3 初步结论

根据我公司生产实践，对于小型生物质热水锅炉、热气炉等废气采用旋风除尘加布袋除尘两级除尘系统，废气能够达到国家标准要求，但是布袋易堵塞，使用寿命较低，还需要进一步研究加以解决。