生物质颗粒燃烧机在卧式内燃锅炉上的应用研究

周慧强

（江西省检验检测认证总院特种设备检测研究院九江检测分院，江西 九江 332000）

我国是农林业大国，每年农业生产产生的秸秆、林业废弃物不计其数，其中的很大一部分被随意丢弃或就地焚烧，造成环境污染的同时也留下了极大的火灾隐患，将这些废弃物收集、破碎、烘干、挤压成型制成生物质颗粒燃料，可替代煤、石油、天然气等化石燃料，是理想的替代能源，且生物质燃烧过程中排放的碳只是其生长期间所吸收的碳量的一部分，基本实现碳的零排放，是一种非常有潜能的碳中和能源。

1 生物质颗粒燃烧机

生物质颗粒燃烧机以生物质颗粒为燃料的燃烧机，因冷却方法的不同，可分为水冷却和风冷却结构，常见的为水冷式的，因此本文重点介绍水冷式的。生物质颗粒燃烧机主要由燃烧室、上料机、送风系统、电控系统组成。结构如图1 所示。

图1

生物质颗粒通过人工或传送带送至料仓，颗粒在料仓中通过进料系统（绞龙）进入燃烧室，燃烧室为夹套式结构，夹套内通循环冷却水给燃烧室外壳降温，在高温燃烧室里燃料与送风系统的配风混合，干燥、着火、燃烧，在此过程中析出大量挥发分，剧烈燃烧，产生的高温烟气从出火口喷出。整个过程可以实现全自动控制，可根据负荷的要求调整进料速度及进风量，被广泛应用于工业锅炉、窑炉、焚烧炉、粮食烘干设备等各种热能系统中。

2 卧式内燃锅炉

锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热水或其他工质，以生产规定参数（温度、压力）和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。工业锅炉是工业生产、日常生活所用的锅炉，通常热功率小，压力低，温度低，使用地点分散，使用的燃料也不尽相同，有煤、柴油、天然气、木屑、生物质颗粒等，近年来，随着环保要求日益严格，全国大部分地区已淘汰蒸发量D ＜10t/h 的燃煤锅炉，取而代之的则是卧式内燃锅炉，这类锅炉通常使用燃料为0#柴油或天然气，匹配相对应的价格高昂的国外产燃油、气燃烧机，自动化程度高，节能环保，但是使用成本过高，很多小微企业难以承受，因此，很多用户尝试用生物质颗粒燃烧机取代燃油（气）燃烧机，来降低生产成本。

3 经济性对比

为了分析对比各种燃料的使用成本，我们对同一台型号为WNS2-1.25 的锅炉在燃油、气、生物质成型颗粒的情况下进行能效测试。

3.1 燃料成分分析

在能效测试前，对3 种燃料进行化验，化验数据见表1 ～3。

表1 0#柴油主要参数

表2 天然气主要参数

表3 生物质颗粒燃料主要参数

3.2 锅炉能效测试

本次能效测试按照TSG91-2021《锅炉节能环保技术规程》及GB/T10180-2017《工业锅炉热工性能试验规程》要求进行，采用简单测试、反平衡法，η2=q1=100 －(q2+q3+q4+q5+q6)，在测试出锅炉运行工况热效率的同时查漏补缺，找出锅炉各项热损失。测试中锅炉运行平稳，辅机运转正常。测试结果见表4。

表4 各种燃料能效测试结果表

3.3 吨汽成本

（1）我们先计算WNS2-1.25 型号锅炉产1 吨压力为1.25MPa 的饱和蒸汽需要多少热量。查水及水蒸汽的热焓表可知，20℃的水焓值为85.36kJ/kg，1.25MPa饱和蒸汽对应的焓值为2787.2kJ/kg，故所需热量为

（2）0#柴油的低位发热量是41520kj/kg，燃0#柴油锅炉的热效率经测试为91.23%，目前柴油价格为8500 元/t，故产1 吨1.25MPa 饱和蒸汽需：

天然气的低位发热量是33151kJ/m3，燃天然气锅炉的热效率经测试为92.18%，目前天然气价格为4.0 元/m3， 故 产1 吨1.25MPa 饱 和 蒸 汽 需：

生物质颗粒的低位发热量是16460kJ/kg，燃生物质颗粒锅炉的热效率经测试为85.18%，目前生物质颗粒价格为1000 元/t，故产1 吨1.25MPa 饱和蒸汽需：

从上面的计算结果不难得出，生物质颗粒作为锅炉的燃料，相对于0#柴油可降低约65%的吨蒸汽成本，相对于天然气可降低约45%的吨蒸汽成本，具有显著的经济效益。

4 生物质颗粒锅炉运行中出现的问题

4.1 燃烧机运行状况差

由于目前无相关的国家强制标准，市场上的生物质燃烧机生产厂家众多，生产出来的产品自然也是良莠不齐，随意标注型号、虚标出力等，普通用户及司炉工也无相关的知识，导致很多生物质颗粒燃烧机与锅炉不匹配，使用过程中结焦、冒黑烟，还有使用的循环冷却水未经过软化处理，运行一段时间，水冷夹套内表面结垢，燃烧机得不到及时的冷却，极大地缩短了使用寿命。

4.2 锅炉受热面积灰、磨损、腐蚀

生物质颗粒燃料的原料来源广泛，有秸秆、木材及其边角料，甚至还有建筑用模板等，在生产制备过程中还混入不少杂质，成分复杂。生物质燃料中含有钾、钠等碱金属，在高温燃烧环境下，在燃烧室内形成熔渣或形成气相，以蒸汽和飞灰颗粒的形式沉积于受热面，影响锅炉的热效率，同时对换热面造成严重腐蚀，其中的CL 在燃烧过程中以HCL 形式挥发出来，与锅炉的金属壁面的保护膜（FeO、Fe2O3、Fe3O4）发生反应，对保护膜的破坏较为严重。建筑模板中的胶水燃烧后产生大量的NOx 对锅炉受热面也有严重的腐蚀，未清理干净的建筑模板表面附着有砂石、水泥，燃烧后随烟气进入锅炉，冲刷、磨损锅炉受热面。

4.3 燃烧机无联锁保护

很多用户只是简单地将燃油（气）燃烧机更换成燃生物质颗粒燃烧机，辅机并无改动。生物质颗粒燃料中灰分较高，燃烧后烟气中带有不少粉尘。使用生物质颗粒燃料机，尾部必须配备除尘器，烟气排放才能达标，这造成生物质颗粒燃烧机出口的被压不足以克服尾部烟道及除尘器的阻力，造成燃烧机及锅炉内正压太高，火焰从炉门及未密封好的部位喷出，损坏设备，恶化锅炉房环境，损害司炉工身体健康，因此必须安装相匹配的引风机，且引风机须与燃烧机联锁，开启燃烧机之前，须先开引风机。另燃烧机未与锅炉水位联锁，锅炉在运行中，一旦缺水，燃烧机不能及时熄火，继续燃烧可能造成严重的爆炸事故。

5 结语

从上面的分析不难看出，使用生物质颗粒燃烧机的锅炉吨汽成本相比油、气大为降低，具有非常可观的经济效益，但在实际生产运行中还是有不少问题的，本人认为可以从以下方面解决。（1）聘请专业的公司对锅炉燃烧机进行安装，从设备选型、辅机匹配入手，在源头上把好关；（2）选用杂质少、灰分少、灰熔点高的优质生物质颗粒燃料；（3）加强对司炉工的实操和理论培训，增强其责任心，及时调整运行参数,使锅炉保持平稳高效运行；（4）完善锅炉房管理的各项规章制度，对设备定期维护保养。