简析适合生物质燃料清洁燃烧设备的结构特点研究
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【摘 要】我国是以煤为主要能源的国家，煤炭污染已成为我国可持续发展中不可缺少的重大环境问题。我国是一个农业大国，每年仅农作物秸秆生产就有7亿吨，其他生物质能原料木屑、稻壳等数量巨大，如此大的资源储量一小部分用于畜牧业外，其余的都直接燃烧的方式被消耗掉，即浪费了资源，又污染环境。燃煤改用生物质颗粒燃料不仅可以充分利用我国农业大国的优势，解决废弃农林物的处理问题，节约煤炭资源，节省燃耗费用，减少颗粒物及SO2的排放，具有良好的环境效益。
【关键词】锅炉;污染;生物质燃料;环保设备;结构特点
一、生物质与生物质燃烧设备
1.生物质
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能，则是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。目前，作为能源的生物质主要是指农业、林业及其它废弃物：如各种农作物秸秆、糖类作物、淀粉作物和油料作物、林业及木材加工废弃物、城市和工业有机废弃物、以及动物粪便等。
2.生物质锅炉
生物质锅炉需要绿色新能源，具有强大的生命力。由于植物燃气产生的原料为农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣、牛羊畜粪及一切可燃性物质，是一种取之不尽，用之不竭的再生资源。
生物质能是一种颇具产业化和规模化利用前景的可再生能源，对我国能源结构的优化意义重大。发展生物质发电，是构筑稳定、经济、清洁、安全能源供应体系，突破经济社会发展资源环境制约的重要途径。秸秆发电变无序焚烧为集中燃烧并发电、造肥，节省了大量煤炭资源，并增加农民收入。秸秆在生长和燃烧中不增加大气中CO2量，且含硫量极低，仅为0.1%。发展生物质发电，替代煤炭，可显著减少CO2等温室气体和SO2的排放，有巨大的环境效益。
生物质锅炉燃料主要是以玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秆、稻草、树枝、树叶、干草、花生壳等农作物和固体废弃物为原料，经过粉碎后加压、增密成型，制成“秸秆煤炭”。“秸秆煤炭”是一种新型的生物质再生能源，加工成本低、利润空间大，价格远远低于原煤，完全可以代替煤炭。
二、生物质燃料锅炉的基本原理
生物质燃料锅炉是采用高密度的压缩成型生物质作为锅炉的燃料，由于燃料的压缩密实，限制了挥发分溢出速度，所以生物质燃料燃烧主要由下面几个条件控制：一定的温度;一定量的空气（氧气）;燃料与空气（氧气）的混合程度;燃料中的可燃物与空气中的氧气进行剧烈的化学反应时间。由于生物质燃料的燃点比煤低。煤的燃点为400～500℃，生物质燃料的燃点为250℃，其温度的提高由点火热供给。生物质燃料的燃烧过程是燃料中的可燃成分与空气中的氧剧烈化合并放出热量的过程。因而氧气的供给量决定燃烧反应的过程，通过对供氧量的控制，可以很好地控制燃烧反应。另外，生物质燃料含有一定的水分，并且生物质燃料是经过压缩成型的，它的压缩密实，限制了挥发分溢出速度，不易着火燃烧和形成黄色明亮的火焰，容易冒黑烟。所以现运行的生活及工业锅炉的结构不适合直接使用生物质颗粒燃料，若不加改造直接使用生物质颗粒燃料，锅炉将出现严重冒黑烟、效率低、有粉尘污染等现象。因此，燃用生物质颗粒燃料锅炉需要加装专门的送风设施，在充分保证燃烧生物质“颗粒”供氧量的要求下，锅炉进风量可以进行调整。
三、生物质燃料锅炉的运行
生物质燃料锅炉的运行与燃煤锅炉的运行一样，根据不同的锅炉规格和型号设置不同的燃烧设备。但由于生物质颗粒燃料是是经过压缩成型的，水分大、密度高、挥发分溢出速度慢，不易着火燃烧，容易冒黑烟。所以要保证生物质燃料燃烧完全，即：要使燃烧设备与所用燃料相适应;要从提高炉膛温度、改善燃烧来减少不完全损失;要从燃料空气比例，煤层厚度，炉排速度，炉膛负压和过量空气系数等来进行调节和控制;在运行中要加强检查、维护和保养。
因此，可以采取以下措施以提高锅炉最大的热效率。为了提高炉膛温度，便于生物质燃料的挥发分迅速溢出，对所安装的生物质燃料锅炉加装了专门的送风设施，在充分保证燃烧生物质“颗粒”供氧量的要求下，锅炉进风量可以进行调整。在将生物质燃料加入到锅炉炉膛内时，为了便于往料斗里进料，采用了不同于以往燃煤锅炉的上煤方式。燃煤锅炉的上煤方法是由上煤机或传送煤装置直接将煤倒入煤斗里，经由煤闸门和链条炉排进入到炉膛里进行燃烧。而生物质燃料在经由煤斗和煤闸门时，由于生物质燃料颗粒比煤大，在通过煤闸门时，由于颗粒之间相互碰撞阻力较大，而且燃料颗粒由于体积比煤大，进入煤闸门时容易被挡住，所以在燃料斗里通过煤闸门的燃料层厚度不均匀，不利于燃烧。所以为了解决这个问题，把原来进燃料斗用的敞口式料斗制作成密闭式料斗，在料斗里直接加装一個可以手动调节燃料层厚度的闸门。燃料经由地面下储料斗→螺旋式上料机→输料管→密闭式料斗→煤闸门→链条炉排→锅炉。
由于生物质燃料是经过高压低温压缩加工成型的颗粒状燃料，水分大，体积大，燃料之间相互碰撞阻力大，所以在安装螺旋式上料机时要注意以下几个方面：螺旋式上料机安装时，输料管与地面下储料斗连接时要有一定的倾斜角度。但为了节约锅炉房占地面积，同时又符合锅炉房设计规范的工艺布置要求，所以输料管的倾斜角≤60°为宜。在燃料经过螺旋式上料机的螺旋轴转动下通过输料管进入到密闭式料斗时，由于燃料层厚度受煤闸门的限制。因此，为了避免燃料进入的太多，造成燃料在密闭式燃料斗和输料管内积压，并影响燃料通过煤闸门。可以在螺旋式上料机最上端与密闭式料斗连结的输料管最上端位置开一个检查孔，并安装一个行程开关对螺旋式上料机电动机的启动、停止进行自动控制。当密闭式料斗和输料管内的燃料积压时，可以自动切断螺旋式上料机电动机电源，而使螺旋式上料机停止工作;当密闭式燃料斗和输料管内的燃料缺少时，自动连接螺旋上料机电动机电源，使螺旋上料机开始工作，往输料管和密闭式料斗内输送燃料。由于生物质燃料是高挥发分燃料，燃料的燃烧速度比煤快，并且燃料所含的灰分比煤低，燃料的燃尽率比煤高。生物质燃料的燃尽率可达到96%，而煤的燃尽率在85～94%之间。所以生物质燃料在燃炉中的燃烧温度能达到1060℃以上。因此，根据锅炉负荷情况，正确调整生物质燃料层的厚度及炉排的转速，是为了最大的提高锅炉热效率的一项措施。一般燃煤锅炉的煤层厚度控制在100～140毫米之间，负荷高时加高煤层厚度，负荷低时减低煤层厚度。炉排机转速一般情况下可控制在250～400转/分钟，最高不超过450转/分钟，以维持煤燃料的足够燃烬时间。而生物质燃料的燃点低、挥发分高，燃烧速度快、燃尽率高、燃烧温度高。所以根据郑州陇海院锅炉房所安装的生物质燃料锅炉经过一个采暖期运行来看，我们认为生物质燃料锅炉的煤层厚度一般控制在130～150毫米之间，负荷高时可加高燃料层厚度，负荷低时减低燃料层厚度。
结语
在能源越来越紧张的情况下，生物质作为一种可再生能源，在能源的结构系统中地位越来越重要。生物质固体成型燃料燃烧设备的研究发展，有助于降低对化石燃料的利用依赖，加强新能源及可再生能源的利用。生物质能是清洁能源，即可以保护环境又可以降低成本。发展新能源与可再生能源需要政府引导的规划，需要公众的大力支持，需要社会、经济、技术、环境及政治等可行性因素相互作用。
参考文献
[1]生物质固体成型燃料的发展、工艺及性能分析[J]. 韦文榜，赵瑞龙，冯明智，李丽娜，张双保. 木材加工机械. 2012（06）
[2]河北省生物质固体成型燃料产业发展研究[J]. 孙振锋，边志敏. 可再生能源. 2013（06）
[3]京郊生物质固体成型燃料的区位选择分析[J]. 高德健，杨志明，郭轲，张兰，张彩虹. 林业经济. 2014（11）
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