隨著化石燃料的日益短缺和化石燃料的利用所引起的環(huán)境問題日趨嚴重，大力開發(fā)利用可再生能源資源，實現(xiàn)能源資源利用的本地化成了解決我國能源問題的主要措施之一。生物質鍋爐發(fā)電是解決當前我國能源短缺的有效途徑之一；生物質鍋爐發(fā)電能減少大氣污染，利用環(huán)境保護；生物質鍋爐發(fā)電還可以增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)民生活。
2、生物質鍋爐概述
2.1生物質鍋爐開發(fā)背景
我國生物質資源十分豐富，其中棉稈、玉米稈、樹枝等占很大比例。如何高效利用這些農(nóng)業(yè)廢物，以實現(xiàn)其無害化、減量化和資源化，已經(jīng)成為當前國內外的一個重要課題。將循環(huán)流化床燃燒技術應用于棉稈、玉米稈、樹枝的大規(guī)模處理，解決傳統(tǒng)處理方法低效率、高污染的缺點，同時用于發(fā)電或供熱，替代部分化石燃料，將對我國能源和環(huán)保戰(zhàn)略起著非常重要的作用，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質鍋爐，而且還出售木屑顆粒機、秸稈顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
現(xiàn)有純燒秸稈的鍋爐主要有機械爐排爐和摻燒少部分秸稈的流化床爐兩種。在爐排爐內，燃料的攪拌程度、氣體分布、整體燃燒反應速度不及流化床爐，斷面熱負荷低于流化床，使得爐排爐設備龐大，投資費用高。而流化床爐結構緊湊，占地面積小。爐排爐要求燃料熱值保持相對穩(wěn)定，而流化床密相區(qū)有大量的高溫物料，床層的熱容量大，燃料適應性強。由于循環(huán)流化床采用低溫( 800～900℃)、分級燃燒方式，大大減少了氮氧化物的生成。相反，爐排爐局部燃燒溫度高，煙氣中污染物排放高。因此，從燃燒效率和污染物排放來看，流化床爐要優(yōu)于爐排爐。
2.2生物質鍋爐現(xiàn)狀
秸稈燃燒通常分為直接燃燒和與其它燃料混燒兩種類型。
(1)秸稈直接燃燒
秸稈直接燃燒通常有層燃和流化床兩種方式。
層燃技術包括固定爐排、移動爐排、旋轉爐排和振動爐排等，可適于含水率較高、顆粒尺寸變化較大及灰分含量較高的秸稈，具有操作簡便的特點。水冷移動爐排可以保證燃燒的燃料在爐排表面分布均勻，以保障一次配風的均勻分布。空氣分布不均會造成結渣、飛灰損失增加、過量空氣系數(shù)增加等問題。燃料在爐排上傳輸必須盡可能地保證平滑和均勻。為了實現(xiàn)上述目標，可采用連續(xù)移動爐排、紅外線高度控制系統(tǒng)以及合理的配風系統(tǒng)。這種形式的層燃爐在歐洲國家廣泛采用。
丹麥BWE公司秸桿直接燃燒技術的鍋爐采用振動水冷爐排，自然循環(huán)的汽包鍋爐，過熱器分兩級布置在煙道中，煙道尾部布置省煤器和空氣預熱器。
位于加拿大威廉斯湖的生物質電廠以當?shù)氐膹U木料為燃料，鍋爐采用設有BW“燃燒控制區(qū)”的雙拱形設計和底特律爐排廠生產(chǎn)的DSH水冷振動爐排，使燃料燃燒完全，也有效地降低了煙氣的顆粒物排放量。同時，還在爐膛頂部引入熱空氣，從而在燃燒物向上運動后被再次誘入渾濁狀態(tài)，使固體顆粒充分燃燒，提高熱效率，減少附帶物及煙氣排放量。
流化床技術以德國KARLBAY公司的低倍率差速床循環(huán)流化床生物質燃燒鍋爐為代表。該鍋爐的特點主要體現(xiàn)在燃燒技術上。高低差速燃燒技術的要點是改變現(xiàn)有常規(guī)流化床單一流化床，而采用不同流化風速的多層床“差速流化床結構”。
瑞典也有以樹枝、樹葉等作為大型流化床鍋爐的燃料加以利用的實例。國內無錫鍋爐廠、杭州鍋爐廠、濟南鍋爐廠等都有燃用生物質的流化床鍋爐。
(2)秸稈與煤混燒
秸稈與煤的混合燃燒技術在充分利用現(xiàn)有技術與設備的基礎上，在現(xiàn)階段是一種低成本、低風險可再生能源利用方案，可部分替代常規(guī)能源，減少C02、NOx、S02的排放；同時建立生物質燃料市場，促進當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，提供大量的就業(yè)機會。在美國和歐盟等發(fā)達國家已經(jīng)建設了一定數(shù)量的生物質和煤的混合燃燒示范工程，裝機容量在50～700MW之間，涉及的鍋爐類型包括煤粉爐、爐排爐和循環(huán)流化床等。
據(jù)2004年的統(tǒng)計，目前在全球有150多座生物質混燒裝置在運行。在美國就有超過40個商業(yè)化運行的生物質混燒示范工程，參與混燒的生物質種類繁多，從秸稈、能源作物、草本植物一直到木材都有；常見的摻燒比例大約從1%-20%。歐洲的生物質混燒同樣發(fā)展迅猛，而且更注重生物質燃料的大份額摻燒，例如2001年在芬蘭Pietarsaari投入運行的Alholmens Kraft熱電廠的生物質混燒鍋爐，采用700t/h的亞臨界循環(huán)流化床每年燃用超過200，000立方米的廢木片、樹皮和秸稈，生物質燃料的燃燒份額達到45%。丹麥采用高倍率循環(huán)流化床鍋爐，將干草與煤按照6：4的比例送入爐內進行燃燒，鍋爐出力為l00t/h，熱功率達80MW。
國內方面，2004年8月，北京龍基電力公司與華電國際在山東棗莊簽訂了卜里泉發(fā)電廠#5機組秸稈升級項目合同，這是我國第一個煤粉爐中摻燒秸稈項目。華電國際十里泉發(fā)電廠引進丹麥的BWE秸稈發(fā)電技術，總投資8000多萬元人民幣。增加了1套秸稈收購、儲存、粉碎和輸送設備，2臺從丹麥BWE公司進口的輸入熱負荷為3萬千瓦的秸稈專用燃燒器，并對供風系統(tǒng)及相關控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化。改造后兩臺新增加的燃燒器所輸入的熱負荷將達到鍋爐額定負荷的20%，按年運行7500小時進行計算，每年焚燒10.7萬噸秸稈，相當于減少5.8萬噸標煤消耗。
2003年江蘇省豐縣鑫源電廠投產(chǎn)兩臺1.8萬KW循環(huán)流化床機組，使用燃料為煤、煤泥與秸稈混燒，秸稈摻燒比例為15%。
3、生物質鍋爐的原理及應用
3.1生物質鍋爐的工作原理（以我公司研制的75t/h循環(huán)流化床秸稈鍋爐為例）
采用床下點火方式，啟動燃燒器布置在水冷風板的下部；爐膛底部為水冷布風板和水冷風室；爐膛下部前后墻水冷壁向爐內彎曲，與軸線形成一定夾角；水冷壁采用膜式水冷壁結構型式；三個給料口，兩個給前點、一個給后點；爐膛出口并列布置兩個高溫旋風分離器加上兩個返料器；低溫過熱器呈順列布置于尾部豎井的上段，高溫過熱器呈順列布置于流化床燃燒室后墻外側的外置式換熱器中；對流管束布置于水平煙道，下方設有灰斗，通過箱式?jīng)_灰器排灰；一級噴水減溫器和二級噴水減溫器分別布置于下級低溫過熱器和上級低溫過熱器的出口；逆流雙級膜式省煤器布置在尾部煙道的中段；四回程臥式空氣預熱器布置在尾部煙道的下段。
燃料（柴油或天然氣）和來自一次風機的燃燒風在啟動燃燒室燃燒后產(chǎn)生高溫煙氣，進入水冷風室，再通過水冷布風板進入爐膛，以加熱床料。秸稈燃料從加料口加入。空氣分一次風和二次風送入爐膛，一次風經(jīng)空氣預熱器加熱后經(jīng)過水冷風室和水冷布風板進入流化床燃燒室；二次風經(jīng)空氣預熱器加熱后，從前后墻沿爐膛高度分三層進入爐內，三層二次風口呈交錯布置，高速噴入爐內，補充燃燒所需空氣，并加強爐內混合。煙氣和夾帶的物料在爐膛上部出口分兩路進入布置在爐膛與尾部豎井煙道之間的高溫絕熱旋風分離器，分離下來的灰一路進入外置換熱器，在其中低速流化，將一部分熱傳給埋在床中的高溫過熱器，受到冷卻后返回爐膛進行再燃燒；另一路通過水冷機械調節(jié)閥直接返回爐膛，通過調節(jié)兩者流量即可控制外置換熱器與爐膛的溫度分布。分離后的煙氣通過對流管束，部分飛灰經(jīng)分離之后落入灰斗，沒有被分離下來的飛灰隨同煙氣依次流經(jīng)低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器，然后進入鍋爐的出口煙道。鍋爐給水經(jīng)上下兩級省煤器加熱后進入汽包；鍋爐內的飽和水經(jīng)集中下降管進入水冷壁下集箱、燃燒室水冷壁，加熱蒸發(fā)后流入上集箱，然后進入汽包；飽和蒸汽經(jīng)汽包引出管流入低溫過熱器下集箱，由下級低溫過熱器加熱后進入減溫器調節(jié)氣溫，然后又由上級低溫過熱器加熱后流入二級減溫器調節(jié)氣溫，經(jīng)噴水減溫后的過熱蒸汽流入外置換熱器中的高溫過熱器，加熱至450 0C后進入高過出口集箱，然后又進入布置在爐前的匯汽集箱，然后送入汽輪機發(fā)電。
3.2生物質鍋爐的特點
生物質燃料水分比較高，采用流化床技術，有利于生物質的完全燃燒，提高燃燒效率。生物質流化床鍋爐可以采用砂子、高鋁磚屑、燃煤爐渣等作為流化介質，形成蓄熱量大、溫度高的密相床層，為高水分、低熱值的生物質提供優(yōu)越的著火條件，依靠床層內劇烈的傳熱傳質過程和燃料在床內較長的停留時間，使生物質燃料得以充分燃盡。流化床鍋爐能夠維持在850℃左右的燃燒溫度并伴隨料層充分擾動，所以床內不易結渣，并且低溫燃燒及爐內脫硫減少了NOx、SOx等有害氣體的生成。負荷調節(jié)范圍大，操作方便。
在燃燒過程中，必須考慮燃料中的水分。燃燒高水分的生物質燃料之前需要消耗能量來干燥生物質，所以高水分會降低燃燒效率。水分含量越大，燃料燃燒需要的時問就越長。鍋爐的效率是隨著水分含量而變化。當燃料水分含量超過40%后，水分含量稍有增加將會使鍋爐效率大大降低。
3.3．秸稈發(fā)電應用實例
以某市建設2×12MW生物質電廠為例。（如圖2所示1
本項目工程建設2×12MW汽輪發(fā)電機組，配2×75t/h循環(huán)流化床秸稈鍋爐，投資額為16796.9萬元。
(1)燃料來源
本項目燃料為棉稈和樹枝，燃料量設計值為420t/d，燃料特性見表1。為確保電廠原料供應有序，實現(xiàn)電廠正常運行，采取如下措施：
11設立專門秸稈收購部門負責定點收購、現(xiàn)場打包、適量存儲和運輸。
2)政府出臺相關政策，為電廠生產(chǎn)提供有效保障。
(2)灰渣處理
電廠建成后，全年燃用秸稈23.7萬t，混合秸稈灰分為4%，全年灰渣量約為9500噸。灰渣全部為草木灰，是很好的鉀肥，可以返回給農(nóng)村用于農(nóng)作物施肥，全部綜合利用。
(3)燃燒系統(tǒng)
鍋爐燃燒系統(tǒng)由給料機、送、引風機和料斗組成。秸稈經(jīng)破碎機破碎成5～l0mm顆粒進入料倉，料倉下來的碎秸稈經(jīng)一臺出力為15t /h刮板給料機進入爐膛，燃盡的灰渣直接放入灰斗內，用小車送至臨時灰場，煙氣中灰分經(jīng)除塵器除塵后排人大氣。干灰經(jīng)倉泵打入灰?guī)靸Υ妗?br /> (4)全廠主要經(jīng)濟指標見表2．
(5)大氣污染治理方案及環(huán)境影響分析
1)治理方案
綜合考慮廠址地理位置、環(huán)境保護目標、國家有關環(huán)境標準及今后的發(fā)展趨勢、灰渣綜合利用等因素，初步擬定采用脈沖布袋除塵器和80m煙囪排放，大氣擴散稀釋的治理方案。
2)大氣污染
3)環(huán)境影響分析
由表3計算可知，當全部燃用含硫量和灰分較大的棉花稈時，各項排放指標均能達標。所以在實際混合燃燒過程中，各項指標均能達標。另外尚可減少C02排放7.7萬噸。
(6)分析
采用2×75t /h中溫中壓鍋爐，配2×12MW供熱機組的秸稈發(fā)電廠總投資在2億元左右是可能的。年燃用秸稈23.71萬噸，可節(jié)省標煤1.75萬噸，增加農(nóng)民收入3600萬元多，相當于農(nóng)民耕種小麥40000000m2，等于全縣擴大1/40土地面積，增加農(nóng)民收入約2.5%，大大改善了農(nóng)民生活。
4、結束語
生物質鍋爐發(fā)電技術的大規(guī)模應用具有能源替代、環(huán)境保護、農(nóng)民增收、促進經(jīng)濟增長等社會效益和經(jīng)濟效益。加快發(fā)展生物質鍋爐發(fā)電產(chǎn)業(yè)，對促進城鄉(xiāng)經(jīng)濟發(fā)展、解決廣大農(nóng)村的民生問題具有重要作用。
相關生物質鍋爐顆粒機產(chǎn)品：
1、生物質壁爐
2、秸稈顆粒機
3、木屑顆粒機
