燃煤鍋爐生物質(zhì)燃料改造中的問(wèn)題及對(duì)策

李永紅

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院,甘肅 蘭州 730050）

生物質(zhì)成型燃料鍋爐供暖是低碳的分布式可再生能源供熱方式，在民用熱水、建筑采暖和工業(yè)熱力等領(lǐng)域中的應(yīng)用規(guī)模不斷增大。近年來(lái)，國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部以及生態(tài)環(huán)境部等相繼推出了一系列政策，肯定了生物質(zhì)的作用，并鼓勵(lì)和支持包括生物質(zhì)成型燃料等生物質(zhì)利用技術(shù)的能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國(guó)部分城市在燃煤鍋爐改造過(guò)程中，由于天然氣等清潔能源的供應(yīng)和成本問(wèn)題，選擇使用了生物質(zhì)成型燃料來(lái)代替煤炭，因此生物質(zhì)成型燃料鍋爐的使用范圍和使用量不斷增加，且已初步形成了一定的規(guī)模。

2017 年4 月2 日，在生態(tài)環(huán)境部（原環(huán)保部）印發(fā)的《高污染燃料目錄》（國(guó)環(huán)規(guī)大氣〔2017〕2 號(hào)）中，對(duì)于生物質(zhì)成型燃料，僅在第Ⅲ類最嚴(yán)格的管控要求下，對(duì)生物質(zhì)成型燃料的燃用方式進(jìn)行了規(guī)范，即“非專用鍋爐或未配置高效除塵設(shè)施的專用鍋爐燃用的生物質(zhì)成型燃料進(jìn)行管控”。明確在第Ⅲ類最嚴(yán)格的管控要求下，不是要禁止或限制使用成型燃料，相反，在規(guī)范的燃用方式下，是要鼓勵(lì)發(fā)展的，其目標(biāo)就是要按照《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的要求，促進(jìn)生物質(zhì)成型燃料行業(yè)的健康有序發(fā)展。在國(guó)家層面上針對(duì)生物質(zhì)固體成型燃料有了明確的鼓勵(lì)發(fā)展態(tài)度。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47062—2017 《生物質(zhì)成型燃料鍋爐》[1]及NB/T 34024—2015《生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量分級(jí)》[2]的發(fā)布，對(duì)生物質(zhì)成型燃料及生物質(zhì)成型燃料鍋爐設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)范和完善，將有力促進(jìn)生物質(zhì)成型燃料及鍋爐的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，同時(shí)起到引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展的作用。

1 燃煤鍋爐生物質(zhì)燃料改造中存在的問(wèn)題及解決方案

生物質(zhì)成型燃料鍋爐主要的燃燒方式有流化床燃燒鍋爐和層燃鍋爐，層狀燃燒是最常見(jiàn)的燃燒方式，爐排形式主要有往復(fù)爐排、聯(lián)合爐排、水冷振動(dòng)爐排及鏈條爐排等。采用層狀燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)鍋爐，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用都相對(duì)較低。鏈條爐排是燃煤鍋爐生物質(zhì)成型燃料改造的主要爐型。層燃鍋爐的爐內(nèi)溫度可以達(dá)到1 000 ℃以上，由于生物質(zhì)燃料的灰熔點(diǎn)較低，很容易結(jié)渣。同時(shí)，在燃燒過(guò)程中對(duì)鍋爐配風(fēng)的要求比較高，實(shí)際運(yùn)行中難以保證生物質(zhì)燃料的充分燃燒，從而影響鍋爐的燃燒效率，正是由于生物質(zhì)層燃鍋爐這幾個(gè)特點(diǎn)，導(dǎo)致在改造中存在著不少問(wèn)題，影響著生物質(zhì)成型燃料鍋爐的發(fā)展。

按照《質(zhì)檢總局辦公廳關(guān)于承壓特種設(shè)備安全監(jiān)察工作有關(guān)問(wèn)題意見(jiàn)的通知》（質(zhì)檢辦特函〔2017〕1336 號(hào)），燃煤鏈條爐排鍋爐的生物質(zhì)成型燃料改造，由于燃燒方式未發(fā)生改變，不列為改造范圍，且其改造過(guò)程不在監(jiān)督檢驗(yàn)范圍內(nèi)，導(dǎo)致其改造過(guò)程及質(zhì)量處于自由發(fā)展階段，因此燃煤鍋爐生物質(zhì)燃料改造過(guò)程及質(zhì)量亟需規(guī)范。

1.1 改造方案粗放簡(jiǎn)單

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47062—2017《生物質(zhì)成型燃料鍋爐》于2017 年12 月27 日發(fā)布，2018 年6 月1 日實(shí)施，承擔(dān)改造方案的鍋爐廠家應(yīng)該按照該標(biāo)準(zhǔn)的要求，制定詳細(xì)的改造方案，方案應(yīng)涉及的系統(tǒng)主要包括：輸料系統(tǒng)，料倉(cāng)播料滾定量給料的方式在負(fù)荷1 t/h 以上的成型燃料鍋爐中應(yīng)用最廣泛，這種布料方式在沿鏈條爐排寬度方向的料層厚度較均勻，其他方式的布料裝置目前不如播料滾定量給料方式，由爐前料倉(cāng)、給料機(jī)和下料管等組成的給料系統(tǒng)應(yīng)能保證連續(xù)、均勻、可調(diào)控給料，同時(shí)具有封閉、防回火等特性；二次風(fēng)系統(tǒng)，鍋爐采用的一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)機(jī)應(yīng)相互獨(dú)立，且可根據(jù)燃料特性、負(fù)荷變化情況調(diào)節(jié)送風(fēng)量，保證風(fēng)量和風(fēng)壓滿足鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的需要；此外還包括吹灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)（旋風(fēng)加布袋的兩級(jí)除塵裝置等）和脫硫脫硝系統(tǒng)。方案一定要考慮整個(gè)鍋爐系統(tǒng)，不能只考慮輸料系統(tǒng)、二次風(fēng)系統(tǒng)，忽視其他環(huán)節(jié)，而這正是目前改造中的薄弱環(huán)節(jié)。改造應(yīng)保證鍋爐運(yùn)行安全可靠且高效環(huán)保。

1.2 改造方案缺乏必需的技術(shù)支撐

改造方案編制前，應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng)了解改造鍋爐的詳細(xì)情況，并與業(yè)主多溝通，確定燃料類型。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/ T 3 4024—2015 《生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量分級(jí)》中，按原材料來(lái)源將生物質(zhì)成型燃料分為林業(yè)生物質(zhì)成型燃料、混合生物質(zhì)成型燃料、農(nóng)業(yè)生物質(zhì)成型燃料，每類又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ小類，低位發(fā)熱量依次降低，代號(hào)為SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ，這是改造完成后變更產(chǎn)品型號(hào)的依據(jù)，生物質(zhì)成型燃料分類如圖1所示。燃料類型確定后，必須進(jìn)行熱力和煙風(fēng)阻力的計(jì)算校核，為編制改造方案提供依據(jù)，同時(shí)作為竣工資料的必要組成部分。改造方案缺乏必需的技術(shù)支撐，可能導(dǎo)致改造方案效能下降，針對(duì)性不強(qiáng)。

圖1 生物質(zhì)成型燃料分類

1.3 改造過(guò)程質(zhì)量監(jiān)督的缺失

鍋爐改造是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，燃煤鍋爐生物質(zhì)成型燃料改造過(guò)程不在監(jiān)督檢驗(yàn)范圍，改造過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)督只能由建設(shè)單位自己負(fù)責(zé)，專業(yè)技術(shù)人員的缺失，使得建設(shè)單位對(duì)工程質(zhì)量難以控制。目前比較好的解決辦法是邀請(qǐng)專家對(duì)改造方案進(jìn)行評(píng)審，針對(duì)鍋爐實(shí)際情況，依據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)制定合理驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，改造完成后由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)能效測(cè)試和污染物排放檢測(cè)，對(duì)改造質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。詳細(xì)能效測(cè)試也是TSG G0002—2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》 對(duì)鍋爐改造后能效指標(biāo)考核的要求，污染物排放檢測(cè)合格是鍋爐投用的條件。

1.4 改造與使用脫節(jié)

生物質(zhì)成型燃料鍋爐和普通的鏈條爐排燃煤鍋爐在原理、結(jié)構(gòu)和使用上的確有很多相似處，但直接將燃煤鍋爐的使用管理套用在生物質(zhì)成型燃料鍋爐管理上，這種認(rèn)識(shí)是不全面的。生物質(zhì)成型燃料的燃燒特點(diǎn)（與煤比較）為揮發(fā)分高、含氧量高、固定碳低、發(fā)熱量低、灰分低（除稻殼外）、含硫量低、含氮量與煤相近、堆積密度低、灰軟化溫度低、氯腐蝕傾向大。

生物質(zhì)燃料揮發(fā)分含量高，一般收到基揮發(fā)分超過(guò)60%，爐膛空間燃燒的份額增加，足夠的二次風(fēng)比率可以強(qiáng)化爐膛煙氣混合及促進(jìn)揮發(fā)分的燃盡，提高鍋爐效率。同時(shí)，對(duì)于層燃鍋爐，恰當(dāng)?shù)囊?、二次風(fēng)比率是控制床層結(jié)渣的措施之一。不同制造廠家對(duì)一次風(fēng)、二次風(fēng)率控制有差別，也沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)，二次風(fēng)推薦值見(jiàn)表1。合理組織燃燒風(fēng)量分配,保證不在爐內(nèi)形成缺氧燃燒。因?yàn)檫€原性氣氛，容易使堿性氯化合物高濃度聚集，形成高溫氯腐蝕。在改造方案設(shè)計(jì)上合理配置二次風(fēng)，二次風(fēng)噴管的位置和數(shù)量應(yīng)根據(jù)燃料特性和爐膛結(jié)構(gòu)確定，二次風(fēng)噴管風(fēng)速應(yīng)保證二次風(fēng)的穿透性，確保爐膛內(nèi)燃料的充分燃燒。

表1 生物質(zhì)成型料鍋爐空氣二次風(fēng)推薦值

爐前料倉(cāng)應(yīng)設(shè)計(jì)斷料觀察口和缺料報(bào)警功能，斷料感應(yīng)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證鍋爐在額定負(fù)荷下繼續(xù)運(yùn)行不少于20 min。采用自動(dòng)控制給料時(shí)，還應(yīng)該增加料位報(bào)警功能。

生物質(zhì)成型燃料鍋爐一般采用壓縮空氣脈沖吹灰、燃?xì)饧げù祷逸^多。生物質(zhì)灰分中的組分導(dǎo)致其粘性大，對(duì)流受熱面積灰較嚴(yán)重，采用清灰措施后，從受熱面上清理下來(lái)的灰流動(dòng)性較差，難以像煤灰那樣通過(guò)落灰管路排放出來(lái)，因此在改造過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮這一問(wèn)題，清灰效果及清下來(lái)的灰排放同樣重要。

生物質(zhì)成型燃料飛灰堆積密度很小，一般在0.18～0.5 t/m2。造成輸灰設(shè)備的容量增大?；曳趾薪褂偷任镔|(zhì)，爐膛溫度降低到一定程度，就可能產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。生物質(zhì)成型燃料鍋爐不能進(jìn)行壓火操作，與之配套設(shè)備必須穩(wěn)定可靠，鍋爐停爐時(shí)不應(yīng)用生物質(zhì)燃料壓火。

層燃生物質(zhì)鍋爐燃燒區(qū)間溫度變化劇烈，導(dǎo)致鍋爐出口初始氮氧化物排放濃度波動(dòng)大。SCR 脫硝技術(shù)應(yīng)用最廣泛，農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)燃料堿金屬含量高，主要是鉀元素含量高，容易出現(xiàn)常規(guī)催化劑中毒失活等問(wèn)題，不利于生物質(zhì)鍋爐NOx 穩(wěn)定可靠達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)資料研究表明，目前國(guó)外催化劑脫硝連續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)為三個(gè)月，因此，如果采用SCR 脫硝技術(shù)必須要解決好催化劑中毒失活的問(wèn)題。

生物質(zhì)燃料中S 元素的含量一般都比較低，但在廢氣排放中仍然可以監(jiān)測(cè)到有部分SO2氣體。但在生物質(zhì)燃燒過(guò)程中，HCl 的排放則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤的燃燒，這主要?dú)w咎于生物質(zhì)燃料中的高氯含量。這些排放物進(jìn)一步與生物質(zhì)燃料中的鉀元素反應(yīng)，就很容易形成氣溶膠，氣溶膠排放到大氣中會(huì)造成環(huán)境污染，而且也容易粘著在催化劑（SCR）表面，影響催化劑效能。從質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，生物質(zhì)燃料中的N 含量要小于煤，但由于生物質(zhì)燃料的低熱值，以發(fā)熱值為標(biāo)準(zhǔn)，生物質(zhì)燃料的N 含量與煤同在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。

針對(duì)生物質(zhì)成型燃料的燃燒特點(diǎn)，改造方案完成后，應(yīng)著手編寫規(guī)范詳盡的使用說(shuō)明書，指導(dǎo)鍋爐正確運(yùn)行操作。這是一份很重要的文件，建設(shè)單位在合同條款中應(yīng)加進(jìn)這部分內(nèi)容，為最終技術(shù)資料的一部分。

2 應(yīng)用前景

生物質(zhì)能的特征是可再生、可儲(chǔ)存性和巨大的儲(chǔ)存量、碳平衡。生物質(zhì)能就其能量當(dāng)量而言，僅次于煤、石油、天然氣而位列第4。在世界能源消耗中,生物質(zhì)能占總能耗的14%。我國(guó)每年生物質(zhì)能資源理論上達(dá)50 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是我國(guó)目前總能耗的4 倍以上，其中秸稈量每年約有7.26 億噸，相當(dāng)于5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)能是重要的可再生能源，具有可持續(xù)性、低污染等特點(diǎn)。生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)利用既能改善中國(guó)能源供需結(jié)構(gòu)，又符合保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求。根據(jù)《中國(guó)工業(yè)鍋爐行業(yè)年鑒》（2015），生物質(zhì)成型燃料可替代燃煤進(jìn)行供熱，生物質(zhì)供熱市場(chǎng)空間達(dá)4000 億元，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

目前生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用技術(shù)日趨成熟，生物質(zhì)能源發(fā)展配套法規(guī)政策不斷完善，為我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)展提供了動(dòng)力和保障；燃煤鏈條爐排生物質(zhì)成型燃料改造是生物質(zhì)成型燃料鍋爐應(yīng)用的一個(gè)重要方面，存在的問(wèn)題要引起建設(shè)單位，改造相關(guān)方、管理部門重視，確保改造項(xiàng)目發(fā)揮應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，維護(hù)行業(yè)健康發(fā)展，共同促進(jìn)節(jié)能減排事業(yè)。