生物質(zhì)燃料鍋爐與熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計探討

黃先獻(xiàn)

摘 要：現(xiàn)如今，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗問題愈發(fā)嚴(yán)重。由于化石能源不可再生，導(dǎo)致地球化石資源正逐漸走向枯竭。同時，在這樣經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景下，人民的消費水平和生活水平不斷提高，對生活品質(zhì)要求越來越嚴(yán)格。為了能夠使社會在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時保持清潔和節(jié)能，發(fā)展生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)，是構(gòu)建資源節(jié)約型社會的必要保障。傳統(tǒng)熱煤工業(yè)能效較低并且對環(huán)境污染較大。作為可再生能源，生物質(zhì)能來源廣泛，并且具有污染物排放低的優(yōu)點。對此本文針對生物質(zhì)燃料特點進(jìn)行分析，以漿廠廢液、廢渣等生物質(zhì)能為例，探討如何通過熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計來確保漿廠在不引進(jìn)任何外來燃料的前提下，做到熱力能源、電力能源自給自足。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃料;熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化;鍋爐;給水溫度;可再生能源

從目前實際情況來看，我國目前燃煤工業(yè)鍋爐共有近60萬臺，其中鏈條鍋爐占總量的60%，層燃工業(yè)鍋爐占有量大并且覆蓋面積十分廣泛，其燃煤量是我國耗煤量的三分之一，是我國第二大煤煙型污染源。層燃工業(yè)鍋爐存在能效水平低且污染物排放嚴(yán)重的問題，可發(fā)展節(jié)能技術(shù)的空間較大。而生物質(zhì)燃料能夠在一定程度上取代化石燃料，擁有來源廣泛、污染物排放低的特點，是一種十分理想的可再生能源。

一、生物質(zhì)燃料特點以及可替代性分析

（一）可再生特點

生物質(zhì)能指的是一種以生物為載體的能源，也就是在植物光合作用之后將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在生物質(zhì)內(nèi)儲存的一種能源模式。在當(dāng)前常規(guī)能源日益枯竭以及環(huán)境不斷惡化的發(fā)展環(huán)境下，生物質(zhì)能源的開發(fā)與利用得到了人們廣泛關(guān)注[1]。

（二）廣泛性特點

現(xiàn)如今，可利用的生物質(zhì)能源主要有：稻桿、谷殼、禽畜糞便以及生活垃圾等，這些生物質(zhì)能源分布范圍十分廣泛，具有較大的開發(fā)利用潛力。比如燃料花生殼既能夠節(jié)約能源，還可以使生產(chǎn)廢料花生殼得到二次利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

二、通過優(yōu)化堿回收鍋爐能量系統(tǒng)來提高鍋爐運作效率的具體措施

（一）提高鍋爐的主汽參數(shù)，由原來的6.28MPa/480℃提高至9.2MPa/490℃，以此方法來提升主蒸汽的有效能量[2]。

（二）利用汽機(jī)抽汽來提高入爐時的熱風(fēng)溫度，從根本上提升堿爐的熱效率。

（三）利用油換熱器回收電除塵器后的煙氣熱量來進(jìn)行加熱去除鹽水，使排煙溫度能夠從原來的180℃降低到120℃，同時確保給水溫度能夠提升至200℃。

（四）通過汽機(jī)兩段抽汽模式來有效提高熱入省煤器的給水溫度，使其從原有的235℃提高到270℃。

（五）通過汽機(jī)非調(diào)整抽汽來取代堿爐原有的過熱蒸汽，將其作為吹灰用汽。

在此過程中，1-5項措施主要目的是為了提高熱力系統(tǒng)運行效率。是截止到目前為止國內(nèi)外已實踐應(yīng)用過的技術(shù)措施，比如：將鍋爐的主汽參數(shù)調(diào)節(jié)到了臨界狀態(tài);鍋爐給水在除氧器前后全都應(yīng)用了低壓與高壓加熱器，以此來提高鍋爐的給水溫度;通過鍋爐空氣預(yù)熱器來將熱風(fēng)溫度提升至300℃以上，將尾部排煙溫度大大降低，利用汽機(jī)抽汽來取代吹灰用汽[3]。因此從電力行業(yè)實踐情況來看，這些技術(shù)措施都在提高熱力系統(tǒng)運作效率方面具有一定的可行性。

從以往我國制漿和造紙行業(yè)堿回收鍋爐主要是以黑液中的藥品為主，將回收蒸汽熱能作為輔。然而隨著我國制漿造紙行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，堿回收鍋爐容量也在不斷擴(kuò)大，其能源利用效率的提升引起了社會各界的高度重視，因此在提高堿回收率的基礎(chǔ)上還需要加強(qiáng)熱能的高效利用，所以全面推廣大型鍋爐熱能高回收率和高利用率是未來電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在此方面我國相關(guān)堿爐制造廠家也在進(jìn)行改革和創(chuàng)新，并且收獲了十分良好的效果。

因為堿回收鍋爐與電站鍋爐的燃料截然不同。堿回收鍋爐主要是以多種物質(zhì)共同組成的液態(tài)化學(xué)混合物為主，而電站鍋爐卻是以基本穩(wěn)定的礦物質(zhì)，像煤炭和石油為主，雖然燃燒過程中的原理和流程大體相似，但是其中所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物以及對鍋爐本身所產(chǎn)生的影響存在明顯差異。在堿爐運行過程主要是要防范高溫腐蝕和化學(xué)腐蝕，如果熱面溫度過高或過低都會對堿爐運行造成惡劣影響，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重安全事故。因此如何提高堿爐熱效率，減少對項目投資的影響，是當(dāng)前需要重點關(guān)注的技術(shù)調(diào)研工作。

三、技術(shù)措施的主要應(yīng)用原理分析

（一）通過提高堿爐主汽參數(shù)，可以明顯提升堿爐熱效率以及汽機(jī)內(nèi)部蒸汽的作功能力[4]。因為溫度和壓力提升幅度不大，因此方案中鍋爐與汽機(jī)制造材料和原有方案基本一致，所以投資并沒有明顯變化，但是需要注意的是，溫度升高會對過熱器使用壽命、堿灰積聚等方面造成嚴(yán)重影響。從國際堿爐運行經(jīng)驗可以得知，運行過程中的蒸汽溫度不能超過500℃，如果超出此溫度范圍，那么就會加快堿爐的腐蝕速度。國際堿爐蒸汽溫度與壓力標(biāo)準(zhǔn)一般控制在9.2MPA/480℃。

（二）通過汽機(jī)抽汽來提高給水溫度，能夠有效提高爐水平均吸熱溫度，減少傳熱溫差，使給水在堿爐內(nèi)的吸熱量大大減少，在此基礎(chǔ)上也讓系統(tǒng)熱負(fù)荷有所增加，進(jìn)而提高系統(tǒng)熱效率。但是需要重點注意的是：在選擇最終給水溫度時，需要挑選系統(tǒng)效率最大的最佳給水溫度[5]。其次，是要挑選給水加熱器的最佳組合形式，合理布置系統(tǒng)。最后挑選加熱器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)過程中，因為此方案不僅可以提高加熱器和系統(tǒng)的投資，還可以增加堿爐內(nèi)的省煤器面積，所以投資也會有明顯增加。

（三）利用汽機(jī)抽汽可以進(jìn)一步加熱入爐熱風(fēng)，減少低溫?zé)犸L(fēng)對鍋爐燃燒造成的不利影響，提高鍋爐內(nèi)部溫度與燃燒效率[6]。但是需要選擇最佳熱風(fēng)溫度和加熱氣。因為原有方案中已經(jīng)存在蒸汽加熱器，只是增加換熱面積，因此投資方面并不會有明顯增加。

（四）在蒸發(fā)過程中使用HERB型堿爐，可以有效提高堿爐主汽參數(shù)，并采用高效堿爐，此時蒸發(fā)級效和黑液濃度都會有明顯提高，這雖然投資較大，但確是提升系統(tǒng)效率的最佳方案。另外，HERB型堿爐結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，存在一定的技術(shù)風(fēng)險。

結(jié)束語：

綜上所述，作為化石燃料可替代能源，生物質(zhì)燃料是一種節(jié)能效果良好的可再生能源，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤供暖之后，不僅可以具有節(jié)能環(huán)保效果，同時還合理利用了各種廢棄物，合理疏導(dǎo)了廢棄物的去向。本文主要論述了漿廠通過技術(shù)改造將燃煤工業(yè)鍋爐設(shè)計成生物質(zhì)燃料鍋爐的具體措施，這意味著不僅可以合理解決生產(chǎn)廢料、廢渣的解決問題，同時也在一定程度上減少了大氣污染物的排放，使經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙豐收，最終配合熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，為電力行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉鳳磊，萬顯君.秸稈捆燒直燃生物質(zhì)鍋爐的設(shè)計[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2021（03）：33-35.

[3]王善武，徐懿敏，錢風(fēng)華.生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)品質(zhì)量評價指標(biāo)體系研究[J].工業(yè)鍋爐，2021（01）：34-40.

[4]裴俊強(qiáng).生物質(zhì)燃料燃燒過程中結(jié)渣成因分析[J].區(qū)域供熱，2021（01）：77-85.

[5]李人鑒.生物質(zhì)氣化燃燒技術(shù)在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用研究[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2020（06）：25-28.

[6]杜軍堂，李云.燃煤鍋爐改燃成型生物質(zhì)燃料的案例分析[J].工業(yè)鍋爐，2020（06）：49-52.