富氧燃燒在生物質(zhì)鍋爐的應(yīng)用

1、富氧燃燒技術(shù)在生物質(zhì)鍋爐的應(yīng)用的探討摘要:根據(jù)生物質(zhì)鍋爐燃燒特點、燃料特性，結(jié)合富氧燃燒技 術(shù)特點，闡述了對生物質(zhì)鍋爐利用富氧燃燒技術(shù)解決飛灰含 碳量高、爐膛負壓不穩(wěn)定、燃燒過程空氣需求量大、排煙量 大等瓶頸問題，提出見解和分析。前言：在世界能源消費中，生物質(zhì)能源約占16 %左右，而在欠發(fā)達地區(qū)則占 63 %以上。全球大概有 25億人生活所用的能 源90 %以上都是生物質(zhì)能源。中國是人口最多的國家，同時 又處在一個經(jīng)濟的快速發(fā)展的時期，能源的需求和消費尤為 巨大。日益短缺的化石燃料資源，以及燃燒化石燃料造成大 氣污染，已成為人們關(guān)注和憂慮的焦點。21世紀，中國將會面對環(huán)境保護和經(jīng)濟增長的雙重壓

2、力。因此，轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)的模式，開發(fā)和利用生物質(zhì) 能和其他可再生能源和清潔能源，建立新的可持續(xù)發(fā)展的能 源利用體系，為保障和促進可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護有著深遠 的意義。生物質(zhì)能是人類在遠古時代就開始利用的能源，中東 戰(zhàn)爭所造成的世界能源危機使人們開始關(guān)注和重視開發(fā)和利 用可再生能源。人們清醒的認識到石油和煤等化石燃料不可 再生和所造成的環(huán)境等一系列問題使人類的可持續(xù)發(fā)展遇到 了前所未有的重大問題。使用化石燃料會產(chǎn)生“酸雨”，“臭氧 耗破壞”，“溫室效應(yīng)”和其他環(huán)境問題，人類的生存和發(fā)展正 面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而為了解決因為使用化石能源所造成的 一系列問題，人類正積極探索和研究可再生清潔能源

3、以替代 化石燃料。2014年4月18日李克強主持召開新一屆國家能 源委員會首次會議，明確了國家能源發(fā)展戰(zhàn)略：“節(jié)約、清潔、安全”三大能源戰(zhàn)略方針?！肮?jié)能優(yōu)先、綠色低碳、立足國內(nèi)、創(chuàng)新驅(qū)動”四大能源戰(zhàn)略。加快構(gòu)建低碳、高效、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系。二、生物質(zhì)鍋爐運行分析；據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在生物質(zhì)能消費占世界總能耗的16 %左右，位于煤，石油，天然氣之后，位居第四。其中，發(fā)展 中國家占總生物質(zhì)能的生物能源的使用量的75 %，發(fā)達國家占25 %左右，部分國家生物能源的使用量甚至占能源使用總 量的60%。治理大氣污染（霧霾、酸雨、煙塵、汽車尾氣），還我們一片藍天，不僅需要國家層面的重視和政策支持，還需要有 新

4、能源替代和治理模式方面的創(chuàng)新。新能源和可再生能源替 代部分化石能源已是大勢所趨。生物質(zhì)燃料替代部分燃煤工 作正在全國逐步展開，所以人們在積極研究生物質(zhì)的燃燒方 式。生物質(zhì)燃料鍋爐根據(jù)燃燒方式的不同分為：層燃燃燒鍋 爐，懸浮燃燒和循環(huán)流化床鍋爐。生物質(zhì)燃料由于本身成分 的復(fù)雜性，從而其燃燒過程也很復(fù)雜，主要分為四個燃燒階 段：（1 ）預(yù)熱和干燥階段，當(dāng)溫度達到100度時，生物質(zhì)燃料進入干燥階段，水分開始蒸發(fā)，即烘干段。（2）揮發(fā)分析出及木炭形成階段，即干餾，當(dāng)已經(jīng)干 燥的原料持續(xù)加熱時，揮發(fā)份開始析出，揮發(fā)完畢后，最后 剩下的就是木炭。（3）揮發(fā)份燃燒階段，生物質(zhì)燃料高溫?zé)峤馕龀龅膿] 發(fā)份在高溫

5、下開始燃燒，同時，釋放大量的熱。（4）固定炭燃燒階段，這是燃燒過程最后的階段，最 后剩余灰分。生物質(zhì)燃料鍋爐優(yōu)缺點優(yōu)點（1）節(jié)能。與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)成型燃料利用效率 高，鍋爐熱效率好；生物質(zhì)成型燃料著火點低，所以點火容 易，升火快，燃燒穩(wěn)定完全，節(jié)省燃料。（2）環(huán)保。二氧化碳零排放，燃料中含硫量較低，燃燒 時無煙塵和二氧化硫，燃料能夠完全燃燒，最后只剩下一點白灰。清潔衛(wèi)生無污染，利于健康，生物質(zhì)排放是燃煤的 1/10， 遠遠低于國家排放標準。（3）適用范圍廣。由于原料來源廣泛環(huán)保，所以廣泛適用 于環(huán)保要求嚴格的大中城市的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)制造工業(yè)用熱以及賓 館、酒店、洗浴中心、事業(yè)單位、醫(yī)院、學(xué)校等

6、行業(yè)的取暖。缺點（1）生物質(zhì)能源燃燒需要較高的干燥溫度和較長的干燥時 間，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高。（2）由于生物質(zhì)揮發(fā)分含量較高，燃料著火溫度較低，此 時如果空氣供應(yīng)量不足，將會增大燃料的化學(xué)不完全燃燒損 失。（3）成本高。相對于煤，生物質(zhì)成型燃料熱值單價比煤高， 密度小，運輸儲存費用高；水分高，秸稈類生物質(zhì)由于受收 集方式影響，灰分大；自動化程度低，操作勞動強度大。（4）生物質(zhì)鍋爐相對燃煤鍋爐構(gòu)造復(fù)雜，價格較高。（5）有些關(guān)鍵技術(shù)沒有得到解決，技術(shù)方面不是特別成熟受國內(nèi)農(nóng)業(yè)機械和各生物質(zhì)利用企業(yè)收購方式影響。生 物質(zhì)燃料普遍存在燃料揮發(fā)分高、水分大、灰分大、發(fā)熱量 低的情況。燃燒

7、過程會出現(xiàn)：1、原料中水分大，蒸餾過程延長，熱風(fēng)風(fēng)壓、風(fēng)量 都相應(yīng)加大，導(dǎo)致過剰空氣量加大，排煙熱損失加大。2、原料松散，揮發(fā)份含量又高，熱分解產(chǎn)生的可燃 揮發(fā)份一般在 350 C時就能釋放出約 80%.這段時間較短，- 般生物質(zhì)鍋爐不能在希相區(qū)提供大量空氣助燃，未燃盡的有機揮發(fā)物只好被氣流帶走產(chǎn)生黑煙。3、待到揮發(fā)成份逐漸燒完，由于燃料的形態(tài)決定其失去揮發(fā)物后的炭結(jié)構(gòu)為松散骨架，氣流的運動可使之解體，分散則又會使一部分未經(jīng)燃燒的炭粒裹入煙道，產(chǎn)生飛揚的 黑絮，如碳粒帶火進入到布袋除塵器將會燒壞布袋。4、待揮發(fā)物和炭逐漸燒完時，空氣量又過剩，這些過 剩的空氣流又會白白帶走一部分熱量。以上4個效

8、應(yīng)的共同作用，使熱效率大大降低，現(xiàn)有鍋 爐均不能從根本上解決秸稈水分大和松散廢料高效燃燒問 題。導(dǎo)致鍋爐燃燒效率低，飛灰含碳量較高，灰渣燃燒不充分。鍋爐負壓波動較大，難以控制。布袋除塵器及輸灰系統(tǒng) 工作負荷高，設(shè)備運行不穩(wěn)定三、鍋爐熱效率分析1、鍋爐熱損失公式：耳2=100- Eq= q2+q3+q4+q5+q6式中：耳2 鍋爐反平衡熱效率%q2 排煙熱損失%q3 氣體不完全燃燒熱損失%q4 固體不完全燃燒熱損失%q5 散熱損失%q6 灰渣物理熱損失%從鍋爐熱平衡熱效率公式中可看出，鍋爐熱效率的高低取決于它的五種熱損失的大小，分別是1、排煙損失q2， 2、氣體不完全燃燒熱損失 q3，3、固體不

9、完全燃燒熱損失 q4，4、 散熱損失q5， 5、灰渣物理熱損失 q6。其中排煙熱損失 q2q4，是生物質(zhì)鍋爐熱損失的最大兩90%以上。和固體不完全燃燒熱損失項，它們之和占總損失的2、排煙熱損失q2UInWife冷空氣熱焙O一涉煙處空吒過劇豪數(shù) 體不龍全魅燒拾1R失 AHt入鶴量從公式中可看出，排煙熱損失q2的大小，取決于排煙溫度的高低和排出煙氣量的大小及排煙中固體不完全燃燒的占 有比例，改造后的富氧燃燒鍋爐，可減少一、二次風(fēng)的風(fēng)量， 使過?？諝庀禂?shù)合理，這樣就能減少煙氣的大量排出。煙氣 帶走的熱量就大大的降低，排煙熱損失降低。3、氣體不完全燃燒熱損失q3II ri£| m(126CO

10、* 108W1+358C7/-)x( ) > tOOQr100Or時入埜彳氣體不完全燃燒損失 q3 ,從公式中可看出， 主要取決于排 煙處煙氣容積和可燃氣體，改造后的富氧燃燒鍋爐，可燃氣 體得到充分燃燒，爐膛溫度高，用普通空氣助燃，約五分之 四的氧氣不但不參與助燃，還要帶走大量的熱量。一般氧濃 度每增加1%，煙氣量約下降 24.5%，所以氣體不完全燃燒 損失q3也就小。從而能提高燃燒效率。4、固體不完全燃燒熱損失q4vloo*/公比 ®土)x|00VQr"100式中* q】一T體不完金失V¥-Hj®處煙7擴央?伽Qi-fflltt不充全粧僥攝喪V0

11、1入熱KJ/kg中抵汽容覩百分數(shù)VCH*4S*X中甲規(guī)孝幟百分數(shù)VIcoBMTUtawr匸處d固體不完全燃燒損失q4，取決于爐渣、漏料、飛灰的量和含碳量。改造后的富氧燃燒鍋爐，爐膛溫度提高，飛灰和爐渣有了高溫的燃燒環(huán)境，能得到充分的燃燒，降低飛灰和爐渣的含碳量，從而達到提高燃燒效率的目的。四、氣體膜分離原理膜分離空分技術(shù)是八十年代國外新興的高科技技術(shù)，屬高分子材料科學(xué)，工業(yè)發(fā)達國家稱膜法富氧技術(shù)為資源性的創(chuàng)造性技術(shù)，它是第三代最具發(fā)展應(yīng)用前景的氣體分離技術(shù)。許多發(fā)達國家都投入了大量人力物力來研究膜法富氧技術(shù)，日本曾在以氣、油、煤為燃料的不同場合進行了富氧應(yīng)用試驗,得出如下結(jié)論：用23 %的富氧

12、助燃可節(jié)能 10-25 % ;用25%的富氧助燃可節(jié)能20-40 % ;用27%的富氧助燃則節(jié)能高達30-50 %等。初步利用在鏈條爐、往復(fù)爐、拋煤機鍋爐、煤粉 爐、循環(huán)流化床鍋爐、沸騰爐等，節(jié)能效果顯著。膜分離制氧設(shè)備是利用具有特殊選擇分離性的高分子聚 合纖維材料作為分離元件，在一定驅(qū)動力作用下，使雙元或 多元組份因透過膜的速率不同而達到分離或特定組份富集的 目的。當(dāng)混合氣體在一定的驅(qū)動力（膜兩側(cè)的壓力差或壓力 比）作用下，滲透速率相當(dāng)快的氣體如水汽、氧氣、氫氣、 氦氣、硫化氫二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透側(cè)被富集， 而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等 被滯留在膜的滯留側(cè)被

13、富集從而達到混合氣體分離的目的。高壓側(cè) 0 0 0 0 0 0J快氣H?COi 0 0 0 000000000000 JDOOO慢右O2 Ar CO CHt6慢氣系統(tǒng)流程自動控制/ 調(diào)節(jié)邪警/ 連鎖較一采用s型燃燒技術(shù)或a型燃燒技術(shù)及四角燃燒，富氧噴嘴一 般可以加在爐排底下、后拱、前拱、側(cè)墻或四角等。目的是 強化原有鍋爐的火焰特性，使燃料和煙氣在爐膛中的停留時 間更長，從而充分徹底完全地燃燒，放出更多的有效熱量。 然后通過現(xiàn)場整體調(diào)節(jié)優(yōu)化達到節(jié)能目的。±)5o口顆粒流向鏈條爐- 拋煤機爐 富氧噴嘴的 相對位置a沙火焰動量計算拳息（圖1）汽包0爐排煙氣及懸浮 顆粒流向 富氧噴嘴的 相對

14、位置前二次盡.后二次鳳3100聯(lián)箱-S型燃燒 推遲燃燒650 /過嗣拋煤機爐 n» 一m/膛喬思圖風(fēng)量 吋降15%拋煤機in 5-80_3>Q 5十I. Q+L g+O：23 0'0- 5 + 170+1.04-0. 84-0? 2* 3?5（圖2）aIX)s*分級燃燒原理a *10減少 N0x2050%爭采用分級燃撓z 優(yōu)點'1I80T1 / 300-500T/A 和節(jié)能180T： 偏黑方晦 1OOOOT/A（圖3）五、綜合分析通過以上分析，富氧燃燒技術(shù)能夠取得可觀的節(jié)能效果， 但是在鍋爐改造或設(shè)計時要充分考慮到生物質(zhì)燃料的特性： 灰渣熔點低，易結(jié)焦，三、四級

15、過熱器高溫段將會出現(xiàn)掛焦 等問題。通過分析改造后的經(jīng)濟性還是比較可觀的：1、降低排煙量：降低排煙量，降低風(fēng)機負荷，降低廠用 電，緩解爐膛壓力大幅度變化。降低排煙熱損失，提高機組 經(jīng)濟性。2、降低灰渣、飛灰含碳量，降低飛灰量。緩解除塵器、 輸灰系統(tǒng)系統(tǒng)壓力，設(shè)備穩(wěn)定性提高。提高機組經(jīng)濟性。3、降低燃料消耗量，緩解上料系統(tǒng)壓力。4、 由于富氧燃燒會提高爐膛上部燃燒份額，從而使三級、 四級過熱器處溫度提高，可能會影響蒸汽溫度的變化，或?qū)?致咼溫結(jié)焦。5、由于生物質(zhì)燃料水分較大，烘干、蒸餾、燃燒所需一 次風(fēng)配額較大，造成排煙量過高，引風(fēng)機能耗較大，改造后 的富氧鍋爐降低了送風(fēng)量，從而降低了排煙量。降低送引風(fēng) 機負荷，減少廠用電。6、投資分析富氧濃度：27-30%制氧規(guī)模：10-15000 m3/h設(shè)備能耗：0.1-0.15 kw/h /立方對于鍋爐是利用局部增氧助燃技術(shù)來強化原有鍋爐的火焰特性，既要使燃料在爐膛的停留時間更長，又要使燃料在盡可能少的助燃風(fēng)下更充分、更完全地燃燒。節(jié)能率一般 在5%-18