目前全國有各類工業(yè)鍋爐約50余萬臺，作為廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活不可或缺的熱能動力設(shè)備，每年煤炭消耗量約占全國煤炭消耗量的1/3，由于工業(yè)鍋爐量大面廣，普遍存在著熱效率低、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題。如果將現(xiàn)有的燃煤鍋爐改造為以生物質(zhì)顆粒燃料為主，以煤燃燒為輔的混合燃燒技術(shù)是否可行呢？如果可行，那么如何改造才能達(dá)到最佳效果呢？
1、生物質(zhì)和生物質(zhì)能簡介生物質(zhì)主要包括農(nóng)業(yè)廢棄物（如植物的秸桿、枝葉）、包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等；木材采運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等、水生植物、油科植物、動物糞便等。生物質(zhì)是多種高分子有機(jī)化合物組成和復(fù)合體，主要含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等。生物質(zhì)能是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在生物質(zhì)內(nèi)部能量，目前廣泛使用的固體煤等也是由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變而來的。
2、生物質(zhì)的燃燒特性與燃燒設(shè)備之間的關(guān)系
生物質(zhì)是一種具有揮發(fā)分高、炭活性高、N和S含量低、灰分低，可以大量減少NOx.SOx等有毒氣體排放，生命周期內(nèi)燃燒過程C02零排放，特別適合燃燒轉(zhuǎn)化利用，是一種優(yōu)質(zhì)燃料。生物質(zhì)的燃燒過程是燃料與空氣間的傳熱、傳質(zhì)過程。是發(fā)生在炭表面和氧化劑之間的氣固兩相反應(yīng)，屬于靜太滲透式擴(kuò)散燃燒。其燃燒過程大致可分為揮發(fā)分析出、燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個獨立階段。
其燃燒過程的特點是：
(1)生物質(zhì)水份含量較多，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)生物質(zhì)顆粒燃料的密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，迎風(fēng)面積大，容易被吹起，懸浮燃燒的比例較大。
(3)生物質(zhì)發(fā)熱量低，爐內(nèi)溫度場偏低，形成穩(wěn)定的燃燒比較困難。
(4)由于生物質(zhì)灰發(fā)分含量高，燃料著火溫度較低，一般在250℃～350℃下?lián)]發(fā)分就大量析出并開始劇烈燃燒，此時若空氣供應(yīng)量不足，將會增大燃料的不完全燃燒損失；
(5)揮發(fā)分燃盡后，受到灰燼包裹和空氣滲透困難的影響，焦炭顆粒燃燒速度緩慢、燃盡困難，如不采用適當(dāng)?shù)谋匾胧瑢䦟?dǎo)致灰燼中殘留較多的余炭，增大不完全燃燒損失。
因此，生物質(zhì)燃燒設(shè)備的設(shè)計和選擇應(yīng)從生物質(zhì)燃燒特性出發(fā)，才能保證生物質(zhì)燃燒設(shè)備運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
3、煤的燃燒特性與爐膛特性尺寸之間的關(guān)系
固體燃料的化學(xué)成分大致分為可燃成分C、H、O、N、S和不可燃成分A、M，燃燒過程一般要經(jīng)過加熱干燥、逸出揮發(fā)分形成焦碳、揮發(fā)分著火燃燒、焦炭燃燒形成灰渣四個階段。高Vdaf的燃料爐膛體積較大，爐膛高度較低；低Vdaf而含Car量較高的燃料，爐膛體積較小，爐膛溫度較高。此外，水分與灰分含量也對爐膛的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。由于不同的煤種有不同著火燒盡特性。因此層燃鍋爐爐膛的設(shè)計是在鍋爐容量、蒸汽參數(shù)確定后，根據(jù)燃料的類別和性質(zhì)確定燃燒設(shè)備、燃燒方式、爐膛容積以及與不同煤種相適應(yīng)的爐拱結(jié)構(gòu)尺寸。
4、生物質(zhì)顆粒燃料與煤混合燃燒綜合改造方法初探
4.1生物質(zhì)顆粒燃料與煤的選配
從生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性來看，由于其所含水份多，結(jié)構(gòu)松散，燃燒時基本以懸浮燃燒為主，同時水分蒸發(fā)會增加煙氣的體積，增加排煙熱損失；而空氣量過大或過小會增加不完全燃燒熱損失。因此，應(yīng)優(yōu)先采用結(jié)構(gòu)密度較松馳、易點燃的生物質(zhì)成型顆粒燃料為宜。雖然生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒過程與煤的燃燒過程大致相近，但其熱值較煤低，揮發(fā)分、燃盡率較煤高。因此，為使?fàn)t膛保持一定的溫度水平和穩(wěn)定性，可選擇揮發(fā)分低而灰熔點較高的難燃煤種與之混合。這樣可有效降低爐膛結(jié)渣。
4.2采取分層給煤技術(shù)與變頻調(diào)速爐排相配合
分層給煤裝置是將現(xiàn)有的煤斗進(jìn)行改造，著先增加煤斗體積，然后在煤斗內(nèi)加裝有一個可調(diào)傾斜角度的分料板（當(dāng)生物質(zhì)顆粒燃料通過煤斗前半部加料口鋪入爐排后，開啟或調(diào)整分料板將煤鋪在生物質(zhì)顆粒燃料層上面，該套分料裝置有優(yōu)點是可根據(jù)鍋爐燃料種類及燃燒工況及時調(diào)整兩種燃料的進(jìn)料量），將煤與生物質(zhì)顆粒燃料分開送入分料斗內(nèi)，使堆積密度較小的生物質(zhì)顆粒燃料在底層，煤在上層（顆粒較小的煤粉落人生物質(zhì)顆粒層的空隙，以封堵燃料層漏風(fēng)）。由于生物質(zhì)顆粒燃料揮分高，因此人爐后先析出揮發(fā)分著火強(qiáng)烈燃燒，形成底部加熱層。上層的新煤進(jìn)入爐膛后在前拱強(qiáng)烈輻射熱和下部熾熱火床加熱下的雙面引燃條件下，可較快著火燃燒。燃燒過程中，由于一次風(fēng)的強(qiáng)烈擾動下及充分的氧氣供應(yīng)，可促使生物質(zhì)顆粒燃料中的余炭充分與氧氣接觸燃燒，以利于燃盡。可根據(jù)燃料種類的變化調(diào)整行進(jìn)速度。
4.3二次風(fēng)的配置和一、二次風(fēng)的配比率
對鼓、引風(fēng)機(jī)增裝變頻調(diào)速裝置，根據(jù)爐膛內(nèi)煙氣壓力、爐膛出口過量空氣量、爐膛溫度等適時調(diào)整鼓、引風(fēng)量。此時混合燃料在一次風(fēng)的推動下，煤以及生物質(zhì)顆粒燃料中的小顆粒呈懸浮燃燒狀態(tài)。同時，煤中析出的可燃?xì)怏w、生物質(zhì)顆粒燃料析出未及時燃燒的可燃?xì)怏w被在爐膛中部適當(dāng)位置從不同的角度送入的二次風(fēng)強(qiáng)烈的擾動下產(chǎn)生旋渦并迅速燃燒，此時一、二次風(fēng)的配風(fēng)比率可控制在1:0.30左右。適當(dāng)調(diào)整二次風(fēng)的風(fēng)量和風(fēng)壓不僅可以延長了可燃?xì)怏w和高溫?zé)煔庠跔t膛內(nèi)的停留時間，還可促進(jìn)懸浮顆粒物的充分燃燒，使飛灰及飛灰可燃物大大降低。
4.4生物質(zhì)顆粒燃料與煤的混燃比例
由于生物質(zhì)顆粒燃料含有一定量的水分，與煤混燃時會產(chǎn)生大量的煙氣，如煙氣量過大會使排煙熱損失增加，造成爐膛正壓燃燒，換熱設(shè)備也很難適應(yīng)。此外，由于在生物質(zhì)中由于鈉、鉀等堿金屬的存在，使生物質(zhì)顆粒燃料的灰熔點低于煤碳約100～200℃，爐膛較易結(jié)渣。如結(jié)渣嚴(yán)重會污染輻射受熱面，減小煙氣流通截面積。因此，混燃比例應(yīng)根據(jù)不同的燃料品種以及鍋爐運行工況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整確定，一般應(yīng)控制生物質(zhì)顆粒燃料層厚度在100～150mm，煤層厚度在50～80mm。
5、結(jié)論
綜上所述如層燃鍋爐不加以適當(dāng)?shù)木C合改造而直接燃用生物質(zhì)顆粒燃料，必將會降低鍋爐出力及熱效率，甚至?xí)l(fā)安全事故，得不償失。只有綜合兩種燃料的燃燒特性以適當(dāng)?shù)姆绞綄ΜF(xiàn)有燃燒設(shè)備進(jìn)行有針對性的改造，才能取長補(bǔ)短達(dá)到預(yù)期效果。
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