消烟除尘是推广生物质燃烧设备的关键

2014-02-10北京苏阳环能科技有限公司张延宝

太阳能 2014年7期

北京苏阳环能科技有限公司 ■ 张延宝

0 引言

随着经济的高速发展，一次能源的消耗也在不断加速，其资源终将枯竭。开发应用可再生能源已在近二、三十年蓬勃发展起来，太阳能光热、光电、风力发电等领域发展迅猛，形势大好。生物质能作为可再生能源的重要组成部分，其中生物质成型燃料应用的三大产业链——生物质成型设备(制粒机)制造，生物质颗粒燃料加工企业和生物质颗粒燃料燃烧设备的制造也已初步形成格局，但仍未能形成规模产业。

1 烟尘是影响生物质燃烧设备推广的主因

造成以上现象的原因何在？作为从事生物质燃烧设备研发的一名科技人员，笔者认为制约三大产业链发展的关键这一是燃烧设备的“环保认可”，即烟尘是影响生物质燃烧设备推广的主因。

生物质成型燃料燃烧设备的开发应用在我国已有十几年了，曾出现过各种各样的生物质锅炉产品，有从国外引进仿造的、有自主研发的，层出不穷，各显神通，但始终在“探索”中艰难前行。能够形成规模“赚钱”的几乎为零，许多人士碰的“头破血流”，偃旗息鼓。难道是政府不支持吗？非也。是用户不欢迎吗？非也。究其原因，产品使用中冒黑烟，尤其是排放大量的PM2.5，在许多地方遭遇到环保部门的封杀；能源利用率低也是重要原因。理清思路，明确方向，攻克消烟除尘难关，创新技术产品，这是推广应用生物质燃烧设备的必由之路。

2 生物质颗粒燃料在燃烧过程中产生烟尘的原因

燃料成分决定着燃烧特性。生物质颗粒燃料在燃烧过程中与煤相比，极易产生烟尘，其主要原因为：

1)生物质颗粒中含有70%～80%的碳氢化合物即挥发分，而一般烟煤只有20%～30%。挥发分受热(高于200 ℃)时就开始析出，其析出过程几乎伴随着整个燃烧过程。如果它不被完全烧尽，就可能在随后裂解反应中生成微小的碳颗粒排出，这就是冒黑烟的原因。

2)由于生物质颗粒燃烧中必须由机械(风机)供风来维持，而燃料中包含着较多生物质碎末和泥土灰尘，它们体积小、质量轻，也可能随着烟风一道排出而成为“烟尘”。

3)由于生物质颗粒含水率较高(一般为12%～14%，甚至高达20%)，受热蒸发也可将颗粒粉末化，如未被烧掉，也可成为“烟尘”排出。

4)生物质颗粒燃烧产物中的灰渣，由于个小体轻，也容易随烟风排出成为“烟尘”。

由此可见，生物质颗粒燃料在燃烧过程中必须考虑消烟除尘问题。

3 生物质燃烧设备减排PM2.5，减少对大气环境的污染是一项综合技术

首先，要从源头着手，即尽可能减少烟尘的产生。为此，应考虑采用清洁燃烧技术。清洁燃烧技术的必要条件为：

1)确保燃料的完全充分燃烧，应供给足够的氧气。为此，应合理选择“空－燃比”。空气不够，烧不尽，冒黑烟；空气过多，就会增大烟气量，增加热损耗，降低热效率。对于生物质颗粒燃料，空气过剩系数选择α在1.5～2.0之间为宜。此外，空气供给应均匀分布。

2)为确保完全充分燃烧，必须使燃烧区域保持较高而稳定的温度，温度忽高忽低易造成不完全燃烧。

3)为确保完全充分燃烧，必须保证有足够的燃烧空间，让燃烧物质在燃烧室有足够的停留时间。

在确保燃料完全充分燃烧的前提下，燃烧过程应长时间连续、稳定、可靠地进行。为此，燃烧过程不应受到人为因素的影响，应实施机电一体化的自动控制。所谓机电一体化的控制，就是供料系统和供风系统均由机械来执行，并由控制系统(仪表)来控制。

近几年来，一种比较理想的生物质清洁燃烧设备——下饲式全自动控制的生物质颗粒燃烧器问世。该设备采用了从燃烧层下部进料、上部供风燃烧的方式，进料量与供风量均由数字控制、调节，保障了燃烧的完全充分及过程的长期稳定，很好地避免了不完全燃烧现象的发生，由此减少了烟尘量的产生。经检测，与这种燃烧器配套的热水锅炉排烟含尘量为16 mg/Nm3，达到燃油排放国家标准。

其次，生物质燃料燃烧会产生大量粉尘是不可避免的。这是由于燃料体积小，质量轻，极易在烟风的带动下排出炉膛。因此在设计换热结构时，应考虑采用多种除尘结构。如改变烟气流动方向的离心除尘、重力除尘，以及烟气扰动装置的阻挡除尘、丝网过滤等除尘措施，将粉尘中较大的颗粒从烟气中分离出来，沉积在炉内后集中清除。

最后，生物质燃烧设备必须配备简单易行的除尘装置。由于生物质燃烧后产生的粉尘中存在许多粒径很小的粉尘，单靠炉内常规的除尘措施是不可能完全消除的。例如PM10，特别是当前的粉尘“明星”PM2.5以下粒径，要想彻底清除是非常困难的。

要减少PM2.5类的粉尘，净化烟气，可采用电除尘、喷淋除尘等方式。由于电除尘造价昂贵，且运行维护比较困难，对于小型功率(一般适用的设备功率在0.7 MW以下)的生物质燃烧设备而言不太适合。喷淋除尘比较可行，但其用水量较多。据国内外一些文献的报道，一种文丘里除尘器比较实用。这种除尘器造价较低，耗水量较少，除尘效果好，特别适用于消除PM5粒径以下的粉尘(报道称除尘率可达99%)。新型文丘里除尘器试验结果比较理想，经检测，安装了文丘里除尘器的热水锅炉，其排烟含尘量达到了燃气排放国家标准(10 mg/Nm3以内)。