生物质燃料锅炉与热电联产节能优化设计探讨

黄先献

摘 要：现如今，随着社会经济的快速发展，能源消耗问题愈发严重。由于化石能源不可再生，导致地球化石资源正逐渐走向枯竭。同时，在这样经济发展的背景下，人民的消费水平和生活水平不断提高，对生活品质要求越来越严格。为了能够使社会在经济发展的同时保持清洁和节能，发展生物质热电联产，是构建资源节约型社会的必要保障。传统热煤工业能效较低并且对环境污染较大。作为可再生能源，生物质能来源广泛，并且具有污染物排放低的优点。对此本文针对生物质燃料特点进行分析，以浆厂废液、废渣等生物质能为例，探讨如何通过热电联产节能优化设计来确保浆厂在不引进任何外来燃料的前提下，做到热力能源、电力能源自给自足。

关键词：生物质燃料;热电联产节能优化;锅炉;给水温度;可再生能源

从目前实际情况来看，我国目前燃煤工业锅炉共有近60万台，其中链条锅炉占总量的60%，层燃工业锅炉占有量大并且覆盖面积十分广泛，其燃煤量是我国耗煤量的三分之一，是我国第二大煤烟型污染源。层燃工业锅炉存在能效水平低且污染物排放严重的问题，可发展节能技术的空间较大。而生物质燃料能够在一定程度上取代化石燃料，拥有来源广泛、污染物排放低的特点，是一种十分理想的可再生能源。

一、生物质燃料特点以及可替代性分析

（一）可再生特点

生物质能指的是一种以生物为载体的能源，也就是在植物光合作用之后将太阳能转化为化学能，在生物质内储存的一种能源模式。在当前常规能源日益枯竭以及环境不断恶化的发展环境下，生物质能源的开发与利用得到了人们广泛关注[1]。

（二）广泛性特点

现如今，可利用的生物质能源主要有：稻杆、谷壳、禽畜粪便以及生活垃圾等，这些生物质能源分布范围十分广泛，具有较大的开发利用潜力。比如燃料花生壳既能够节约能源，还可以使生产废料花生壳得到二次利用，具有较好的经济效益和环境效益。

二、通过优化碱回收锅炉能量系统来提高锅炉运作效率的具体措施

（一）提高锅炉的主汽参数，由原来的6.28MPa/480℃提高至9.2MPa/490℃，以此方法来提升主蒸汽的有效能量[2]。

（二）利用汽机抽汽来提高入炉时的热风温度，从根本上提升碱炉的热效率。

（三）利用油换热器回收电除尘器后的烟气热量来进行加热去除盐水，使排烟温度能够从原来的180℃降低到120℃，同时确保给水温度能够提升至200℃。

（四）通过汽机两段抽汽模式来有效提高热入省煤器的给水温度，使其从原有的235℃提高到270℃。

（五）通过汽机非调整抽汽来取代碱炉原有的过热蒸汽，将其作为吹灰用汽。

在此过程中，1-5项措施主要目的是为了提高热力系统运行效率。是截止到目前为止国内外已实践应用过的技术措施，比如：将锅炉的主汽参数调节到了临界状态;锅炉给水在除氧器前后全都应用了低压与高压加热器，以此来提高锅炉的给水温度;通过锅炉空气预热器来将热风温度提升至300℃以上，将尾部排烟温度大大降低，利用汽机抽汽来取代吹灰用汽[3]。因此从电力行业实践情况来看，这些技术措施都在提高热力系统运作效率方面具有一定的可行性。

从以往我国制浆和造纸行业碱回收锅炉主要是以黑液中的药品为主，将回收蒸汽热能作为辅。然而随着我国制浆造纸行业规模的不断扩大，碱回收锅炉容量也在不断扩大，其能源利用效率的提升引起了社会各界的高度重视，因此在提高碱回收率的基础上还需要加强热能的高效利用，所以全面推广大型锅炉热能高回收率和高利用率是未来电力行业发展的必然趋势。在此方面我国相关碱炉制造厂家也在进行改革和创新，并且收获了十分良好的效果。

因为碱回收锅炉与电站锅炉的燃料截然不同。碱回收锅炉主要是以多种物质共同组成的液态化学混合物为主，而电站锅炉却是以基本稳定的矿物质，像煤炭和石油为主，虽然燃烧过程中的原理和流程大体相似，但是其中所产生的燃烧产物以及对锅炉本身所产生的影响存在明显差异。在碱炉运行过程主要是要防范高温腐蚀和化学腐蚀，如果热面温度过高或过低都会对碱炉运行造成恶劣影响，甚至出现严重安全事故。因此如何提高碱炉热效率，减少对项目投资的影响，是当前需要重点关注的技术调研工作。

三、技术措施的主要应用原理分析

（一）通过提高碱炉主汽参数，可以明显提升碱炉热效率以及汽机内部蒸汽的作功能力[4]。因为温度和压力提升幅度不大，因此方案中锅炉与汽机制造材料和原有方案基本一致，所以投资并没有明显变化，但是需要注意的是，温度升高会对过热器使用寿命、碱灰积聚等方面造成严重影响。从国际碱炉运行经验可以得知，运行过程中的蒸汽温度不能超过500℃，如果超出此温度范围，那么就会加快碱炉的腐蚀速度。国际碱炉蒸汽温度与压力标准一般控制在9.2MPA/480℃。

（二）通过汽机抽汽来提高给水温度，能够有效提高炉水平均吸热温度，减少传热温差，使给水在碱炉内的吸热量大大减少，在此基础上也让系统热负荷有所增加，进而提高系统热效率。但是需要重点注意的是：在选择最终给水温度时，需要挑选系统效率最大的最佳给水温度[5]。其次，是要挑选给水加热器的最佳组合形式，合理布置系统。最后挑选加热器结构和材质过程中，因为此方案不仅可以提高加热器和系统的投资，还可以增加碱炉内的省煤器面积，所以投资也会有明显增加。

（三）利用汽机抽汽可以进一步加热入炉热风，减少低温热风对锅炉燃烧造成的不利影响，提高锅炉内部温度与燃烧效率[6]。但是需要选择最佳热风温度和加热气。因为原有方案中已经存在蒸汽加热器，只是增加换热面积，因此投资方面并不会有明显增加。

（四）在蒸发过程中使用HERB型碱炉，可以有效提高碱炉主汽参数，并采用高效碱爐，此时蒸发级效和黑液浓度都会有明显提高，这虽然投资较大，但确是提升系统效率的最佳方案。另外，HERB型碱炉结构十分复杂，存在一定的技术风险。

结束语：

综上所述，作为化石燃料可替代能源，生物质燃料是一种节能效果良好的可再生能源，通过对比可以发现，生物质能热电联产代替传统燃煤供暖之后，不仅可以具有节能环保效果，同时还合理利用了各种废弃物，合理疏导了废弃物的去向。本文主要论述了浆厂通过技术改造将燃煤工业锅炉设计成生物质燃料锅炉的具体措施，这意味着不仅可以合理解决生产废料、废渣的解决问题，同时也在一定程度上减少了大气污染物的排放，使经济效益和环境效益双丰收，最终配合热电联产节能优化技术，为电力行业实现可持续发展奠定良好基础。

参考文献：

[1]唐杰毅.生物质锅炉一氧化碳排放超标原因及控制措施[J].节能与环保，2021（04）：39-40.

[2]刘凤磊，万显君.秸秆捆烧直燃生物质锅炉的设计[J].应用能源技术，2021（03）：33-35.

[3]王善武，徐懿敏，钱风华.生物质锅炉产品质量评价指标体系研究[J].工业锅炉，2021（01）：34-40.

[4]裴俊强.生物质燃料燃烧过程中结渣成因分析[J].区域供热，2021（01）：77-85.

[5]李人鉴.生物质气化燃烧技术在工业锅炉上的应用研究[J].质量技术监督研究，2020（06）：25-28.

[6]杜军堂，李云.燃煤锅炉改燃成型生物质燃料的案例分析[J].工业锅炉，2020（06）：49-52.