生物质燃料特性对生物质锅炉稳定运行的影响研究

王振宇

摘要：生物质能源为人类的发展提供了将近10%的能源，对于发展中国家来说，生物质是比较理想的能源类型。生物质燃料种类繁多、特性各异，给生物质发电厂锅炉的稳定运行带来了巨大的挑战。结合50MW生物质电厂的运行经验，研究生物质燃料特性对工业规模生物质锅炉稳定运行的影响。生物质发电厂可通过提高燃料品质和采用合理的配烧办法，使生物质锅炉保持在较为稳定的工况下运行，并创造可观的经济效益，实现安全和效益的双赢。

关键词：生物质燃料;生物质锅炉;稳定运行

引言

随着国家环保条例的不断完善，社会对环境污染治理的重视，燃煤锅炉越来越不能适应环保的要求，许多地方已明确禁止新上燃煤锅炉项目，已装的燃煤锅炉逐步关停或煤改气。燃气锅炉在环保方面虽有明显优势，但由于有些地方燃气短缺和管道建设不完全，锅炉设计和运行安全要求高，吨蒸汽燃料成本远高于燃煤锅炉，所以影响燃气锅炉的推广。在此背景下，燃烧特性和燃煤相近，既满足环保排放要求，运行燃料成本又低的生物质锅炉迎来发展机遇，应用日益广泛，成为我公司在泰国建厂的首选锅炉。

1生物质炭概念及理化特性

生物质炭（bio-char）是由植物（秸秆、垃圾、树木、粪肥等）等生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质，是生物质在无氧或限氧状态高温（240～700℃）裂解下分离可燃气体后剩余的含碳丰富的固态产品。生物质炭的元素组成主要有碳（66.6%～87.9%）、氢（1.2%～2.9%）、氧（10.6%～26.6%），此外还有钾、钙、钠、镁、硅等。生物质炭有着较大的比表面积以及较多的酸性和碱性官能团，可以改善土壤的物理性质（孔隙状况）和化学性质（离子代换量、保肥性、缓冲性等）。

2生物质锅炉稳定运行的关键因素

生物质燃料因品种繁多和特性各异，在生产中对生物质锅炉稳定运行影响很大。生物质燃料构成多变，且燃料颗粒度从4cm至30cm不等，极端情况下甚至有50cm长的燃料进入炉内，这就决定了生物质锅炉难以保持稳定运行。然而，尽管燃料复杂多变，要实现生物质锅炉稳定运行，在燃料环节需要把控的只有两点：控制燃料水分和保持下料顺畅。

2.1保持下料顺畅

生物质锅炉的给料系统采用螺旋式给料机，因燃料的颗粒度差别较大且燃料中含有杂质，要实现燃料顺畅进入锅炉并不容易。如果能保持燃料的颗粒度在10cm以内，且燃料的流动性较好，实现顺畅给料不成问题。但在实际生产中，因为燃料是由颗粒度4～30cm的不同生物质燃料混合而成，所以经常出现燃料流动性变差和给料机故障等问题，不仅给运行调整带来了困难，而且很大程度上破坏了生物质锅炉的稳态。出现此问题时，运行调整需要更换燃料，尽快处理给料机异常，调整燃烧参数。比起处理办法，更重要的是如何防范问题发生。生物质锅炉可从以下几方面防范下料不畅的问题：

（1）控制燃料的颗粒度。燃料颗粒度越大，其流动性越差，越难顺畅下料。在燃料进厂环节，通过质检控制生物质燃料的颗粒度，保证进厂燃料颗粒度在合格范围内。在上配料环节，需要合理使用破碎机和成品给料机。对于颗粒度大的燃料，必须使用破碎机进行破碎。同时，要关注破碎机的设备状况，及时修复磨损的破碎机刀轴，以免破碎效果差导致下料不畅的问题。

（2）控制燃料的杂质。生物质燃料一般在山地、田地、木材加工场等易携带杂质的场所进行收集，这决定了生物质燃料含有较多的杂质。虽然供应商会在收集燃料时清除杂质，但因为燃料需求量大，往往难以清除全部杂质。在燃料进厂环节，通过质检控制燃料杂质，防止杂质多的燃料入厂。在厂内环节，通过人工清除杂质和上配料时避开大块杂质的办法，减少入炉的杂质。此外，在上料皮带处增设除铁器，及时清除燃料内的铁块和铁钉等金属杂质，也能有效减少随燃料进入炉内的杂质。

2.2控制燃料水分

不同的生物质燃料水分和热值区别较大，且生物质锅炉一般都是小容量锅炉，其稳定性较差，所以当不同的生物质燃料进入炉内时，锅炉的工况马上会发生变化。当燃用热值高、水分低的燃料时，锅炉将快速升温升压，容易使汽轮机和发电机的出力达到最大限值，生产中可以采取运行调整措施避免此情况，如调节二次风量和下料量，进而降低机组出力。当燃用热值低、水分高的燃料时，除机组出力显著下降，还会引起一系列的问题。此类燃料将打破锅炉稳态，并快速消耗锅炉内的氧气，锅炉床温快速下降，燃烧工况变差，还会导致机组的环保参数异常。此时如运行人员干预调整，锅炉将在缺氧和富氧之间波动，导致氮氧化物和二氧化硫快速上升，存在环保参数超限的风险。针对此情况，除调整风量和下料量，还需要马上降低入炉燃料的水分，增加高热值、低水分且流动性好的燃料，使锅炉重新恢复稳态。

3生物质锅炉的改善

3.1存在的问题

（1）各种生物质材料的收集难度较大，生物质锅炉的使用过程可能中断。众所周知，农作物的生长过程是具有季节性的，在冬季时成熟的农作物较少，因此可收集的生物质的量也相对较少。另外，就目前情况来说，我国相关人员总是利用人工或者小型的机械进行生物质的收集，收集效率较低。同时，没有专业的运输工具，导致生物质的运输过程效率较低，不能满足我国生物质锅炉长期、规模化使用的需求。

（2）我国生物质锅炉使用的技术水平还有待于进一步提高。由于我国经济转型的时间较短，各种生物质利用技术还处于初期阶段，循环流化床气化技术等都没有发展成熟，生物降解催化酶等核心技术还没有被完全掌握，这导致我国的很多生物质资源不能得到更为充分的利用。

（3）生物质能源的调查评价工作不到位。生物质锅炉的正常工作需要大量的生物质能源供给。而作为农业大国，我国的生物质资源十分丰富。但就生物质资源的数量、种类及分布等方面来说，我国相关工作人员所做的调查工作还不到位，导致生物质锅炉的分布过于集中，形成能源紧缺的状况。从某种程度上说，这些问题的存在限制了生物质锅炉在更大范围内的推广和使用。

3.2生物质锅炉的未来发展趋势

未来，随着我国经济的不断发展，能源资源的储量会进一步减少，充分使用生物质能源，大力推进生物质锅炉的使用是未来社会经济发展的必然趋势。这就要求相关工作人员做好以下几个方面的工作。

（1）保证生物质锅炉使用过程中充足的生物质能源供给。第一，要加快建设生物质能源基地，相关人员要从本地区的生态环境出发，合理选择农作物，并进行大量种植，这些农作物一定要属于能源作物。第二，完善生物质能源的收集和运输系统，保证生物质锅炉运行过程中的能源供给。

（2）加快研究，提高我国生物质锅炉的使用水平。为了进一步提高生物质锅炉的使用效率，相关工作人员必须做好技术及设备的研发工作;要建立生物质利用的新技术研发基地，加快科技研发;建立健全生物质利用技术和设备使用的检验认证体系，提高设备的利用效率等。

结语

生物质发电作为新能源和环保能源，为国家节能减排做出了巨大贡献，生物质电厂可以通过控制燃料质量和合理配烧燃料，实现生物质锅炉稳定运行和生物质发电盈利的双赢局面。

参考文献

[1]刘益锋，田琼，杨树洁，等.固体生物质燃料棕櫚壳基本特性研究.广东化工，2016，43（5）.

[2]武文璇，李寒松，李青，等，生物质锅炉的发展现状及农业中的应用.新能源网技术文献，2019-1-4.

[3]王亚静，毕于运，高春雨，等.中国秸秆资源可收集利用量及其适宜性评价[J].中国农业科学，2010，43（9）：1852-1859.