溫偉平

摘要：生物質(zhì)燃料的合理選擇、進料系統(tǒng)以及供風系統(tǒng)的合理設置能有效減少煙氣污染物的排放，保證生物質(zhì)的高效燃燒環(huán)保利用，從而促進生物質(zhì)鍋爐及燃燒器的實際運行。綜合考量各個控制參數(shù)在煙氣污染物排放中的影響，并經(jīng)過試驗研究確定最優(yōu)的燃燒工況參數(shù)，使煙氣污染物超低排放，能有效促進生物質(zhì)鍋爐及燃燒器的推廣應用。鑒于此，本文主要分析生物質(zhì)燃燒煙氣排放特性與污染物控制。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃燒；煙氣排放；污染物

中圖分類號：S216 文獻標識碼：A

1、概述

生物質(zhì)成型燃料具有儲存、運輸、使用方便及環(huán)保等特點，是備受市場用戶歡迎的固體燃料?，F(xiàn)階段，我國仍未形成國家統(tǒng)一的生物質(zhì)成型燃料配套鍋爐技術(shù)規(guī)范，生物質(zhì)成型燃料及其燃用設備的生產(chǎn)、使用、監(jiān)管過程沒有統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)，不少在用生物質(zhì)成型燃料燃燒設備由燃煤鍋爐改裝而來，部分用能單位為節(jié)約成本仍偷偷燃煤。然而，生物質(zhì)成型燃料和燃煤的物理化學特性存在明顯差異，導致燃燒設備在受熱面布置、配風配料、環(huán)保裝置配置等方面工況不合理或惡化，使得燃燒效率低，煙氣排放濃度高。

為促進生物質(zhì)能源開發(fā)利用，中央部委層面明確支持生物質(zhì)成型燃料替代燃煤、燃重油項目的建設，有效調(diào)動研發(fā)機構(gòu)、企業(yè)和用能終端用戶從事生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的積極性。然而，我國生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，產(chǎn)業(yè)鏈不健全，政策導向滯后，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，標準規(guī)范不完整，區(qū)域發(fā)展失衡，生物質(zhì)成型燃料推廣、應用受到制約。以上制約因素均源于當前對生物質(zhì)成型燃料燃燒和排放特性的了解不夠充分，導致各地環(huán)保、規(guī)劃等部門對生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)度不一致，甚至有不少地區(qū)未將生物質(zhì)成型燃料納入清潔利用燃料范疇，即從規(guī)劃上就排除其使用。因此，掌握生物質(zhì)成型燃料燃用過程的真實情況，提出合理、科學、規(guī)范使用生物質(zhì)成型燃料的對策建議，為企業(yè)、研究單位制定統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范與標準以及各級政府部門出臺相應發(fā)展政策和指導意見提供參考，對充分合理使用生物質(zhì)成型燃料，改善我國能源消費結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

2、生物質(zhì)燃料性質(zhì)對煙氣污染物排放的影響

2.1、不同種類生物質(zhì)燃料的影響

不同種類的生物質(zhì)燃料直接影響煙氣污染物的排放量。左朋萊等在生物質(zhì)成型燃料鍋爐中分別燃燒木屑、花生殼、棉花稈以及玉米稈，結(jié)果表明玉米稈成型燃料燃燒后的煙塵排放量最高，達到369.8mgNm3，花生殼成型燃料燃燒后的煙塵排放量最低，僅為99mgNm3。關(guān)于CO排放量，在空氣流速3Lmin、爐溫800℃燃燒情況下，竹基成型燃料燃燒排放的CO濃度遠大于木基成型燃料。玉米稈揮發(fā)分少，灰分含量多，結(jié)渣嚴重，導致局部混合氣體濃度較大，形成缺氧燃燒環(huán)境，而木質(zhì)顆粒松散不易結(jié)渣，故在相同的流速與進料速率下，玉米稈顆粒CO的排放量>棉稈顆粒CO的排放量>木質(zhì)顆粒CO的排放量。在流化床中以相同實驗條件燃燒桉樹和松樹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)松樹生成的CO含量更少。

2.2、生物質(zhì)燃料特性參數(shù)的影響

生物質(zhì)燃料的性能參數(shù)如密度、含水率、顆粒大小和熱值等都會對煙氣排放產(chǎn)生較大影響。成型燃料致密性高，表面揮發(fā)分首先析出，然后內(nèi)部揮發(fā)分緩慢釋放，形成穩(wěn)定的燃燒環(huán)境，所以一般使用壓縮成型的顆粒燃料燃燒比生物質(zhì)原料燃燒更加穩(wěn)定。當生物質(zhì)成型燃料尺寸增加時，燃料不充分燃燒現(xiàn)象更加明顯，

CO排放量上升。高熱值的燃料生成更多的NOx氣體，因為其燃燒生成更多的熱量從而升高燃燒溫度，同時增加了燃氣與空氣的混合時間。Vi-cente ED 等研究發(fā)現(xiàn)顆粒物的排放主要受燃料性質(zhì)和燃燒工況的影響，高含水率燃料、低過量空氣系數(shù)、燃燒器設計缺陷等都會造成顆粒物質(zhì)量濃度的增加。

3、生物質(zhì)煙氣污染物排放控制對策

3.1、制定并完善生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量標準

目前我國缺乏統(tǒng)一的生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量標準，雖然全國標準正在制定中，但現(xiàn)階段僅北京、廣東等個別省份制定了相關(guān)地方標準，而制定的地方標準中S、N、Cl等指標與瑞典、德國等國家相比較為寬松，且未對重金屬含量進行限值，而德國木質(zhì)成型燃料標準DIN51713中對于砷、鈣、鉻、銅、汞、鉛、鋅等元素含量都作了較為詳細的要求。因此為了減少生物質(zhì)燃燒污染物的排放，必須從源頭上加以把關(guān)，制定嚴格的生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量標準，嚴控生物質(zhì)燃料中S、Cl、N、重金屬等的含量，從源頭上減少污染物的排放。

3.2、推廣應用專門的生物質(zhì)鍋爐

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大部分工業(yè)企業(yè)使用的生物質(zhì)鍋爐都是在原有燃煤鍋爐基礎(chǔ)上改造而來，設備較為簡陋，燃燒不穩(wěn)定且燃燒溫度不高，幾乎未配備低氮燃燒器，使得燃燒排放的污染物種類多、濃度高。因此為了推廣生物質(zhì)燃料減少污染物的排放，必須配套使用專門的生物質(zhì)鍋爐，可從燃燒過程中減少污染物的排放。

3.3、制定生物質(zhì)鍋爐燃燒煙氣污染物排放標準

現(xiàn)階段，我國生物質(zhì)鍋爐燃燒煙氣污染物排放標準參照《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB 13271-2014）中燃煤鍋爐排放標準執(zhí)行。由于生物質(zhì)燃料和煤在物理化學組成、燃燒特性等方面存在明顯不同，燃燒產(chǎn)生的污染物種類、濃度也存在較大差異，如生物質(zhì)鍋爐燃燒SO2濃度低，但VOCs 等排放濃度高。因此，隨著我國生物質(zhì)燃料應用范圍的擴大、使用量的增加，有必要制定專門的生物質(zhì)鍋爐燃燒煙氣污染物排放標準，對各污染物排放濃度進行嚴格限值。

3.4、建設完備的煙氣污染控制設施

由現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)燃燒排放的煙氣污染物種類較多、濃度較高，尤其是NOx、VOCs的排放濃度較高，而單純依靠生物質(zhì)鍋爐燃燒過程控制無法達到排放標準要求，因此需要建設較為完備的煙氣污染控制設施，可參照現(xiàn)有工業(yè)燃煤鍋爐煙氣污染治理方法，采用“布袋除塵+SNCR脫硝+濕法除酸”的污染治理技術(shù)路線。但針對VOCs的去除國內(nèi)尚缺乏經(jīng)濟、高效的治理技術(shù)，仍需加強研究，而與濕法脫硫設施相結(jié)合的液體吸收法具有較好應用前景，可作為技術(shù)研究的一個方向。

3.4、高效潔凈燃用技術(shù)路線

隨著國家環(huán)保政策日益趨嚴和社會對環(huán)境關(guān)注度的持續(xù)提高，我國以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)將于“十三五”迎來重大改變，生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)也將形成空前絕后的發(fā)展規(guī)模。然而，生物質(zhì)成型燃料高效潔凈燃用與燃料性質(zhì)、燃用設備、燃燒方式、污染物控制技術(shù)及其要求等都有一定的關(guān)系，完全照搬工業(yè)燃煤鍋爐或國外技術(shù)不一定適合我國國情。規(guī)模化的生物質(zhì)成型燃料燃用及其產(chǎn)業(yè)化需考慮各地資源分布、發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境、燃用設備技術(shù)規(guī)范及排放標準等問題。本節(jié)根據(jù)生物質(zhì)成型燃用存在問題，沿著“市場需求→產(chǎn)業(yè)目標→技術(shù)壁壘→研發(fā)需求”路線，初步繪制相應的技術(shù)路線圖，定性描述生物質(zhì)成型燃料高效潔凈燃用的中長期技術(shù)發(fā)展進程，目的是為企業(yè)提供近期、中期和長期的技術(shù)引導和支持，為政府提供決策依據(jù)。

總之，針對生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)化應用中涉及的高效潔凈燃燒問題，以木基和竹基成型燃料為研究對象，通過熱重實驗和管式爐燃燒實驗分別研究其熱解燃燒特性及煙氣排放規(guī)律，針對生物質(zhì)鍋爐煙氣污染物的排放，需要采用源頭控制、過程控制和末端控制等綜合措施進行有效防治。因此，本文的研究業(yè)也就顯得十分的有意義。

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