李永紅

（甘肅省特種設備檢驗檢測研究院,甘肅 蘭州 730050）

生物質成型燃料鍋爐供暖是低碳的分布式可再生能源供熱方式，在民用熱水、建筑采暖和工業(yè)熱力等領域中的應用規(guī)模不斷增大。近年來，國家發(fā)改委、財政部、農業(yè)農村部以及生態(tài)環(huán)境部等相繼推出了一系列政策，肯定了生物質的作用，并鼓勵和支持包括生物質成型燃料等生物質利用技術的能源產業(yè)化發(fā)展，我國部分城市在燃煤鍋爐改造過程中，由于天然氣等清潔能源的供應和成本問題，選擇使用了生物質成型燃料來代替煤炭，因此生物質成型燃料鍋爐的使用范圍和使用量不斷增加，且已初步形成了一定的規(guī)模。

2017 年4 月2 日，在生態(tài)環(huán)境部（原環(huán)保部）印發(fā)的《高污染燃料目錄》（國環(huán)規(guī)大氣〔2017〕2 號）中，對于生物質成型燃料，僅在第Ⅲ類最嚴格的管控要求下，對生物質成型燃料的燃用方式進行了規(guī)范，即“非專用鍋爐或未配置高效除塵設施的專用鍋爐燃用的生物質成型燃料進行管控”。明確在第Ⅲ類最嚴格的管控要求下，不是要禁止或限制使用成型燃料，相反，在規(guī)范的燃用方式下，是要鼓勵發(fā)展的，其目標就是要按照《生物質能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的要求，促進生物質成型燃料行業(yè)的健康有序發(fā)展。在國家層面上針對生物質固體成型燃料有了明確的鼓勵發(fā)展態(tài)度。行業(yè)標準NB/T 47062—2017 《生物質成型燃料鍋爐》[1]及NB/T 34024—2015《生物質成型燃料質量分級》[2]的發(fā)布，對生物質成型燃料及生物質成型燃料鍋爐設計進行了規(guī)范和完善，將有力促進生物質成型燃料及鍋爐的專業(yè)化、產業(yè)化發(fā)展，同時起到引導行業(yè)健康發(fā)展的作用。

1 燃煤鍋爐生物質燃料改造中存在的問題及解決方案

生物質成型燃料鍋爐主要的燃燒方式有流化床燃燒鍋爐和層燃鍋爐，層狀燃燒是最常見的燃燒方式，爐排形式主要有往復爐排、聯(lián)合爐排、水冷振動爐排及鏈條爐排等。采用層狀燃燒技術開發(fā)的生物質鍋爐，結構簡單、操作方便、投資及運行維護費用都相對較低。鏈條爐排是燃煤鍋爐生物質成型燃料改造的主要爐型。層燃鍋爐的爐內溫度可以達到1 000 ℃以上，由于生物質燃料的灰熔點較低，很容易結渣。同時，在燃燒過程中對鍋爐配風的要求比較高，實際運行中難以保證生物質燃料的充分燃燒，從而影響鍋爐的燃燒效率，正是由于生物質層燃鍋爐這幾個特點，導致在改造中存在著不少問題，影響著生物質成型燃料鍋爐的發(fā)展。

按照《質檢總局辦公廳關于承壓特種設備安全監(jiān)察工作有關問題意見的通知》（質檢辦特函〔2017〕1336 號），燃煤鏈條爐排鍋爐的生物質成型燃料改造，由于燃燒方式未發(fā)生改變，不列為改造范圍，且其改造過程不在監(jiān)督檢驗范圍內，導致其改造過程及質量處于自由發(fā)展階段，因此燃煤鍋爐生物質燃料改造過程及質量亟需規(guī)范。

1.1 改造方案粗放簡單

行業(yè)標準NB/T 47062—2017《生物質成型燃料鍋爐》于2017 年12 月27 日發(fā)布，2018 年6 月1 日實施，承擔改造方案的鍋爐廠家應該按照該標準的要求，制定詳細的改造方案，方案應涉及的系統(tǒng)主要包括：輸料系統(tǒng)，料倉播料滾定量給料的方式在負荷1 t/h 以上的成型燃料鍋爐中應用最廣泛，這種布料方式在沿鏈條爐排寬度方向的料層厚度較均勻，其他方式的布料裝置目前不如播料滾定量給料方式，由爐前料倉、給料機和下料管等組成的給料系統(tǒng)應能保證連續(xù)、均勻、可調控給料，同時具有封閉、防回火等特性；二次風系統(tǒng)，鍋爐采用的一次風、二次風風機應相互獨立，且可根據(jù)燃料特性、負荷變化情況調節(jié)送風量，保證風量和風壓滿足鍋爐穩(wěn)定運行的需要；此外還包括吹灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)（旋風加布袋的兩級除塵裝置等）和脫硫脫硝系統(tǒng)。方案一定要考慮整個鍋爐系統(tǒng)，不能只考慮輸料系統(tǒng)、二次風系統(tǒng)，忽視其他環(huán)節(jié)，而這正是目前改造中的薄弱環(huán)節(jié)。改造應保證鍋爐運行安全可靠且高效環(huán)保。

1.2 改造方案缺乏必需的技術支撐

改造方案編制前，應到現(xiàn)場了解改造鍋爐的詳細情況，并與業(yè)主多溝通，確定燃料類型。行業(yè)標準NB/ T 3 4024—2015 《生物質成型燃料質量分級》中，按原材料來源將生物質成型燃料分為林業(yè)生物質成型燃料、混合生物質成型燃料、農業(yè)生物質成型燃料，每類又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ小類，低位發(fā)熱量依次降低，代號為SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ，這是改造完成后變更產品型號的依據(jù)，生物質成型燃料分類如圖1所示。燃料類型確定后，必須進行熱力和煙風阻力的計算校核，為編制改造方案提供依據(jù)，同時作為竣工資料的必要組成部分。改造方案缺乏必需的技術支撐，可能導致改造方案效能下降，針對性不強。

圖1 生物質成型燃料分類

1.3 改造過程質量監(jiān)督的缺失

鍋爐改造是一個專業(yè)性很強的工作，燃煤鍋爐生物質成型燃料改造過程不在監(jiān)督檢驗范圍，改造過程中的質量監(jiān)督只能由建設單位自己負責，專業(yè)技術人員的缺失，使得建設單位對工程質量難以控制。目前比較好的解決辦法是邀請專家對改造方案進行評審，針對鍋爐實際情況，依據(jù)規(guī)范和標準制定合理驗收標準，改造完成后由第三方檢測機構進行詳細能效測試和污染物排放檢測，對改造質量進行評價。詳細能效測試也是TSG G0002—2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》 對鍋爐改造后能效指標考核的要求，污染物排放檢測合格是鍋爐投用的條件。

1.4 改造與使用脫節(jié)

生物質成型燃料鍋爐和普通的鏈條爐排燃煤鍋爐在原理、結構和使用上的確有很多相似處，但直接將燃煤鍋爐的使用管理套用在生物質成型燃料鍋爐管理上，這種認識是不全面的。生物質成型燃料的燃燒特點（與煤比較）為揮發(fā)分高、含氧量高、固定碳低、發(fā)熱量低、灰分低（除稻殼外）、含硫量低、含氮量與煤相近、堆積密度低、灰軟化溫度低、氯腐蝕傾向大。

生物質燃料揮發(fā)分含量高，一般收到基揮發(fā)分超過60%，爐膛空間燃燒的份額增加，足夠的二次風比率可以強化爐膛煙氣混合及促進揮發(fā)分的燃盡，提高鍋爐效率。同時，對于層燃鍋爐，恰當?shù)囊弧⒍物L比率是控制床層結渣的措施之一。不同制造廠家對一次風、二次風率控制有差別，也沒有明確的標準，二次風推薦值見表1。合理組織燃燒風量分配,保證不在爐內形成缺氧燃燒。因為還原性氣氛，容易使堿性氯化合物高濃度聚集，形成高溫氯腐蝕。在改造方案設計上合理配置二次風，二次風噴管的位置和數(shù)量應根據(jù)燃料特性和爐膛結構確定，二次風噴管風速應保證二次風的穿透性，確保爐膛內燃料的充分燃燒。

表1 生物質成型料鍋爐空氣二次風推薦值

爐前料倉應設計斷料觀察口和缺料報警功能，斷料感應點的設計應保證鍋爐在額定負荷下繼續(xù)運行不少于20 min。采用自動控制給料時，還應該增加料位報警功能。

生物質成型燃料鍋爐一般采用壓縮空氣脈沖吹灰、燃氣激波吹灰較多。生物質灰分中的組分導致其粘性大，對流受熱面積灰較嚴重，采用清灰措施后，從受熱面上清理下來的灰流動性較差，難以像煤灰那樣通過落灰管路排放出來，因此在改造過程中應重點考慮這一問題，清灰效果及清下來的灰排放同樣重要。

生物質成型燃料飛灰堆積密度很小，一般在0.18～0.5 t/m2。造成輸灰設備的容量增大。灰分含有焦油等物質，爐膛溫度降低到一定程度，就可能產生堵塞現(xiàn)象。生物質成型燃料鍋爐不能進行壓火操作，與之配套設備必須穩(wěn)定可靠，鍋爐停爐時不應用生物質燃料壓火。

層燃生物質鍋爐燃燒區(qū)間溫度變化劇烈，導致鍋爐出口初始氮氧化物排放濃度波動大。SCR 脫硝技術應用最廣泛，農業(yè)廢棄生物質燃料堿金屬含量高，主要是鉀元素含量高，容易出現(xiàn)常規(guī)催化劑中毒失活等問題，不利于生物質鍋爐NOx 穩(wěn)定可靠達到超低排放標準。有關資料研究表明，目前國外催化劑脫硝連續(xù)運行時間最長為三個月，因此，如果采用SCR 脫硝技術必須要解決好催化劑中毒失活的問題。

生物質燃料中S 元素的含量一般都比較低，但在廢氣排放中仍然可以監(jiān)測到有部分SO2氣體。但在生物質燃燒過程中，HCl 的排放則遠遠高于煤的燃燒，這主要歸咎于生物質燃料中的高氯含量。這些排放物進一步與生物質燃料中的鉀元素反應，就很容易形成氣溶膠，氣溶膠排放到大氣中會造成環(huán)境污染，而且也容易粘著在催化劑（SCR）表面，影響催化劑效能。從質量分數(shù)標準來看，生物質燃料中的N 含量要小于煤，但由于生物質燃料的低熱值，以發(fā)熱值為標準，生物質燃料的N 含量與煤同在一個數(shù)量級上。

針對生物質成型燃料的燃燒特點，改造方案完成后，應著手編寫規(guī)范詳盡的使用說明書，指導鍋爐正確運行操作。這是一份很重要的文件，建設單位在合同條款中應加進這部分內容，為最終技術資料的一部分。

2 應用前景

生物質能的特征是可再生、可儲存性和巨大的儲存量、碳平衡。生物質能就其能量當量而言，僅次于煤、石油、天然氣而位列第4。在世界能源消耗中,生物質能占總能耗的14%。我國每年生物質能資源理論上達50 億噸標準煤，是我國目前總能耗的4 倍以上，其中秸稈量每年約有7.26 億噸，相當于5億噸標準煤。生物質能是重要的可再生能源，具有可持續(xù)性、低污染等特點。生物質能源的開發(fā)利用既能改善中國能源供需結構，又符合保護環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求。根據(jù)《中國工業(yè)鍋爐行業(yè)年鑒》（2015），生物質成型燃料可替代燃煤進行供熱，生物質供熱市場空間達4000 億元，市場發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

3 結束語

目前生物質能源開發(fā)利用技術日趨成熟，生物質能源發(fā)展配套法規(guī)政策不斷完善，為我國生物質能源發(fā)展提供了動力和保障；燃煤鏈條爐排生物質成型燃料改造是生物質成型燃料鍋爐應用的一個重要方面，存在的問題要引起建設單位，改造相關方、管理部門重視，確保改造項目發(fā)揮應有的經濟效益和社會效益，維護行業(yè)健康發(fā)展，共同促進節(jié)能減排事業(yè)。