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詳解生物質(zhì)鍋爐

生物質(zhì)的定義：廣義的生物質(zhì)能包括一切由植物光合作用轉(zhuǎn)化和固定下來的太陽能，生物質(zhì)作為生物質(zhì)能的載體有許多種定義，美國能源部（DOE）把生物質(zhì)定義為：生物質(zhì)是來源于植物和動物的有機物質(zhì)。

生物質(zhì)的種類：通常用作能量轉(zhuǎn)化的生物質(zhì)可以分為四大類：木材殘余物（涵蓋所有來源于木材和木材產(chǎn)品的物質(zhì)，主要包括：燃料木材、木炭、廢棄木材和森林的殘余物）、農(nóng)業(yè)廢棄物（所有與種植業(yè)和莊稼處理過程有關(guān)的廢棄物。例如：稻谷殼、秸稈和動物的糞便）、能源莊稼（專門用于能量生產(chǎn)的莊稼。如：甘蔗桿和木薯）和城市固體垃圾（MSW）。

生物質(zhì)顆粒燃料特性：

根據(jù)瑞典的以及歐盟的生物質(zhì)顆粒標準生物質(zhì)顆粒應具有以下特性：

直徑一般為6~8毫米，長度為其直徑的4~5倍；

破碎率≤1.5%~2.0%；

干基含水量≤10%~15%；

灰分含量≤1.5%；

硫含量和氯含量均≤0.07%，氮含量≤ 0.5%；

熱值：歐盟無明確要求，瑞典要求≥16.9 兆焦。

生物質(zhì)的利用轉(zhuǎn)化方式：

生物質(zhì)的利用轉(zhuǎn)化方式主要有三種：熱化學法、生物化學法、提取法。

1.熱化學法是指高溫下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其它形式能量的轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要包括四種方式：

（1）直接燃燒（直接將生物質(zhì)完全燃燒放出熱量）；

（2）氣化（在氣體介質(zhì)氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下對生物質(zhì)進行部分氧化而轉(zhuǎn)化成氣體燃料的過程）；

（3）熱解（在沒有氣體介質(zhì)氧氣、空氣或蒸汽參與的情況下，單純利用熱使生物質(zhì)中的有機物質(zhì)等發(fā)生熱分解從而脫除揮發(fā)性物質(zhì)，常溫下為液態(tài)或氣態(tài)，并形成固態(tài)的半焦或焦炭的過程）；

（4)直接液化（在高溫高壓和催化劑作用下從生物質(zhì)中提取液化石油等）。

2.生物化學法是指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下產(chǎn)生沼氣、酒精等能源產(chǎn)品。

3.提取法是利用物理方法從生物質(zhì)中提取生物油。

生物質(zhì)鍋爐是鍋爐的一個種類就是以生物質(zhì)能源做為燃料的鍋爐叫生物質(zhì)鍋爐，分為生物質(zhì)蒸汽鍋爐、生物質(zhì)熱水鍋爐、生物質(zhì)熱風爐、生物質(zhì)導熱油爐等。

生物質(zhì)熱能鍋爐大致可分為三類：

第一類，小型生物質(zhì)熱能鍋爐：優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，價格低，只能提供熱水形式的熱能。

第二類，大型生物質(zhì)熱能鍋爐：技術(shù)不完善，現(xiàn)在只是停留在概念上。

第三類，中型生物質(zhì)熱能鍋爐：優(yōu)點是技術(shù)比較成熟，能量損耗小，不僅能夠供熱，也能夠供蒸汽，所以也稱生物質(zhì)蒸汽鍋爐。

生物質(zhì)燃燒的基本過程：由于不同種類的生物質(zhì)在化學組成成分和物理特性上有差別，所有它們的燃燒過程是有些不同。但是一般認為，生物質(zhì)的燃燒通常可以分為三個階段，即預熱起燃階段、揮發(fā)分燃燒階段、炭燃燒階段。

生物質(zhì)蒸汽鍋爐的構(gòu)成：

給料系統(tǒng)；燃燒系統(tǒng)；吹灰系統(tǒng)；煙風系統(tǒng)；自控系統(tǒng)。

給料系統(tǒng)：鍋爐給料系統(tǒng)分為兩條配料、給料線，每條配料線向三臺給料機供料。

燃燒室及水冷壁：

一般情況下燃燒室斷面呈矩形，燃燒室各面墻全部采用膜式水冷壁，由光管和扁鋼焊制而成，底部為水冷振動爐排。

燃燒室壁面開有以下門孔：

（1）給料口；（2）二次風口；（3）燃燒器；

（4）觀察孔；（5）爐排檢查門；（6）墻式吹灰器孔；

（7）人孔；（8）測溫、測壓孔；（9）電視監(jiān)控孔。

水冷壁不僅僅圍成燃燒室，還圍成了一條煙道；水冷壁分多個循環(huán)回路。

水冷爐排：

振動爐排作為爐膛底部，存放、振動和輸送生物質(zhì)燃料、焦炭和灰渣。通過爐排下三個獨立的風室將一次風送到三個區(qū)，即加熱/干燥、燃燒和燃盡區(qū)。在灰渣進入撈渣機前，冷卻灰渣。同時，作為蒸發(fā)受熱面的一部分，通過水(冷卻水溫250℃～350℃)來冷卻爐排，水從爐排低端流入，從爐排高端流出。

水冷壁帶有氣封（密封空氣）法蘭和支持部件。膜式水冷壁與靜止的進口聯(lián)箱相連，通過柔性管與靜止后一前水冷壁連接。柔性管能夠承受振動引起的應力和應變，同時低端爐排（落渣口）處裝有特殊的耐磨彎管。

振動裝置設(shè)置為一個帶有皮帶傳動的電動機、一根傳動軸、和四根獨立的爐排驅(qū)動桿。振動驅(qū)動裝置由混凝土臺支承。因電動機在其使用期限中有多次啟動，為了保護電動機，振動驅(qū)動裝置的啟動采用逐漸加載的方式。

爐排的承壓部件由爐排托架來支撐，托架直接與振動驅(qū)動裝置連接。通過不銹鋼的薄的重疊片形成氣封，這些重疊片安裝在靜止和活動的部件之間。在相鄰爐排塊的結(jié)合處，安裝有特殊的彈簧支撐密封件，為的是形成氣封和料封，這樣燃料、沙子、灰渣和焦炭等不會掉入風室中。在驅(qū)動桿處，四個鋼波紋管補償器和密封盒構(gòu)成了密封，將熱空氣與外界隔離，這四個波紋管補償器可以承受振動引起的應力和應變。在風室的四周，網(wǎng)式補償器構(gòu)成密封，網(wǎng)式補償器可以承受一次風的高溫。

汽水系統(tǒng)：

鍋爐正常運行時，不但要保證蒸發(fā)受熱面水循環(huán)可靠，而且還必須保證給水及省煤器不發(fā)生水擊，過熱蒸汽不發(fā)生偏流等，鍋爐的汽水系統(tǒng)針對上述問題進行了合理設(shè)計，為了保證鍋爐運行，鍋爐汽水系統(tǒng)還布置了由排污、疏水、加藥、取樣等系統(tǒng)。

1.給水流程：

鍋爐給水分高壓給水和低壓給水

（1）高壓給水經(jīng)給水調(diào)節(jié)閥后分為兩路：

高壓給水→省煤器→汽包；

高壓給水→高壓空氣預熱器→高壓煙氣冷卻器→省煤器→汽包。

（2）低壓給水

低壓給水→除氧器→循環(huán)水泵→低壓空氣預熱器→低壓煙氣預熱器→除氧器。

2.蒸汽流程：

蒸汽由汽包→一級過熱器→一級減溫器→二級過熱器→二級減溫器→三級過熱器→三級減溫器→四級過熱器→主蒸汽管→進入汽輪機。

注：煙氣流程：

爐膛（含三級過熱器）→第二煙氣通道（含四級過熱器）→第三煙氣通道（含一、一二級過熱器）→尾部對流受熱面（包括省煤器和煙氣冷卻器）。

汽包：汽包放置在爐膛的上方，由兩根下降管支撐，汽包兩端各有一根下降管，由立柱支撐。立柱頂部帶有球形滑動支座，允許下降管和立柱（靜止的）之間的膨脹。為防止低溫的給水與溫度較高的汽包壁直接接觸，在管子與汽包壁的連接處裝有套管接頭。給水進入汽包后，進入給水分配管，使給水沿汽包縱向均勻分布，這能夠消除由于大量過冷水進入汽包而引發(fā)汽包的熱變形，并沿著汽包長度方向獲得一致的產(chǎn)汽量。汽包低低水位之下的水容積起到蓄水作用，可以保證發(fā)生緊急停爐時汽包不會蒸干。這個水容積的水量能夠滿足蒸發(fā)受熱面的產(chǎn)汽量和停爐后的產(chǎn)汽，這可通過蒸干尾跡來顯示。如果鍋爐汽包水位低于低低水位，鍋爐必須切斷燃燒。汽包的最高水位和最低水位之間的容積必須能夠容納運行過程中發(fā)生的水容量波動，特別是蒸發(fā)受熱面產(chǎn)汽引起的水容量波動。汽包正常水位在汽包中心線處，最高、最低安全水位距正常水位分別為上下各115和85mm。汽包出現(xiàn)高水位（超出給水調(diào)節(jié)的范圍）時，緊急放水量由緊急放水閥來控制。

水冷壁系統(tǒng)：

水冷系統(tǒng)受熱面由爐排水冷壁、側(cè)水冷壁、前水冷壁、后一、后二、后三水冷壁、后三中間水冷壁及爐頂水冷壁組成。

過熱器：

過熱器分為四級，飽和蒸汽由汽包上的飽和蒸汽連接管引入飽和蒸汽匯集集箱，沿連接管進入一級過熱器，一級過熱器逆流順列布置，從一級過熱器出來后經(jīng)過一級減溫器減溫后進入二級過熱器，然后再經(jīng)過二級減溫器、三級過熱器、三級減溫器、四級過熱器后進入主蒸汽管。

空氣預熱器：

空氣預熱器布置在煙氣通道之外，為水加熱空氣的形式，分為高壓空氣預熱器和低壓空氣預熱器。高壓空氣預熱器中的水冷卻后進入高壓煙氣冷卻器中加熱，再并入給水管進入省煤器。低壓空氣預熱器在低壓循環(huán)管路上，由兩臺低壓循環(huán)水泵從除氧器中給水?？諝馀c水成逆流布置。

灰渣系統(tǒng)：灰渣掉入水中后，部分著火的灰渣被冷卻和熄滅，同時在鍋爐的排灰渣口和鍋爐本體間建立空氣密封，并將振動爐排、第二和三回程的灰渣輸送到灰渣間，并散布到灰渣間的地面上。

生物質(zhì)在振動爐排上的燃燒過程：

生物質(zhì)的燃燒通?？梢苑譃槿齻€階段，即預熱起燃階段、揮發(fā)分燃燒階段、炭燃燒階段。生物質(zhì)在振動爐排上的燃燒過程分為預熱干燥區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，這可以與振動爐排的高、中和低端相對應。根據(jù)各區(qū)的燃燒特點，各區(qū)需要的風量有差別，預熱干燥區(qū)和燃盡區(qū)的風量少一些，燃燒區(qū)的風量要大一些。燃料顆粒在振動爐排鍋爐中燃燒可以分為兩種類型：顆粒大的在爐排上燃燒，顆粒特別小的燃料顆粒，在氣力播撒的過程中，在爐排上部空間發(fā)生懸浮燃燒。

生物質(zhì)在爐排上完全燃燒的條件：

爐內(nèi)良好燃燒的標志就是在爐內(nèi)不結(jié)渣的前提下，盡可能接近完全燃燒，同時保證較快的燃燒速度，得到最高的燃燒效率。

生物質(zhì)鍋爐存在的問題：

高溫腐蝕：由于生物質(zhì)燃料含有包含氯化物在內(nèi)的多種鹽，燃燒產(chǎn)生的煙氣具有很強的腐蝕性。在三、四級過熱器區(qū)域會對受熱面管子產(chǎn)生高溫腐蝕。

低溫腐蝕：如果直接把空氣預熱器布置在尾部煙道內(nèi)，出口處的管子壁溫會達到煙氣的酸露點溫度，造成嚴重的低溫腐蝕現(xiàn)象。

積灰：受熱面積灰與煙氣流速、露點溫度、結(jié)構(gòu)布置等因素有關(guān)。根據(jù)實踐經(jīng)驗，生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的灰分熔點較低，具有很強有力粘附力，容易附著在受熱面管子上。因此，在各受熱面煙道處設(shè)有大量的吹灰器，保證了煙道的暢通及換熱。

生物質(zhì)鍋爐相關(guān)政策：

經(jīng)過中國環(huán)保部認定：

生物質(zhì)燃料是否屬于高污染燃料，生物質(zhì)鍋爐是否可以在市內(nèi)使用？

依照的環(huán)保要求及執(zhí)行標準，中國環(huán)保部有回復，原文如下：

一、采用農(nóng)林廢棄物（秸桿、稻殼、木屑、樹枝等）為原料，通過專門設(shè)備在特定工藝條件下加工制成的棒狀、塊狀或顆粒狀等生物質(zhì)成型燃料，可有效改善農(nóng)林廢棄物的燃燒性能，其硫、氮和灰份含量較低，在配套的專用燃燒設(shè)備上應用，可實現(xiàn)清潔、高效燃燒，產(chǎn)生的二氧化硫、氮氧化物和煙塵較少，不屬于高污染燃料。

二、生物質(zhì)成型燃料在城市中的推廣應用要充分考慮當?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量控制要求和燃料供應的實際情況。在城市的燃氣供應不能滿足需求時，生物質(zhì)成型燃料可作為一種替代燃料，并應以燃氣的排放標準來要求；在大城市中心區(qū)的推廣應用應當進行科學論證，并應提出更嚴格的大氣污染物排放控制要求。

三、在推廣應用工作中，應當加強對生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)和使用的監(jiān)督管理，制定生物質(zhì)成型燃料及配套專用燃燒設(shè)備的地方標準和技術(shù)規(guī)范，規(guī)范其生產(chǎn)和使用；在應用過程中，注意監(jiān)測是否有二惡英類物質(zhì)產(chǎn)生；生產(chǎn)、銷售生物質(zhì)成型燃料和配套專用燃燒設(shè)備的單位應具備相應資質(zhì)，產(chǎn)品須經(jīng)質(zhì)量、安全、環(huán)保、節(jié)能等相關(guān)管理部門的認證，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定和標準?！?/p>

生物質(zhì)鍋爐是未來行業(yè)的發(fā)展方向。低碳環(huán)保保護環(huán)境是我國的一項基本國策，走可持續(xù)發(fā)展的道路已成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的基本戰(zhàn)略。為進一步貫徹《中華人民共和國大氣污染防治法》、《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》，并根據(jù)中國大氣環(huán)境綜合整治方案的要求，自然人鍋爐廠家加強了大氣污染防治及鍋爐安全節(jié)能工作，其生物質(zhì)鍋爐實現(xiàn)了低碳環(huán)保的要求。

2016年國家生物質(zhì)鍋爐排放標準通知：

1.環(huán)保部《關(guān)于劃分高污染燃料的規(guī)定》的通知(環(huán)發(fā)[2001]37號)

2.國務(wù)院《節(jié)能減排十二五規(guī)劃》(國發(fā)[2012]40號)

3.環(huán)保部《重點區(qū)域大氣污染防治十二五規(guī)劃》環(huán)發(fā)[2012]130號

4.GB13271-2014 鍋爐大氣污染物排放標準

屬以下情形之一的項目不予支持：

1、項目單位經(jīng)營狀況和經(jīng)濟效益較差，改造資金難以落實；

2、項目單位已列入國家淘汰目錄；

3、項目以擴大產(chǎn)能為主，或者屬于節(jié)能產(chǎn)品（設(shè)備）制造、節(jié)能技術(shù)研發(fā)、管理節(jié)能等；

4、項目屬于新能源開發(fā)利用（工業(yè)生產(chǎn)有機廢棄物沼氣利用除外）；

5、項目屬于利用優(yōu)質(zhì)能源、劣質(zhì)能源以及生物質(zhì)能源替代燃煤或摻燒；

6、項目屬于應與主體工程同步配套建設(shè)；