目前全國有各類工業(yè)鍋爐約50余萬臺，作為廣泛應用于生產(chǎn)和生活不可或缺的熱能動力設備，每年煤炭消耗量約占全國煤炭消耗量的1/3，由于工業(yè)鍋爐量大面廣，普遍存在著熱效率低、環(huán)境污染嚴重的問題。如果將現(xiàn)有的燃煤鍋爐改造為以生物質顆粒燃料為主，以煤燃燒為輔的混合燃燒技術是否可行呢？如果可行，那么如何改造才能達到最佳效果呢？
1、生物質和生物質能簡介生物質主要包括農(nóng)業(yè)廢棄物（如植物的秸桿、枝葉）、包括薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材、殘留的樹枝、樹葉和木屑等；木材采運和加工過程中的枝丫、鋸末、木屑、梢頭、板皮和截頭等；林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物，如果殼和果核等、水生植物、油科植物、動物糞便等。生物質是多種高分子有機化合物組成和復合體，主要含有纖維素、半纖維素、木質素、淀粉、蛋白質、脂質等。生物質能是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在生物質內(nèi)部能量，目前廣泛使用的固體煤等也是由生物質能轉變而來的。
2、生物質的燃燒特性與燃燒設備之間的關系
生物質是一種具有揮發(fā)分高、炭活性高、N和S含量低、灰分低，可以大量減少NOx.SOx等有毒氣體排放，生命周期內(nèi)燃燒過程C02零排放，特別適合燃燒轉化利用，是一種優(yōu)質燃料。生物質的燃燒過程是燃料與空氣間的傳熱、傳質過程。是發(fā)生在炭表面和氧化劑之間的氣固兩相反應，屬于靜太滲透式擴散燃燒。其燃燒過程大致可分為揮發(fā)分析出、燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個獨立階段。
其燃燒過程的特點是：
(1)生物質水份含量較多，燃燒需要較高的干燥溫度和較長的干燥時間，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高。
(2)生物質顆粒燃料的密度小，結構比較松散，迎風面積大，容易被吹起，懸浮燃燒的比例較大。
(3)生物質發(fā)熱量低，爐內(nèi)溫度場偏低，形成穩(wěn)定的燃燒比較困難。
(4)由于生物質灰發(fā)分含量高，燃料著火溫度較低，一般在250℃～350℃下?lián)]發(fā)分就大量析出并開始劇烈燃燒，此時若空氣供應量不足，將會增大燃料的不完全燃燒損失；
(5)揮發(fā)分燃盡后，受到灰燼包裹和空氣滲透困難的影響，焦炭顆粒燃燒速度緩慢、燃盡困難，如不采用適當?shù)谋匾胧瑢䦟е禄覡a中殘留較多的余炭，增大不完全燃燒損失。
因此，生物質燃燒設備的設計和選擇應從生物質燃燒特性出發(fā)，才能保證生物質燃燒設備運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。
3、煤的燃燒特性與爐膛特性尺寸之間的關系
固體燃料的化學成分大致分為可燃成分C、H、O、N、S和不可燃成分A、M，燃燒過程一般要經(jīng)過加熱干燥、逸出揮發(fā)分形成焦碳、揮發(fā)分著火燃燒、焦炭燃燒形成灰渣四個階段。高Vdaf的燃料爐膛體積較大，爐膛高度較低；低Vdaf而含Car量較高的燃料，爐膛體積較小，爐膛溫度較高。此外，水分與灰分含量也對爐膛的結構產(chǎn)生一定的影響。由于不同的煤種有不同著火燒盡特性。因此層燃鍋爐爐膛的設計是在鍋爐容量、蒸汽參數(shù)確定后，根據(jù)燃料的類別和性質確定燃燒設備、燃燒方式、爐膛容積以及與不同煤種相適應的爐拱結構尺寸。
4、生物質顆粒燃料與煤混合燃燒綜合改造方法初探
4.1生物質顆粒燃料與煤的選配
從生物質顆粒燃料燃燒特性來看，由于其所含水份多，結構松散，燃燒時基本以懸浮燃燒為主，同時水分蒸發(fā)會增加煙氣的體積，增加排煙熱損失；而空氣量過大或過小會增加不完全燃燒熱損失。因此，應優(yōu)先采用結構密度較松馳、易點燃的生物質成型顆粒燃料為宜。雖然生物質顆粒燃料的燃燒過程與煤的燃燒過程大致相近，但其熱值較煤低，揮發(fā)分、燃盡率較煤高。因此，為使爐膛保持一定的溫度水平和穩(wěn)定性，可選擇揮發(fā)分低而灰熔點較高的難燃煤種與之混合。這樣可有效降低爐膛結渣。
4.2采取分層給煤技術與變頻調(diào)速爐排相配合
分層給煤裝置是將現(xiàn)有的煤斗進行改造，著先增加煤斗體積，然后在煤斗內(nèi)加裝有一個可調(diào)傾斜角度的分料板（當生物質顆粒燃料通過煤斗前半部加料口鋪入爐排后，開啟或調(diào)整分料板將煤鋪在生物質顆粒燃料層上面，該套分料裝置有優(yōu)點是可根據(jù)鍋爐燃料種類及燃燒工況及時調(diào)整兩種燃料的進料量），將煤與生物質顆粒燃料分開送入分料斗內(nèi)，使堆積密度較小的生物質顆粒燃料在底層，煤在上層（顆粒較小的煤粉落人生物質顆粒層的空隙，以封堵燃料層漏風）。由于生物質顆粒燃料揮分高，因此人爐后先析出揮發(fā)分著火強烈燃燒，形成底部加熱層。上層的新煤進入爐膛后在前拱強烈輻射熱和下部熾熱火床加熱下的雙面引燃條件下，可較快著火燃燒。燃燒過程中，由于一次風的強烈擾動下及充分的氧氣供應，可促使生物質顆粒燃料中的余炭充分與氧氣接觸燃燒，以利于燃盡。可根據(jù)燃料種類的變化調(diào)整行進速度。
4.3二次風的配置和一、二次風的配比率
對鼓、引風機增裝變頻調(diào)速裝置，根據(jù)爐膛內(nèi)煙氣壓力、爐膛出口過量空氣量、爐膛溫度等適時調(diào)整鼓、引風量。此時混合燃料在一次風的推動下，煤以及生物質顆粒燃料中的小顆粒呈懸浮燃燒狀態(tài)。同時，煤中析出的可燃氣體、生物質顆粒燃料析出未及時燃燒的可燃氣體被在爐膛中部適當位置從不同的角度送入的二次風強烈的擾動下產(chǎn)生旋渦并迅速燃燒，此時一、二次風的配風比率可控制在1:0.30左右。適當調(diào)整二次風的風量和風壓不僅可以延長了可燃氣體和高溫煙氣在爐膛內(nèi)的停留時間，還可促進懸浮顆粒物的充分燃燒，使飛灰及飛灰可燃物大大降低。
4.4生物質顆粒燃料與煤的混燃比例
由于生物質顆粒燃料含有一定量的水分，與煤混燃時會產(chǎn)生大量的煙氣，如煙氣量過大會使排煙熱損失增加，造成爐膛正壓燃燒，換熱設備也很難適應。此外，由于在生物質中由于鈉、鉀等堿金屬的存在，使生物質顆粒燃料的灰熔點低于煤碳約100～200℃，爐膛較易結渣。如結渣嚴重會污染輻射受熱面，減小煙氣流通截面積。因此，混燃比例應根據(jù)不同的燃料品種以及鍋爐運行工況適當進行調(diào)整確定，一般應控制生物質顆粒燃料層厚度在100～150mm，煤層厚度在50～80mm。
5、結論
綜上所述如層燃鍋爐不加以適當?shù)木C合改造而直接燃用生物質顆粒燃料，必將會降低鍋爐出力及熱效率，甚至會引發(fā)安全事故，得不償失。只有綜合兩種燃料的燃燒特性以適當?shù)姆绞綄ΜF(xiàn)有燃燒設備進行有針對性的改造，才能取長補短達到預期效果。
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