一、生物質鍋爐的發展
目前,能源和環境問題已成為關注的焦點,雖然石油、煤和 氣這些常規能源至今仍是燃料的主要來源,但是隨著化石能源的日益枯竭和環境問題的日趨嚴重,利用潔凈可 能源已經成了緊迫的課題。在此背景下,生物質能作為 可儲存和運輸的可 綠色能源,其 轉換和潔凈利用日益受到世界的重視。
生物質能源是利用綠色植物將太陽能通過光合作用儲存在植物體內的自然資源,它是太陽能的一種廉價儲存方式。利用生物質能的排放量不會超過其生長期間所吸收的碳量,能實現二氧化碳的零排放。從持續發展的戰略上看,發揮生物質能的能源潛力和環境潛力是 重要的。我國是一個農業大國,生物質能源豐富,是農村的主要能源,然而存在利用情況落后、污染大等問題。我國農村的秸稈是重要的生物質資源,秸稈燃燒值約為標準煤的55%。我國每年可生產農作物秸稈7億多,如全部用來燃燒,可折合約4億標準煤的熱值。生物質燃料的優勢為:生物質的熱值與我國一些地區的層燃爐用煤相當(約16500kJ/kg)。生物質主含揮發分,對秸稈和稻殼的熱重分析結果表明:揮發分含量高達70%~85%。這些特性決定了它不良好的代煤效果,也決定了生物良的著火燃燒性能。生物質燃料減排CO2和硫的效果顯,且具有飛灰少、排渣少、NOx排放低、降低重金屬污染物排放和灰渣可還田等優良的環保特性,可稱之為綠色能源。由于生物質原料廉,制造出的生物質成型燃料也比現在高漲的原煤及型煤具有較大的價格優勢,利于推廣使用。生物質能是可 能源,在能源日益短缺的 ,利用生物質能也具有重大的能源戰略意義。
上對生物質能利用的基本內容是以生物質代替礦物燃料,如壓縮固化、液化或氣化為高品位燃料供發電和動力使用。而在目前的各種代替方式中,液化成本還過高,技術也不成熟;菌解氣化的沼氣在我國農村(如四川、江蘇等地)已較為廣泛地應用,其利用水平居世界前列,但沼氣的大規模應用還存在解決不了的技術經濟問題;熱解氣化技術在我國一些地方(如山東、河南等地)也開展了很,并取得可喜的成績。以熱解氣化方式實現低質生物質原料的 次利用,其社會效益主要是使農民用上方便清潔的氣體燃料,生活方式發生較大進步,從而提高生活舒適文明程度,節省用于炊事的勞動量和時間,并使環境和庭院衛生有 。生物質氣化目前還存在投資大、技術不過關等問題,只用于小規模炊事用氣,還不能工業化。目前,在技術經濟上 為可行的生物質能利用技術為生物質能成型燃料技術,加之氣化燃燒。
20世紀30年代開始,許多發達 (如 、日本、芬蘭)都投入了大量人力和物力來生物質成型技術及木質成型燃料;80年代后,技術日趨成熟,形成了 規模;90年代,日本、 及歐洲一些 生物質木質顆粒燃料燃燒設備已經定型,并形成了產業化,在加熱、供暖、干燥等已推廣應用。我國的生物質燃料以農作物秸稈為主,因此的經驗不適合我國國情。
目前,制約我國生物質燃料成型燃料推廣應用的關鍵問題是還沒有與之相適應的燃燒設備。我國在生物質成型燃料燃燒方面的較少,關于生物質成型燃料燃燒設備的、設計及制造遠不能滿足日益增長的需求。生物質成型燃料具有它本身的燃燒及熱工特性,這與化石燃料又有很大的區別。一些單位盲目地將燃煤設備改造成生物質成型燃料燃燒設備,但改造后的設備不符合生物質成型燃料的特性要求,致使燃燒惡化、熱效率低下、傳熱差、換熱面結渣、換熱面經常堵塞以及污染大。根據生物質成型燃料的燃燒理論,實驗來的燃燒設備及換熱設備是非常重要和迫切的課題,這對于推廣生物質能的利用工作意義重大。
二、生物質鍋爐粉塵粉塵顆粒特性
大型鍋爐燃生物質生成的飛灰中粒徑小于10μm的可吸入粉塵(PM10)中占20%~30%,在粒徑小于2.5μm的細顆粒(PM2.5)中約占40%~60%。在細顆粒中又有一大部分為微細顆粒,包括亞微細粒和超微細粒兩種顆粒物。典型的 顆粒的大小為小于1μm,粒徑分布一般在0.1μm~0.5μm之間,并由于凝結隨著微細顆粒質量的增加而增加。煙氣中 顆粒的濃度取決于燃燒時顆粒的形成情況。一般軟木材為20~50mg/Nm3,硬木材為50~100mg/Nm3,樹皮、秸稈和廢木材均大于100mg/Nm3,我們可以清楚的看見顆粒物的形成對于不同生物質燃料是不同的。
不同的生物質燃料在不同的鍋爐中燃燒生成顆粒物的質量濃度一般在60~2100mg/Nm3之間變化。質量濃度 大的顆粒粒徑在層燃鍋爐中 大值為100~200nm,在秸稈燃燒鍋爐中為400nm。
在燃燒秸稈時,業微細顆粒的密度為107~2*107個/Ncm3,數量濃度 大的顆粒粒徑 大值為150~300nm。大型鍋爐一般是在一個合適的氧氣濃度下運行的,所以會有一個比較好的燃燒條件, 燃燒時排放的顆粒物是很少的,顆粒物中的成分是可以忽略的,燃燒造成的顆粒物均是來自于 燃燒。亞微粒主要由氯化鉀、硫酸鉀組成,而超微粒主要包括一些難熔物質:鈣、鎂、硅、磷和鋁。顆粒物的化學成分表明顆粒物來自于燃料的灰中,從顆粒物的質量濃度甚至可看出它和燃料中的灰密度有關:燃料中鉀、氯和硫濃度的增加導致煙氣中顆粒物質量濃度的增加。這些都表明燃料的組成對排放顆粒物的組成是非常重要的。
三、生物質鍋爐除塵器的選擇
近年來,除塵技術發展非常,但在電力系統應用 廣泛的是袋式除塵器和靜電除塵器兩種,下面對二者的技術經濟性進行以下比較:
1)靜電除塵器
靜電除塵器的使用在我國電力系統中應用較廣,從理論上來講,一般的干式靜電除塵器效率較高,是適應多種工況的 除塵設備,除塵效率可達99.0%以上,能捕集0.1μm以下的細粉塵。對于粗粉塵(粒徑90μm)的效率η≥99.8%;對于細粉塵(粒徑25μm)的效率η≥99.2%;對于細粉塵(粒徑2μm)的效率η≥。影響除塵效率的主要因素有煙塵比電阻。煙塵比電阻與煤中的含硫量有關,含硫量越低,則灰中的比電阻越高,使除塵效率降低。生物質燃料中硫含量很低,導致煙氣粉塵中的硫含量也非常低,從而導致灰的比電阻較高,影響電除塵器的除塵效率。
靜電除塵器壓力損失小,一般在300Pa以下,引風機的功率較小,但除塵器本體用電量較大,相對電耗較大,并且電除塵器的投資費用也很高。
2)袋式除塵器
布袋除塵器由于具有較高的除塵效率,20世紀80年代以后,在工業發達 鍋爐煙氣除塵的應用了發展。布袋除塵的原理是含塵氣體單向通過濾布,塵粒留在上游或濾布的含塵氣體側,而干凈氣體通過濾布到下游或干凈氣體側,接著,塵粒借助于氣力的或機械的方法得以除去。
濾布除塵能捕集小于1μm的微塵。塵粒主要通過篩濾、勾住、碰撞、擴散、重力沉降以及靜電吸附等效應被捕集和阻留在濾布的纖維上。這些效應能使足夠多的塵粒堆積在濾布纖維表面,形成濾餅(或稱濾床),這種濾餅又通過上述篩濾等機理,得以捕集 細的塵粒。對于2μm的微塵,其除塵達99.6%。此外,由于濾料上積附著一層煙塵,而大部分煙塵屬于堿性,因此布袋式除塵器具有 的脫硫作用,脫硫效率可達15%。
近年來,布袋除塵器技術和應用有了發展,積累了豐富經驗。特別是新型濾料的,清灰技術的完善,控制技術的發展,輔助設備的改進,都使布袋除塵器的故障降低、壽命延長、性能日趨完善。反吹風用的脈沖閥正常使用壽命已達100萬次,可用10年以上。
布袋除塵器的優點如下:
(1)除塵。一般可達以上, 高可達,不僅能目前達標,而且為今后排放標準逐步提高時留有余地。
(2)對細粉塵,有很好的收集效果,因此出口含塵質量濃度低于50mg/m3甚至達到5mg/m3。
(3)對粉塵的物理化學特性不敏感,可適用于各種粉塵。對煤灰來說,不受其比電阻及化學成分的影響。
(4)處理的煙氣量及含塵濃度在允許變化范圍內,而除塵效率保持穩定,對負荷變化較大的供暖鍋爐很有利。
(5)設備簡單、維修方便,不需要高技術工種。
綜上所述,針對生物質燃燒煙氣中粉塵的特(te)性,袋(dai)式除塵器 能滿足環(huan)保要求(qiu),選擇袋(dai)式除塵器是合適(shi)的。