生物质成型燃料锅炉研究现状

张孟 王静 王永兵

摘要：生物质原料作为生物质能的载体，其种类繁多，产量稳定且丰富，具有价格低、易获取、可再生等特点。但生物质原料高位热值低、能量密度低、阻水性弱等缺点，限制了生物质能进一步开发利用的步伐。改善生物质原料的燃料特性，对提升农林生物质利用资源化水平，具有重要现实意义。文章阐述了生物质成型燃料概述，分析了生物质成型燃料在使用方面的优势和缺点及生物质成型燃料锅炉研究。

关键词：生物质成型燃料；优却点

引言

我国是农业生产大国，秸秆资源丰富。但目前为止我国的秸秆资源利用率较低，甚至存在大量的露天焚烧现象，对环境造成了极大的影响，而且造成资源浪费。此外，我国农村人口约六亿，传统柴灶燃烧秸秆、薪柴、燃煤仍是农村地区最主要的炊事、采暖方式。农村地区用能量大，且传统用能方式热效率低，污染物排放高，造成的能源浪费和环境污染同样不容小视。生物质燃料利用可以有效缓解我国能源需求压力，调整我国能源消费结构，降低化石能源需求总量，形成生态碳循环闭环。数据显示，我国2018年生物质燃料产量达到310万吨当量油，年增长率44.4%。近两年，生物质能源虽然在我国能源发展结构调整中得到很大重视，但依旧未摆脱利用转化率较低的限制。

1.生物质成型燃料概述

生物质成型燃料燃料是将可燃质添加不同组分原料进行加工的产品，主要是由生物质经过烘干、粉碎、除尘、压缩加工形成的小颗粒，一般直径为6~12mm，长度为4~8cm。生物质燃料燃烧时无毒无烟无味，几乎可达到零污染排放。产品压缩后，形状规则，密度大，包装简单，运输方便。生物质成型燃料可广泛应用于工、商、农等领域的发电、供热、取暖、餐饮，对应用设备技术要求低，更适合多数用热产业的工艺特点。

2.生物质成型燃料的优缺点

2.1优点

第一，生物质燃料可自动投料，洁净卫生，减少劳动力方面的投入。同时，生物质燃料燃烧后的灰烬可进行回收，为企业创造利润，实现完整产业链。

第二，生物质燃料组分中不含硫磷元素，采暖炉中燃烧时不腐蚀锅炉，不会导致酸雨产生，保护大气及生生态环境。

2.2缺点

第一，原材料分散，密度小，收储难度偏大。

第二，单位土地面的有机物能量偏低，单位质量燃烧值偏小，是煤炭的一半。

3.生物质成型燃料锅炉研究

生物质致密化工艺参数优化围绕改善生物质成型燃料燃料的基本理化特性，主要指标包括：机械强度、颗粒密度、高位热值、能量密度、工业分析、元素分布等。机械强度是反映颗粒燃料物理结构稳定性的最宏观表现，能够体现出颗粒燃料抵抗外力作用的能力。较高的机械强度有益于燃料长期储存、长途运输和燃料装填。目前，检测燃料机械强度的方法主要有三种：抗压试验，跌落耐久度检测和旋转耐久度检测。三者从不同角度反映了颗粒燃料机械强度。抗压试验主要检测了燃料破碎的最大压力，而跌落耐久度试验和旋转耐久度试验分别针对单一颗粒和批式颗粒燃料。高位热值主要反映燃料燃烧所能放出的总热量，可以通过氧弹量热仪检测或是通过有机元素含量计算得出。在致密化领域，密度是一项重要的评价指标。其原因在于生物质致密化的首要目标就是通过提高生物质密度而降低燃料的储运成本。密度的种类较多，有颗粒密度、振实密度、真密度、体积密度和能量密度。粉末颗粒物的密度主要通过振实密度表现。将粉末颗粒物装填于固定容积的容器，震荡、压实后称重测量所得密度即为振实密度。真密度与体积密度主要差异存在于是否考虑样品的孔结构所占体积。针对成型燃料，主要应用颗粒密度的概念，即单个颗粒燃料质量与体积的比值。颗粒密度大小受燃料储存时间影响，回弹效应是产生这一影响的主要原因。有文献重点研究了燃料最初颗粒密度和回弹后颗粒密度的差异，以此评价燃料物理结构的稳定性，阻水性是反映颗粒燃料阻绝水蒸气渗透力的重要指标。阻水性能够影响颗粒燃料理化稳定性。在长期储存中，吸收过量水分能够导致颗粒燃料出现回弹效应，降低燃料物理稳定性，也能够促进菌落生长、繁殖，造成燃料生物分解。储存过程中，吸收过多水分对成型燃料高位热值具有负面影响，进而限制能量密度增长。水分同样会影响燃料燃烧。过量水分能够在燃烧脱水过程中吸收大量热，迫使脱水期延长，甚至达不到燃料点火温度。

燃料的工业分析是指燃料的灰分、挥发分以及固定碳含量，与燃烧特性之间存在紧密联系。有机元素主要检测了燃料中C，H，O，N，S的相对含量，有机元素是构成生物质燃料的主要元素，能够直接影响燃料高位热值和燃烧尾气组分分布等特性。生物质材料中还含有少量无机元素，一般包括：Al，Ca，Cl，Fe，K，Mg，Mn，Na，Si，Ti等。无机元素在生物质热解、燃烧等反应中能够充当催化剂，促进反应进程。燃烧后，富集无机元素的灰渣，可以用于催化剂制备，拓展其再利用途径。但是，燃料中过多的无机元素也会在燃烧锅炉内部形成大量结块，易腐蚀锅炉，不利于锅炉维护，减少锅炉寿命。

单一生物质成型燃料尽管能够有效弥补生物质能量密度低，储运成本高等缺陷。但是，其改善程度依旧受原料自身条件所限制。混合致密化是通过不同物料添加，综合调控和改善生物质成型燃料品质的一种方法。

4.生物质成型燃料市场分析

4.1燃烧技术成熟

目前，大中型生物质成型燃料采暖锅炉，经过多年的发展，在技术方面已经比较成熟。小型生物质成型燃料采暖炉近期技术发展很快，具有一定的市场。由实测数据可以看出，秸秆成型燃料替代传统燃料进行采暖，能够有效减少污染物的排放。

4.2产业快速发展

我国生物质成型燃料技术始于20世纪80年代中期，现今已经有了一定的工业化生产规模。2016年国家颁布的有关政策中要求，到2020年，生物质成型燃料年利用量达到3000万吨。2018年8月山东省政府下发了关于冬季清洁取暖规划的通知。之后，河北、内蒙古、黑龙江等省区也相继出台了有关支持政策，鼓励发展生物质采暖。

结语

随着国家清洁采暖政策的实行，不能集中供暖居民所使用的小煤炉、小型燃煤锅炉被取缔，多种新型采暖方式在农村市场得以推广。根据国家发展改革委等十部委发布的相关政策，到2021年清洁能源取暖面积将新增54.3亿㎡。按照国家的规划，到2021年将新增19亿㎡的生物质采暖面积，可以看出，未来生物质采暖有很大的市场前景，市场所需容量也十分大。目前采用燃气弊端较多，需要铺设燃气管路，所需投资力度大，而且建设耗费时间和人力，这些弊端会限制产品的推广使用。生物质燃料具有灰渣少、成本低、加工方便、无污染的优势，通过实际应用，可以看出生物质燃料在生物质取暖解决城镇供暖中起重要作用，可现在各级政府尚没有针对生物质燃料采暖的扶持政策，建议各级政府主管部门给予一定的政策支持，这样也能减少田间焚烧，有效地改善大气质量。

参考文献

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青年项目编号：2017D01B41