详解生物质锅炉

生物质的定义：广义的生物质能包括一切由植物光合作用转化和固定下来的太阳能，生物质作为生物质能的载体有许多种定义，美国能源部（DOE）把生物质定义为：生物质是来源于植物和动物的有机物质。

生物质的种类：通常用作能量转化的生物质可以分为四大类：木材残余物（涵盖所有来源于木材和木材产品的物质，主要包括：燃料木材、木炭、废弃木材和森林的残余物）、农业废弃物（所有与种植业和庄稼处理过程有关的废弃物。例如：稻谷壳、秸秆和动物的粪便）、能源庄稼（专门用于能量生产的庄稼。如：甘蔗杆和木薯）和城市固体垃圾（MSW）。

生物质颗粒燃料特性：

根据瑞典的以及欧盟的生物质颗粒标准生物质颗粒应具有以下特性：

直径一般为6~8毫米，长度为其直径的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%；

热值：欧盟无明确要求，瑞典要求≥16.9 兆焦。

生物质的利用转化方式：

生物质的利用转化方式主要有三种：热化学法、生物化学法、提取法。

1.热化学法是指高温下将生物质转化为其它形式能量的转化技术，主要包括四种方式：

（1）直接燃烧（直接将生物质完全燃烧放出热量）；

（2）气化（在气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下对生物质进行部分氧化而转化成气体燃料的过程）；

（3）热解（在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下，单纯利用热使生物质中的有机物质等发生热分解从而脱除挥发性物质，常温下为液态或气态，并形成固态的半焦或焦炭的过程）；

（4)直接液化（在高温高压和催化剂作用下从生物质中提取液化石油等）。

2.生物化学法是指生物质在微生物的发酵作用下产生沼气、酒精等能源产品。

3.提取法是利用物理方法从生物质中提取生物油。

生物质锅炉是锅炉的一个种类就是以生物质能源做为燃料的锅炉叫生物质锅炉，分为生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质热风炉、生物质导热油炉等。

生物质热能锅炉大致可分为三类：

第一类，小型生物质热能锅炉：优点是体积小，结构简单，价格低，只能提供热水形式的热能。

第二类，大型生物质热能锅炉：技术不完善，现在只是停留在概念上。

第三类，中型生物质热能锅炉：优点是技术比较成熟，能量损耗小，不仅能够供热，也能够供蒸汽，所以也称生物质蒸汽锅炉。

生物质燃烧的基本过程：由于不同种类的生物质在化学组成成分和物理特性上有差别，所有它们的燃烧过程是有些不同。但是一般认为，生物质的燃烧通常可以分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。

生物质蒸汽锅炉的构成：

给料系统；燃烧系统；吹灰系统；烟风系统；自控系统。

给料系统：锅炉给料系统分为两条配料、给料线，每条配料线向三台给料机供料。

燃烧室及水冷壁：

一般情况下燃烧室断面呈矩形，燃烧室各面墙全部采用膜式水冷壁，由光管和扁钢焊制而成，底部为水冷振动炉排。

燃烧室壁面开有以下门孔：

（1）给料口；（2）二次风口；（3）燃烧器；

（4）观察孔；（5）炉排检查门；（6）墙式吹灰器孔；

（7）人孔；（8）测温、测压孔；（9）电视监控孔。

水冷壁不仅仅围成燃烧室，还围成了一条烟道；水冷壁分多个循环回路。

水冷炉排：

振动炉排作为炉膛底部，存放、振动和输送生物质燃料、焦炭和灰渣。通过炉排下三个独立的风室将一次风送到三个区，即加热/干燥、燃烧和燃尽区。在灰渣进入捞渣机前，冷却灰渣。同时，作为蒸发受热面的一部分，通过水(冷却水温250℃～350℃)来冷却炉排，水从炉排低端流入，从炉排高端流出。

水冷壁带有气封（密封空气）法兰和支持部件。膜式水冷壁与静止的进口联箱相连，通过柔性管与静止后一前水冷壁连接。柔性管能够承受振动引起的应力和应变，同时低端炉排（落渣口）处装有特殊的耐磨弯管。

振动装置设置为一个带有皮带传动的电动机、一根传动轴、和四根独立的炉排驱动杆。振动驱动装置由混凝土台支承。因电动机在其使用期限中有多次启动，为了保护电动机，振动驱动装置的启动采用逐渐加载的方式。

炉排的承压部件由炉排托架来支撑，托架直接与振动驱动装置连接。通过不锈钢的薄的重叠片形成气封，这些重叠片安装在静止和活动的部件之间。在相邻炉排块的结合处，安装有特殊的弹簧支撑密封件，为的是形成气封和料封，这样燃料、沙子、灰渣和焦炭等不会掉入风室中。在驱动杆处，四个钢波纹管补偿器和密封盒构成了密封，将热空气与外界隔离，这四个波纹管补偿器可以承受振动引起的应力和应变。在风室的四周，网式补偿器构成密封，网式补偿器可以承受一次风的高温。

汽水系统：

锅炉正常运行时，不但要保证蒸发受热面水循环可靠，而且还必须保证给水及省煤器不发生水击，过热蒸汽不发生偏流等，锅炉的汽水系统针对上述问题进行了合理设计，为了保证锅炉运行，锅炉汽水系统还布置了由排污、疏水、加药、取样等系统。

1.给水流程：

锅炉给水分高压给水和低压给水

（1）高压给水经给水调节阀后分为两路：

高压给水→省煤器→汽包；

高压给水→高压空气预热器→高压烟气冷却器→省煤器→汽包。

（2）低压给水

低压给水→除氧器→循环水泵→低压空气预热器→低压烟气预热器→除氧器。

2.蒸汽流程：

蒸汽由汽包→一级过热器→一级减温器→二级过热器→二级减温器→三级过热器→三级减温器→四级过热器→主蒸汽管→进入汽轮机。

注：烟气流程：

炉膛（含三级过热器）→第二烟气通道（含四级过热器）→第三烟气通道（含一、一二级过热器）→尾部对流受热面（包括省煤器和烟气冷却器）。

汽包：汽包放置在炉膛的上方，由两根下降管支撑，汽包两端各有一根下降管，由立柱支撑。立柱顶部带有球形滑动支座，允许下降管和立柱（静止的）之间的膨胀。为防止低温的给水与温度较高的汽包壁直接接触，在管子与汽包壁的连接处装有套管接头。给水进入汽包后，进入给水分配管，使给水沿汽包纵向均匀分布，这能够消除由于大量过冷水进入汽包而引发汽包的热变形，并沿着汽包长度方向获得一致的产汽量。汽包低低水位之下的水容积起到蓄水作用，可以保证发生紧急停炉时汽包不会蒸干。这个水容积的水量能够满足蒸发受热面的产汽量和停炉后的产汽，这可通过蒸干尾迹来显示。如果锅炉汽包水位低于低低水位，锅炉必须切断燃烧。汽包的最高水位和最低水位之间的容积必须能够容纳运行过程中发生的水容量波动，特别是蒸发受热面产汽引起的水容量波动。汽包正常水位在汽包中心线处，最高、最低安全水位距正常水位分别为上下各115和85mm。汽包出现高水位（超出给水调节的范围）时，紧急放水量由紧急放水阀来控制。

水冷壁系统：

水冷系统受热面由炉排水冷壁、侧水冷壁、前水冷壁、后一、后二、后三水冷壁、后三中间水冷壁及炉顶水冷壁组成。

过热器：

过热器分为四级，饱和蒸汽由汽包上的饱和蒸汽连接管引入饱和蒸汽汇集集箱，沿连接管进入一级过热器，一级过热器逆流顺列布置，从一级过热器出来后经过一级减温器减温后进入二级过热器，然后再经过二级减温器、三级过热器、三级减温器、四级过热器后进入主蒸汽管。

空气预热器：

空气预热器布置在烟气通道之外，为水加热空气的形式，分为高压空气预热器和低压空气预热器。高压空气预热器中的水冷却后进入高压烟气冷却器中加热，再并入给水管进入省煤器。低压空气预热器在低压循环管路上，由两台低压循环水泵从除氧器中给水。空气与水成逆流布置。

灰渣系统：灰渣掉入水中后，部分着火的灰渣被冷却和熄灭，同时在锅炉的排灰渣口和锅炉本体间建立空气密封，并将振动炉排、第二和三回程的灰渣输送到灰渣间，并散布到灰渣间的地面上。

生物质在振动炉排上的燃烧过程：

生物质的燃烧通常可以分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。生物质在振动炉排上的燃烧过程分为预热干燥区、燃烧区和燃尽区，这可以与振动炉排的高、中和低端相对应。根据各区的燃烧特点，各区需要的风量有差别，预热干燥区和燃尽区的风量少一些，燃烧区的风量要大一些。燃料颗粒在振动炉排锅炉中燃烧可以分为两种类型：颗粒大的在炉排上燃烧，颗粒特别小的燃料颗粒，在气力播撒的过程中，在炉排上部空间发生悬浮燃烧。

生物质在炉排上完全燃烧的条件：

炉内良好燃烧的标志就是在炉内不结渣的前提下，尽可能接近完全燃烧，同时保证较快的燃烧速度，得到最高的燃烧效率。

生物质锅炉存在的问题：

高温腐蚀：由于生物质燃料含有包含氯化物在内的多种盐，燃烧产生的烟气具有很强的腐蚀性。在三、四级过热器区域会对受热面管子产生高温腐蚀。

低温腐蚀：如果直接把空气预热器布置在尾部烟道内，出口处的管子壁温会达到烟气的酸露点温度，造成严重的低温腐蚀现象。

积灰：受热面积灰与烟气流速、露点温度、结构布置等因素有关。根据实践经验，生物质燃料燃烧产生的灰分熔点较低，具有很强有力粘附力，容易附着在受热面管子上。因此，在各受热面烟道处设有大量的吹灰器，保证了烟道的畅通及换热。

生物质锅炉相关政策：

经过中国环保部认定：

生物质燃料是否属于高污染燃料，生物质锅炉是否可以在市内使用？

依照的环保要求及执行标准，中国环保部有回复，原文如下：

一、采用农林废弃物（秸杆、稻壳、木屑、树枝等）为原料，通过专门设备在特定工艺条件下加工制成的棒状、块状或颗粒状等生物质成型燃料，可有效改善农林废弃物的燃烧性能，其硫、氮和灰份含量较低，在配套的专用燃烧设备上应用，可实现清洁、高效燃烧，产生的二氧化硫、氮氧化物和烟尘较少，不属于高污染燃料。

二、生物质成型燃料在城市中的推广应用要充分考虑当地环境空气质量控制要求和燃料供应的实际情况。在城市的燃气供应不能满足需求时，生物质成型燃料可作为一种替代燃料，并应以燃气的排放标准来要求；在大城市中心区的推广应用应当进行科学论证，并应提出更严格的大气污染物排放控制要求。

三、在推广应用工作中，应当加强对生物质成型燃料生产和使用的监督管理，制定生物质成型燃料及配套专用燃烧设备的地方标准和技术规范，规范其生产和使用；在应用过程中，注意监测是否有二恶英类物质产生；生产、销售生物质成型燃料和配套专用燃烧设备的单位应具备相应资质，产品须经质量、安全、环保、节能等相关管理部门的认证，符合相关技术规定和标准。”

生物质锅炉是未来行业的发展方向。低碳环保保护环境是我国的一项基本国策，走可持续发展的道路已成为我国经济和社会发展的基本战略。为进一步贯彻《中华人民共和国大气污染防治法》、《中华人民共和国节约能源法》、《锅炉压力容器安全监察暂行条例》， 并根据中国大气环境综合整治方案的要求，自然人锅炉厂家加强了大气污染防治及锅炉安全节能工作， 其生物质锅炉实现了低碳环保的要求。

2016年国家生物质锅炉排放标准通知：

1.环保部《关于划分高污染燃料的规定》的通知(环发[2001]37号)

2.国务院《节能减排十二五规划》(国发[2012]40号)

3.环保部《重点区域大气污染防治十二五规划》环发[2012]130号

4.GB13271-2014 锅炉大气污染物排放标准

属以下情形之一的项目不予支持：

1、项目单位经营状况和经济效益较差，改造资金难以落实；

2、项目单位已列入国家淘汰目录；

3、项目以扩大产能为主，或者属于节能产品（设备）制造、节能技术研发、管理节能等；

4、项目属于新能源开发利用（工业生产有机废弃物沼气利用除外）；

5、项目属于利用优质能源、劣质能源以及生物质能源替代燃煤或掺烧；

6、项目属于应与主体工程同步配套建设；

7、项目单位能源购入、输出和消耗台账不规范，能源统计报表、财务账表及各种原始凭证缺失，节能量无法测算（监测）；

8、项目改造属于利用外购或外供的余热、余能、余气等；

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