目前全国有各类工业锅炉约50余万台，作为广泛应用于生产和生活不可或缺的热能动力设备，每年煤炭消耗量约占全国煤炭消耗量的1/3，由于工业锅炉量大面广，普遍存在着热效率低、环境污染严重的问题。如果将现有的燃煤锅炉改造为以生物质颗粒燃料为主，以煤燃烧为辅的混合燃烧技术是否可行呢？如果可行，那么如何改造才能达到最佳效果呢？
1、生物质和生物质能简介生物质主要包括农业废弃物（如植物的秸杆、枝叶）、包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等、水生植物、油科植物、动物粪便等。生物质是多种高分子有机化合物组成和复合体，主要含有纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、蛋白质、脂质等。生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部能量，目前广泛使用的固体煤等也是由生物质能转变而来的。
2、生物质的燃烧特性与燃烧设备之间的关系
生物质是一种具有挥发分高、炭活性高、N和S含量低、灰分低，可以大量减少NOx.SOx等有毒气体排放，生命周期内燃烧过程C02零排放，特别适合燃烧转化利用，是一种优质燃料。生物质的燃烧过程是燃料与空气间的传热、传质过程。是发生在炭表面和氧化剂之间的气固两相反应，属于静太渗透式扩散燃烧。其燃烧过程大致可分为挥发分析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段。
其燃烧过程的特点是：
(1)生物质水份含量较多，燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产生的烟气体积较大，排烟热损失较高。
(2)生物质颗粒燃料的密度小，结构比较松散，迎风面积大，容易被吹起，悬浮燃烧的比例较大。
(3)生物质发热量低，炉内温度场偏低，形成稳定的燃烧比较困难。
(4)由于生物质灰发分含量高，燃料着火温度较低，一般在250℃～350℃下挥发分就大量析出并开始剧烈燃烧，此时若空气供应量不足，将会增大燃料的不完全燃烧损失；
(5)挥发分燃尽后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃烧速度缓慢、燃尽困难，如不采用适当的必要措施，将会导致灰烬中残留较多的余炭，增大不完全燃烧损失。
因此，生物质燃烧设备的设计和选择应从生物质燃烧特性出发，才能保证生物质燃烧设备运行的稳定性和经济性。
3、煤的燃烧特性与炉膛特性尺寸之间的关系
固体燃料的化学成分大致分为可燃成分C、H、O、N、S和不可燃成分A、M，燃烧过程一般要经过加热干燥、逸出挥发分形成焦碳、挥发分着火燃烧、焦炭燃烧形成灰渣四个阶段。高Vdaf的燃料炉膛体积较大，炉膛高度较低；低Vdaf而含Car量较高的燃料，炉膛体积较小，炉膛温度较高。此外，水分与灰分含量也对炉膛的结构产生一定的影响。由于不同的煤种有不同着火烧尽特性。因此层燃锅炉炉膛的设计是在锅炉容量、蒸汽参数确定后，根据燃料的类别和性质确定燃烧设备、燃烧方式、炉膛容积以及与不同煤种相适应的炉拱结构尺寸。
4、生物质颗粒燃料与煤混合燃烧综合改造方法初探
4.1生物质颗粒燃料与煤的选配
从生物质颗粒燃料燃烧特性来看，由于其所含水份多，结构松散，燃烧时基本以悬浮燃烧为主，同时水分蒸发会增加烟气的体积，增加排烟热损失；而空气量过大或过小会增加不完全燃烧热损失。因此，应优先采用结构密度较松驰、易点燃的生物质成型颗粒燃料为宜。虽然生物质颗粒燃料的燃烧过程与煤的燃烧过程大致相近，但其热值较煤低，挥发分、燃尽率较煤高。因此，为使炉膛保持一定的温度水平和稳定性，可选择挥发分低而灰熔点较高的难燃煤种与之混合。这样可有效降低炉膛结渣。
4.2采取分层给煤技术与变频调速炉排相配合
分层给煤装置是将现有的煤斗进行改造，着先增加煤斗体积，然后在煤斗内加装有一个可调倾斜角度的分料板（当生物质颗粒燃料通过煤斗前半部加料口铺入炉排后，开启或调整分料板将煤铺在生物质颗粒燃料层上面，该套分料装置有优点是可根据锅炉燃料种类及燃烧工况及时调整两种燃料的进料量），将煤与生物质颗粒燃料分开送入分料斗内，使堆积密度较小的生物质颗粒燃料在底层，煤在上层（颗粒较小的煤粉落人生物质颗粒层的空隙，以封堵燃料层漏风）。由于生物质颗粒燃料挥分高，因此人炉后先析出挥发分着火强烈燃烧，形成底部加热层。上层的新煤进入炉膛后在前拱强烈辐射热和下部炽热火床加热下的双面引燃条件下，可较快着火燃烧。燃烧过程中，由于一次风的强烈扰动下及充分的氧气供应，可促使生物质颗粒燃料中的余炭充分与氧气接触燃烧，以利于燃尽。可根据燃料种类的变化调整行进速度。
4.3二次风的配置和一、二次风的配比率
对鼓、引风机增装变频调速装置，根据炉膛内烟气压力、炉膛出口过量空气量、炉膛温度等适时调整鼓、引风量。此时混合燃料在一次风的推动下，煤以及生物质颗粒燃料中的小颗粒呈悬浮燃烧状态。同时，煤中析出的可燃气体、生物质颗粒燃料析出未及时燃烧的可燃气体被在炉膛中部适当位置从不同的角度送入的二次风强烈的扰动下产生旋涡并迅速燃烧，此时一、二次风的配风比率可控制在1:0.30左右。适当调整二次风的风量和风压不仅可以延长了可燃气体和高温烟气在炉膛内的停留时间，还可促进悬浮颗粒物的充分燃烧，使飞灰及飞灰可燃物大大降低。
4.4生物质颗粒燃料与煤的混燃比例
由于生物质颗粒燃料含有一定量的水分，与煤混燃时会产生大量的烟气，如烟气量过大会使排烟热损失增加，造成炉膛正压燃烧，换热设备也很难适应。此外，由于在生物质中由于钠、钾等碱金属的存在，使生物质颗粒燃料的灰熔点低于煤碳约100～200℃，炉膛较易结渣。如结渣严重会污染辐射受热面，减小烟气流通截面积。因此，混燃比例应根据不同的燃料品种以及锅炉运行工况适当进行调整确定，一般应控制生物质颗粒燃料层厚度在100～150mm，煤层厚度在50～80mm。
5、结论
综上所述如层燃锅炉不加以适当的综合改造而直接燃用生物质颗粒燃料，必将会降低锅炉出力及热效率，甚至会引发安全事故，得不偿失。只有综合两种燃料的燃烧特性以适当的方式对现有燃烧设备进行有针对性的改造，才能取长补短达到预期效果。
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