1、浅谈生物质及生物质锅炉的节能浅谈生物质及生物质锅炉的节能中山新迪能源与环境设备有限公司 一、概述一、概述 能源是人类发展和生存的基本动力资源，长期历史发展中人们主要依赖于“化石”能源（即煤、石油、天然气等）。由于人们长期使用开发“化石”能源，目前“化石能源时代正在走向终结”。有资料表明：50年后，世界石油和天然气资源将枯渴，90年后，煤炭资源也将枯渴。中国化石能源就更加紧张，按照现在经济发展速度和能源消耗计算，石油资源仅够用十几年，煤炭只能用四十多年。能源短缺正在一步步扼紧人类未来的咽喉，寻找再生的替代能源成为世界各国尤其是我国的当务之急。 2010年9月17日在北京首届 “超融低碳经济高峰论
2、坛”会上，全国人大副委员长成思危在分析了世界经济与能源发展、节能减排的关系指出：世界前三次产业革命是“蒸汽机”、“电力”和“电脑”，下一次产业革命一定是新能源引领，而可再生能源将是未来的一个要点。 生物质能源已经成为世界第四大能源和首屈一指的可再生能源。生物质能源的特点是资源丰富，可再生，清洁环保，二氧化碳零排放。 开发生物质再生能源不仅能解决能源短缺和环境污染，而且可以提高就业机会，促进经济发展，具有经济与社会的双重效益。 生物质能源第四大能源、清洁能源第四大能源、清洁能源 二、生物质能源特性二、生物质能源特性1, 生物质能源可分为；生物质能源可分为； 固体燃料（即生物质颗粒）； 液体燃料（
3、生物质燃油，如：乙醇汽油，柴油）； 气体燃料（沼气，甲烷气，一氧化碳等）。 由于固体燃料取料方便，制作工艺相对简单、安全，无污染物产生，使用方便，成本较低。因此，生物质固体燃料目前市场上应用最多也比较广泛。2,固体生物质燃料特性固体生物质燃料特性 元素分析值：元素分析值： Car=46.9% Har=5.3% Oar=37.94% Nar = 0.15% Sar=0.05% （工业分析值）： Mar=7.91% Aar=1.75% Vdaf=65% 其密度为：1.2t/M3 堆积密度 ： 0.50.55t/M3 从上述元素分析值，我们可以看出：从上述元素分析值，我们可以看出： （Sar)含量：
4、 生物质固体燃料平均含硫只有煤平均含硫（Sar)量的2.8%左右，是重油4%左右，轻柴油8.3%； 灰份比：灰份比： 是煤的平均灰份比的5.8%。生物质燃料具有：生物质燃料具有：低有害排放低有害排放由于生物质固体燃料其含硫量相对煤和重油少得多，实际上大部分生物质颗粒含硫量等于零，这样使得生物质燃料与“化石”燃料相比，极少产生硫化合物（S0 x),氮氧化合物（NOX）等有毒气体。 可低温排放可低温排放 由于含硫量极低，使得生物质燃料燃烧后其尾部的烟气可以充分回收，而且回收设备的寿命又因无“低温腐蚀”可大大提高。 （ “化石”燃料由于含有“S. N”等元素，在其烟温低于160 时会大量冷凝生成H2
5、SO3 ，严重腐蚀回收设备，因此燃用“化石” 燃料的设备其排烟温度一般都不低于170。） 生物质燃烧可回收更低温度的烟气热量，比相同发热值的煤其效率可生物质燃烧可回收更低温度的烟气热量，比相同发热值的煤其效率可提高提高10%10%。 如果一台10吨的燃煤蒸汽锅炉改造成燃生物质锅炉，其热效率可由78%提高到88%，则每小时节约烟煤(4200kcal/kg)220kg/h。如果这台炉每天 运行16小时，每年运行300天，则 可节约烟煤(4200kcal/kg)1056吨/年。-折合人民币79.2万元/年。按照GB132712001锅炉大气污染物排放标准计算，改造成燃生物质锅炉后可减少二氧化硫（SO
6、2)排放14吨/年；减少氮氧化合物（NOX)排放4.2吨/年；减少烟尘排放3.2吨/年。 据中山网报道中山大涌镇在用锅炉就400蒸吨，保守估算整个中山市在用锅炉就5000蒸吨以上。以5000蒸吨计算，如果全部燃用生物质则每年可节约标准煤（7000kcal/kg)316万吨；减少二氧化硫（SO2）排放7万吨；减少氮氧化合物（NOx）排放2.1万吨. 对广东省而言数字就更加巨大，其经济效益与社会效益不言而喻。三、生物质锅炉的节能三、生物质锅炉的节能（一）锅炉的热能平衡及分析 众所周知锅炉是一种热能的转换设备，它是将投入的热量最大化的转换成人们使用的热能。我们称之为热效率。热效率越高说明该设备能效转
7、换越好，就越节能。 锅炉的热能平衡，如下图： Q投入热量投入热量 锅锅 炉炉 供 热 排烟 气体不完全 固体不完全 表面散热 灰渣物理损失 Q1 Q2 燃烧Q3 燃烧Q4 Q5 Q6（ 7688%） （920%） （0.52%） （410%） （1.53%） （0.93%） 我们希望得到的是供热我们希望得到的是供热q1的最大化！的最大化！ 减少 q2,q3,q4,q5,q6(热损失），使q1提高（高效率） q2（排烟损失）：（排烟损失）： 由于生物质燃料含硫（S）量极少，我们可以很方便地使排温度由170 降到70左右,回收设备不被H2SO3腐蚀。根据计算排温度由170 降到70排烟损失q2 由
8、9.6%降到3.6% 减少排烟损失6%。以2T/H蒸汽炉计算每小时可节约生物质燃料24.2KG/H左右。 q3 （气体不完全燃烧损失）：（气体不完全燃烧损失）：该损失从占的比例看好像不是很大，但是对大容量的锅炉而言降低0.5%，每天节下来的燃料费就是个不小的数字。 q4（固体不完全燃烧损失）：（固体不完全燃烧损失）：由于生物质颗粒的挥化物较高，且水分、灰分含量较低，方便着火与燃烧。只要合理的进料使其不堆料，且合理的炉排间隙或孔经。Q4完全可以下降。 q5 (表面散热损失表面散热损失): 合理的设计设备的外表面积和保温厚度，选用热阻大的保温材料是降低q5损失的有效方法。 q6（灰渣物理热损失）：
9、（灰渣物理热损失）：由于生物质颗粒燃烧的灰分含量极少是煤平均灰分的5.8%左右，因此单就其燃烧的特性看就可比“化石”燃料减少 1.8%左的热损失。 （二）新迪生物质锅炉节能特点（二）新迪生物质锅炉节能特点 充分利用生物质燃料特性，科学设计充分利用生物质燃料特性，科学设计节能新迪生物质锅炉节能新迪生物质锅炉 生物质燃料由于自身的特点，决定了比“化石”燃料更具有节能优势。但是，必须按照其特性，专业设计、改造、生产，才能真正做到节能效果和满足功率。 中山新迪能源与环境设备有限公司，经过多年的反复试验与改造，已经积累了一定的生物质锅炉开发与改造成功的经验。 新迪生物质锅炉特点新迪生物质锅炉特点 1.
10、进料方式进料方式 新迪锅炉新迪锅炉采用了“抛料抛料”方式进料。这种进料方式有以下好处：一是减少了用户设备投资，降低了操作工人的物料搬运强度。（如立式锅炉的进料减少了物料平台。司炉工可以地面加料）二是避免了进料时生物质料在炉膛堆积。特别对固定炉排燃烧，可有效地防止物料堆积后司炉工操作时产生堆积过程中的气体爆炸。由于生物质料是通过“鸭嘴式”喷嘴“平弧形”抛入炉膛。在物料进入炉膛高温火焰后，有一定时间在“空中”与火焰及空气混合与加热，挥发物立刻着火燃烧，增加了预燃时间。实践证明，“抛料”进料比“落料”进料的方式对燃烧更有利。 该设计方案，可以较大降低q4（固体不完全燃烧损失）和q6 （灰渣物理热损失
11、）2.合理设计二次燃烧，有效降低合理设计二次燃烧，有效降低q3热损热损。 我们知道二次燃烧主要是将CO气体和部分其他可燃气体尽量燃尽，使气体不完全损失(q3）降到最低点。生物质锅炉二次风设计并必须满足： 在合理的温度区给风，CO气体才能点燃： 低于合理温度给风，CO气体无法燃烧，高于这个温度，可能产生过量空气使炉温降低，造成浪费。 经过多次改造实践，我们基本找到了这个“二次给风温度区”，而且在不同的炉型上测试效果较显著。（当二次风不开时，CO含量在7000PPM左右；当二次风阀开时CO含量可下降至130PPM以下。）q3可接近 “0”。3.合理的炉排间隙（孔）和炉排通风截面比。合理的炉排间隙（
12、孔）和炉排通风截面比。 固体不完全燃烧损失q4, 主要是炉排通风间隙（孔）过大造成物料在未燃烬或完全未燃时就从炉排间隙漏入储灰室。如果炉排通风间隙（孔）过小，则会使通风阻力加大，影响燃烧或要求通风动力增加，使运行时电力消耗增加。我们采用了条形炉排间隙6MM，通风截面比18%；方形炉排孔径8MM，通风截面比20%的炉排结构，较好地解决了漏料的问题。炉排通风阻力少于300Pa有效的降低了q4的损失。 4.设计较小的鼓风机，采用设计较小的鼓风机，采用“变频变频”精确给料精确给料 对发热量为17400KJ/KG热值的生物质燃料，其完全燃烧的理论空气量是4.3Nm3/kg 左右(同热值的煤是5.3Nm3
13、/kg 左右）。如果1吨的生物质锅炉其热效率为81%，则理论空气量是795Nm3/h. 按1.3的过量空气系数入炉膛，实际鼓风机风量20时，应为1100M3/H 。但是在实际锅炉配风系统中，很多厂商实际配的鼓风机参数是：流量为20002500M3/H，功率为1.52.2KW 。这样的鼓风机配比，过量空气系数太大，使得炉温降低，妨碍燃烧。（当然，在实际操作时可以关小风门来调节给风量，但一般无法达到入炉过量空气系数1.3的比例，这样的配比浪费功率。）我们则是选择了鼓风机流量为1300M3/H，功率为0.9KW 的动力配比。这样要满足1.3的入炉过量空气系数就显得容易得多。加上我们的给料系统配有变频
14、控制，操作者能较精确地根据配风给料使炉膛保持较合理的炉温使燃烧优化，从而提高了热效率。5. 解决炉膛结渣（焦）解决炉膛结渣（焦） 由于生物质燃料自身的特点，以钾为代表的碱金属及氯的绝对含量高，灰中硅元素的份额较大，容易在燃烧中表面生成低温共熔体（特别是秸秆）。生物质燃料在高温燃烧时炉膛内易产生较严重的结渣（焦）现象。这种结焦现象的产生，随着时间的延长炉膛内辐射受热面会被这种结焦厚厚的“保温”，而不能吸热; 炉排孔或间隙也会被”结焦”堵塞,而无法通风给氧,使燃烧困难,锅炉无法运行。即使可以勉强燃烧运行,也会带来下列不利影响: 1.由于辐射受热面被”保温隔热”,炉膛内的火焰产生的大量热量无法按设计
15、的要求在辐射段交换,势必使得大量的热量后移到对流换热面交换。这样至少会出现三个后果：a，加速对流换热面的磨损； b，造成水循环系统故障水冷壁管部分管内产生流动停滞或倒流现象。这样水冷壁管停滞段的上部可能产生过热或爆管事故。C，排烟温度升高使得燃料浪费。 2.炉排通风孔（间隙）被结焦堵塞后，炉内燃烧无法进行，造成锅炉停止运行，或者由于通风量不够，造成缺氧燃烧，使得燃料浪费。或有可能操作时产生炉内爆燃出现安全事故。 根据有关资料介绍：生物质熔融温度在780-680之间，为防止生物在炉内燃烧时产生结渣（焦）现象。我们在生物质燃烧锅炉的结构设计上，采用以下办法： 1.合理的布置辐射受热面及水墙管的中心
16、节距合理的布置辐射受热面及水墙管的中心节距。保证火焰至水冷壁管的平均角系数120.66, 这样可以使炉墙平均温度小于630 ，低于生物质熔融温度。 2. 合理布置炉膛容积合理布置炉膛容积。太大的炉膛容积会使锅炉结构庞大，相对耗钢增加，太小的炉膛容积，当然可使炉形尺寸相对减少，但会使炉膛热强度太大。当炉膛容积热强度400kw/时，经计算炉墙内壁平均温度T3750 ，超过了生物质熔融温度的下限值，容易炉内产生结渣现象。炉膛容积热强度260kw/ 时炉内结渣现象基本不发生。 3. 炉排引入冷风旋流装置炉排引入冷风旋流装置。从炉排下引入冷风到炉膛内适当降低炉内温度，并切向挠动火焰，可防止炉内产生结渣现象。 另据相关资料介绍生物质燃烧时适当的掺入一定比例的煤可防止炉内产另据相关资料介绍生物质燃烧时适当的掺入一定比例的煤可防止炉内产生结渣现象生结渣现象。6：烟气回收（：烟气回收（q2)新迪公司在烟气回收方面经过多年经验积累，形成了多种专利技术和设备，可根据生物质锅炉特性设计生产高效烟气回收装置：高效热管节能器翅片管节能器余热锅炉 节能产品节能减排节能减排 能源运营能源运营广东地区节能减排工作严峻，
