4噸以上燃煤鍋爐改造生物質可行性報告及環保數據
農村清潔取暖丨爐具網 2016-06-03
第一部分 生物質現狀
生物質作為生物質能的載體，生物質能是太陽能以化學能的形式貯存在生物質中的能量形式，它是以動物、植物、微生物及其排泄物(或廢棄物)等有機物為原料，可以轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，具有資源豐富、可再生、清潔環保、二氧化碳凈排放、儲存和運輸便利等優點。 地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011t，含能量達3×1021J，因此每年通過光合作用貯存在植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當于全世界每年耗能量的10倍。
生物質遍布世界各地，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，每年生產量就相當于現階段人類消耗礦物能的20倍，或相當于世界現有人口食物能量的160倍。 中國擁有豐富的生物質能資源，中國理論生物質能資源50億噸左右。液體生物燃料、氣體生物燃料和固體生物燃料，作為生物質燃料的“三劍客”，有足夠的潛力彌補“煤、油、氣”傳統燃料的不足。據中國工程院可再生能源發展戰略咨詢報告資料顯示，中國生物質能源的資源量是水能的2倍和風能的3.5倍，且分布靠近東部沿海高能耗地區。近期，每年可開發的生物質能源約合12億噸標準煤，超過全國每年能源總耗量的1/3。近年來，中國政府及有關部門對生物質能源利用也極為重視，己連續在四個國家五年計劃將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目，開展了生物質能利用技術的研究與開發，如薪炭林、生物質壓塊成型、生物質燃料、氣化與氣化發電等，取得了多項優秀成果。
政策方面，2008年4月1日起實施的《中華人民共和國節約能源法》、2000年8月起實施的《2000-2015年新能源和可再生能源產業發展規劃要點》、2005年11月國家發展改革委關于印發《可再生能源產業發展指導目錄》的通知中均將生物質能源的發展列為重點?！犊稍偕茉捶ā芬延?006年1月1日起正式實施，陸續出臺了相應的配套措施，并于2009年底進行修訂。在今年3月16日國家公布的“十二五”規劃綱要中明確提出：“新能源產業重點發展新一代核能、太陽能熱利用和光伏光熱發電、風電技術裝備、智能電網、生物質能?！辈ⅰ按罅Πl展沼氣、作物秸稈及林業廢棄物利用等生物質能”。這表明中國政府已在法律上明確了可再生能源包括生物質能在現代能源中的地位，并在政策上給予了巨大優惠支持。生物質能源已經成為世界第四大能源和首屈一指的可再生能源，排位僅次于煤炭、石油和天然氣。它具有可再生和環境友好的雙重屬性，發展生物質能，既有利于實現能源多元化，緩解能源緊張，又有利于保護生態環境，減少溫室氣體排放，因此，生物質能在中國未來的能源結構中具有舉足輕重的地位。
第二部分 生物質燃料
1、生物質燃料特性 生物質燃料是采用木屑、秸稈等農林廢棄物作為原材料，經過粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，制成顆粒狀的可直接燃燒的一種新型清潔燃料。 一般農林廢棄物秸稈、木屑都具有疏松、密度小、單位體積的熱值低等缺點，作為燃料使用很不方便，這是造成人們不愿用秸稈作為燃料的主要原因之一。成型技術不僅能有效地解決這一問題，而且能有效地改變木屑、秸稈等燃燒特性，實現快速、潔凈燃燒。 生物質成型技術是通過粉碎、干燥、機械加壓等過程，將松散、細碎的農林廢棄物壓成結構緊密顆粒狀燃料，其能量密度較加工前要大十倍左右，這種生物質成型燃料BMF便于貯運，燃燒后排放的煙灰和SO2達標國家環保限定標準，是一種適合于工業鍋爐使用的新型潔凈能源高品位燃料。
2、生物質燃料的成分構成生物質燃料由可燃質、無機物和水分組成，主要含有碳(C)、氫(H)、氧(O)及少量的氮(N)、 硫(S)等元素，并含有灰分和水分。 各種成分構成見下圖： 項 目 發熱量 固定碳 揮發份 碳 氧指 標 17.25MJ/Kg 16.66% 73.12 % 47.90% 37.9% 項 目 氫 硫 氮 灰分 水分指 標 5.27% 0.06% 0.24% 1.8% 7.44% 碳：屬于低碳燃料，含碳量少(約為45-50%)，尤其固定碳的含量低(約為16%)，因此燃燒時碳排放低。氫：含氫量多(約為5-8%)，揮發分高(約為73%)，因此燃燒特性好。氧：含氧量高(約35-40%)。生物質燃料含氧量明顯地多于礦物質煤，它使得生物質燃料易于引燃。硫：含硫量少于0.08%，環保特性好，燃燒時不必設置煙氣脫硫裝置。氮：含氮量少于0.3%。環保特性好，燃燒時不必設置煙氣脫硝裝置?；曳郑翰捎酶咂焚|的木質類生物質為主作為原料，含灰分極低，只有1.5-3%。密度：1～1.2，熱值4,000～4,200Kcal/Kg，約2-2.5kgBMF替代1Kg燃料油或1立方天然氣。
3、生物質燃料的優點 生物質燃料除具有生物質燃料的一般特點外,還具有以下優點：作為高品質的均質燃料，顆粒在輸送、儲存、傳動和燃燒方面都可以自動控制，其方便程度可以與輕質燃油相媲美;固體顆粒，密度大，體積小，閃點高，貯存安全方便，清潔干凈。燃料揮發分高，燃燒特性好，燃盡率高;含硫量極低，僅為燃料油的1/20左右，不用采取任何脫硫措施即可達到環保要求; 含氮量極低，燃燒時不用采取任何脫硝措施即可達到環保要求;含灰分低，常規除塵裝置即可滿足環保要求。 “0”能耗：BMF燃料來自于農林廢棄物，使用不計能耗，因此單位GDP能耗為0。 “0”排放：生物質燃燒排放的CO2與其在生長過程中吸收的CO2相同，且替代了化石能源，減少了凈排放，根據《京都議定書》機制，生物質燃料CO2為生態“0”排放。
第三部分 生物質鍋爐系統介紹
BMF燃料成分主要是纖維素、半纖維素、木質素。先用點火裝置將燃料引燃，當達到一定溫度時，纖維素和半纖維素首先釋放出揮發分物質，木質素最后轉變為碳。揮發分物質(占75%左右)以氣態形式燃燒，然后將碳點燃。 生物質燃料的熱解和燃燒過程可以分為以下幾個階段：
引燃：BMF鍋爐配備專用的燃燒器，通過燃燒器預熱引燃，使燃料中的水分(約占7-10%)受熱蒸發汽化，從燃料中逸出，點火燃燒。
揮發分的析出與燃燒：燃料受熱后，低分子量的物質首先分解氣化導致揮發分析出，到達著火溫度后即生成氣相火焰。揮發分占75%左右，是BMF燃料最主要的燃燒成分。
過度階段：此時纖維素的熱分解速度下降，而揮發分物質仍能保持燃燒火焰。
焦炭的表面燃燒：燃料中的木質素已全部碳化，表面生成光輝炙熱的火焰。
生物質燃料的燃燒應用系統
給料系統
給料系統由燃料提升機、料倉、刮板給料機、爐前給料系統(包括星型給料器)等部件組成。在工廠中加工成型的燃料通過提升機轉存到料倉中，然后再通過刮板給料機把料倉中的燃料供給爐前日用料倉中，通過給料機定量給料，再利用二次風的輸送到爐膛氣化解熱室燃燒。為保證連續下料及物料輸送的穩定性，在輸送物料途中裝有檢測報警裝置，及時反饋輸送物料的穩定性。
燃燒系統
燃燒系統由下部燃燒室、風機、點火器等部件組成。 生物質燃料在燃燒器中首先有一個預熱過程，然后通過風機把燃料輸送到爐膛進行燃燒。BMF燃料含有很高的揮發份，當爐膛內溫度達到其揮發分的析出溫度時，在給風的條件下啟動點火器燃料就能夠迅速著火燃燒。燃燒溫度控制是以爐膛內部溫度為準，其溫度與燃料氣化時空氣供給的量有關。鍋爐負荷的調整通過給料量的調整來進行控制。燃燒后的煙氣通過爐膛進入對流煙道進行換熱，然后進入除塵器進行凈化處理，最后排出完成整個燃燒和傳熱過程。吹灰系統 鍋爐配有吹灰裝置，可以定時對爐膛和煙管進行吹掃，保證煙管表面不出現積灰，從而實現鍋爐的安全高效運行。
煙風系統
送風系統：鍋爐送風系統與燃燒一體化布置，空氣經鼓風機通過空預器到燃燒室送至爐膛，來達到輸送燃料及助燃的作用。
引風除塵系統：在引風機作用下，燃燒完成后產生的高溫煙氣經過在煙管中的對流換熱進入除塵器凈化，最后經引風機由煙囪排出。
自控系統
控制系統采用高亮度、全中文顯示，以PLC控制系統為中央控制單元;以人機對話方式與鍋爐用戶交換信息，實現鍋爐全自動操作運行。
第四部分 生物質鍋爐特點
一、生物質鍋爐的特點鍋爐采用先進的生物質燃料燃燒技術——氣化+懸浮燃燒技術。鍋爐采用最適合生物質燃料燃燒的燃燒系統以及布風系統。 鍋爐設計燃料為BMF燃料，采用氣化室燃燒燃料析出的揮發份和爐排上半懸浮狀態燃燒殘碳的燃燒方式。鍋爐采用臥式布置，爐膛布置一定的風量及氧量，利用二次風擾動爐膛煙氣，達到燃燒充分效果。鍋爐尾部布置有空預器、利用煙氣余熱加熱熱風送至爐膛，提高爐膛溫度。
二、燃燒方式選擇根據環境保護、潔凈燃燒的要求，以及燃料的燃燒特性，選用氣化+懸浮燃燒的燃燒方式。由氣化室、風室、爐排、支撐件和爐拱組成。燃料被輸送進入氣化室,，在此處由于高溫煙氣和一次風的作用逐步預熱，干燥、著火、燃燒。已完全氣化的燃料邊燃燒邊向爐排前部運動，直至燃盡，最后灰渣落入后部除渣口。鍋爐的環保排放燃燒產生的飛灰約占燃料的1.8%左右，為方便排灰，鍋爐的底部布置有螺旋出渣機，實現連續清灰。鍋爐尾部煙道布置除塵器，保證煙塵排放符合環保要求。
第五部分 經濟效益分析
一、節能效益
根據企業生產所需熱能，使用生物質鍋爐替代油、氣后可節約熱量成本約20%。
降耗效益：以農林廢棄物為原料制備的生物質成型燃料屬可再生能源，使用不計能耗，單位GDP能耗為0。按國家發改委現行政策，每減少使用一噸標準煤，可申請200元國家財政資助。 減排效益：由于生物質燃料含硫量極低，僅為燃料煤的1/50左右，符合清潔燃料指標，燃燒時不用采取任何脫硫措施即可達到國家環保要求。另外，生物質清潔燃料含硫量極低，不需設置脫硫設備就可實現SO2減排。
環保效益：據媒體報道，我國“十二五”期間，將限定NOx的排放和溫室氣體的排放。因此使用BMF燃料，不需脫硝且溫室氣體排放為0，可提前解決此問題。 政策效益：面對全球經濟變冷、空氣變暖，國家針對節能減排、發展循環經濟、使用清潔能源、實施清潔生產、建設生態工業園區，出臺了一系列的補貼/獎勵/資助/減免等財稅優惠政策，根據國家現行政策，使用BMF生物質能源，完全符合國家現行政策。
二、經濟效益
燃料用量測算：我們以一臺10噸蒸汽鍋爐做一個初步的計算比較，滿負荷運作， 每小時耗生物質為1.68t，一天工作20小時，一月按照30天計算， 一臺10噸蒸汽鍋爐每月使用煤的量為:999.6t 根據上述綜合因素分析，該鍋爐如用柴油、生物質、天然氣、煤等燃料每月的燃料總成本大致如下：柴油 8500元/噸249萬元 生物質110.9萬元 天然氣209.2萬元 98.3萬元，煤104.96萬元。
綜合上述：生物質鍋爐雖然比燃煤鍋爐燃料成本高出8%左右，但生物質主要以揮發份(木質纖維)燃燒，完全燃燒后產出只有極少的灰渣，鍋爐也可以自動給料和出灰渣，降低鍋爐工成本，不需要脫硫等裝置，并延長對鍋爐的壽命等優點，兩者真正對比可以達到相等成本，再說生物質燃燒后產生的木灰(渣)是農民種菜種花的好肥料(鉀肥)，可以與自然生態分解。
綜合以上結論：生物質能鍋爐不僅低碳、綠色、再生、環保，而且具有良好的經濟效益和社會效益，與煤燃料成本相當，達到利國利民，節能減排的要求，符合國家的十二五規劃及法律法規。
第六部分 改造方案敘述
針對燃煤鍋爐改燒生物質成型顆粒的鍋爐原理敘述!
①、下部爐膛改造：因為煤燃燒需要一定的輻射熱量溫度燃燒，在燒煤的爐膛都有設計前后壓火爐拱，生物質燃燒最大的成分是揮發分占75%，需要足夠的氧量和爐膛煙氣的擾動燃燒，針對生物質的燃燒特性，提高前、后爐拱，增加燃燒空間。
②、輸送燃料系統改造:原有的煤斗給料系統，給料與爐排傳動同時啟動，因為燃生物質的弊端是停爐時回火，煤倉燃料容易著火，很容易把煤斗燒壞，把原有的煤斗撤除，更換成專用燃燒生物質成型顆粒的給料器，料斗上并配有專用的二次風降溫系統，杜絕煙氣溫度往回輻射導致引燃燃料，脫開與爐排傳動時同時給料，控制停爐時提前一定的時間先停給料，防止回火，燒壞煤斗。
③、爐膛二次布風系統：根據生物質燃燒特性，在爐膛兩側加裝二次風系統，達到擾亂煙氣流動，使揮發分、固定碳燃燒充分，爐膛燃燒不留死角，達到充分燃燒，提高爐的熱效率，并設計因爐膛溫度過高引起的防結焦措施，給予一定的冷風量對爐膛進行降溫。
④、加裝上料產生的粉塵回收裝置：把上料時產生的粉塵利用二次風機的吸收送到爐膛進行燃燒。
⑤、控制系統：二次補氧風機裝有變頻器，經成熟的調試經驗，給予合適的風量，減少電能的消耗。
