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1、循环流化床锅炉掺烧生物质燃料的影响研究摘要：碳中和背景下，生物质能源因其零碳排放和资源循环利用的特点，将逐步被关注、重视。本文简要分析了掺烧生物质燃料对循环流化床锅炉的影响，有针对性地提出解决循环流化床锅炉掺烧生物质燃料的适应性措施，希望能为循环流化床锅炉掺烧生物质的运行调整和研究提供一定的参考和帮助，为循环流化床燃煤电厂掺烧生物质燃料的低碳化发展提供参考。生物质燃料是可再生的清洁能源，我国生物质燃料丰富，预计2025年、2030年生物质燃料利用将分别达到1.6亿吨、2亿吨标煤的规模。循环流化床燃烧技术具有高适应性的特点。能掺烧协同处理垃圾、生物质和污泥等各种废弃物的能力。近年来，大容量、高参
2、数的循环流化床锅炉在我国得到了快速发展，在碳中和政策背景下，循环流化床锅炉掺烧生物质能源，在一定程度上可减少和代替化石能源的使用，降低二氧化碳排放，同时有助于解决其他污染物的排放问题，有助于研究掺烧生物质燃料对循环流化床锅炉运行的影响，有助于提出相关适应性措施，以延长锅炉寿命并提高掺烧生物质的锅炉效率。一、生物质的利用生物质燃料的利用方式主要有：（1）电厂利用生物质直接燃烧发电和供热；（2）大型火力发电厂利用生物质气化后产生的生物质气与煤粉耦合发电；（3）生物质资源综合利用项目，通过与污水等综合利用制沼气，用于北方散煤替代，农村使用取暖和生活用气，或提纯至生物质天然气（CH4）罐装销售，用于汽
3、车加气或电站锅炉等使用；（4）由于循环流化床锅炉的高适应性的特点，可以直接掺烧一定比例的生物质颗粒，替代化石燃料，减少化石燃料的使用。农林生物质收集难度大、成本高的特点，对生物质的广泛利用有一定限制，大型电站的耦合及资源化利用等生物质气化发电，或罐装销售等项目一次性投资较大，且存在二次污染问题，需投入治理，利用循环流化床锅炉直接掺烧制备的生物质颗粒，投资较小，对循环流化床锅炉影响较小，是生物质大范围利用的主要形式。二、锅炉掺烧生物质的影响（一）锅炉掺烧生物质燃料后，燃烧特性的变化掺烧生物质后的循环流化床锅炉随着掺烧比例增加，产生了明显的变化：由于掺烧生物质，燃料的挥发分增加，提高了燃料的燃烧特
4、性，易着火，炉膛中上部温度提高，尾部受热面温度下降；锅炉的底渣和飞灰量减少，含碳量降低，锅炉效率小幅提高。研究表明，在300MW循环流化床锅炉掺烧生物质，掺烧比例10%以下时，对锅炉的燃烧特性影响较小。（二）生物质含水率对锅炉燃烧及污染物排放的影响当前，我国的生物质燃料的含水率普遍很高，甚至有些生物质入炉水分达到了30%50%。（1）生物质含水量高，导致锅炉着火相应延迟，锅炉燃烧效率下降，部分受热面壁温超温，带来安全生产的隐患；同时导致锅炉密相区床温难控制，低负荷稳燃较差；由于含水量增加，烟气量增多、着火及火焰中心靠后，导致排烟温度升高，锅炉的排烟损失增大，锅炉效率下降。（2）生物质含水量增加
5、时，烟气成分也随之变化，CO、NO2、NO、SO2排放量及强度随含水率的增加而降低，但是SO3会随生物质的含水率升高而升高。氮氧化物的减少是因为当掺烧高湿度生物质燃料时，流化床内温度降低，燃烧速率降低增强了NO还原为N2效应，同时导致NO2相应减少；一氧化碳随水分的增加而降低，是因为燃烧效率降低，燃料停留时间较长，导致与O2充分接触反应，同时燃烧速率降低导致燃烧缓慢，产生CO速率降低，导致平均浓度降低，从而导致烟气中CO降低，由于含水率高导致燃烧速率降低，产生SO2停留时间较长与O2接触时间较长，导致SO3平均浓度增加，SO2的浓度降低，但由于生物质燃料本身含硫量较低，掺烧生物质燃料后，SOx
6、污染物的整体排放水平较掺烧前有所降低。（三）生物质灰分对锅炉燃烧及排放的影响循环硫化床掺烧生物质需要专门设备压缩制备生物质床料颗粒，密度达到0.81.2t/m3，热值达到30005000kcal，生物质燃料中含灰量约在3%10%之间，实际运行中，生物质，尤其是农、林废弃物，夹带杂质较多，经过制备后还存在大量杂质，导致灰分实际增加23倍。对于循环流化床锅炉而言，炉膛内灰浓度对锅炉负荷和床温影响较大，导致炉膛温度降低，着火延迟，锅炉效率下降，并加快锅炉受热面的磨损，同时会影响炉膛内流化质量，灰分较大时，将引起锅炉大范围的结焦。灰分较大会增加尾部受热面的积灰，影响热传导，从而导致介质吸热效率下降，锅
7、炉效率降低。但当掺烧生物质燃料比例较大时，为稳定流化状态，要提高生物质燃料的含灰量或向床料中添加惰性物料，保持正常的物料和循环状态。（四）生物质掺烧比例的影响生物质的掺烧比对燃烧特性有很大的影响。由于生物质挥发分较高，在燃烧初期通过热解，生物质释放大量还原性气体的挥发分，快速与氧气反应，从而短期形成欠氧环境，抑制氮氧化物的生成，同时生物质比燃煤含氮量少，最终导致氮氧化物的产生，随着掺烧比例的增加而降低。对于SO2和SO3而言，生物质中含S量比燃煤中要小得多，质量分数在0.1%0.15%，而目前的燃煤中S元素含量要求是低硫煤基本含量在1%左右，所以随着产生比例的增加，SO2和SO3会急剧下降；也
8、因为生物质的挥发，会对SO2和SO3的产生抑制作用。对于CO2而言，因为要达到同样的热量输出，所以基本需要的碳数量一定，产生的CO2变化不大，但是对于生物质燃料而言，在短期内生物质是固碳利用固碳的循环，生物质燃料属于零碳排放，因此在实际产生温室气体效应的CO2排放，会随掺烧生物质燃料的增加而降低，大比例掺烧生物质燃料，或资源化利用生物质，也是能源行业实现碳达峰碳中和的重要途径之一。三、掺烧生物质后锅炉注意事项和应对措施生物质中富含钾、氯等元素，因此混合燃料在锅炉中燃烧后，产生的灰渣就会含有大量碱金属盐，随掺烧比例的增加而增加，碱金属盐熔点较低，生物质中碱金属烧结温度在680750，沙和灰的熔点
9、都在1000以上，如果是掺烧生物质的混合燃料，容易使混合燃料燃烧后在700左右与灰分中SiO2反应生产共晶体，产生流动并粘结更多的灰分，形成结块，造成循环物料颗粒增大，所以在运行的过程中及时排出大颗粒物料，并及时补充合适的循环物料替代。对尾部或中部的对流受热面的积灰问题，在设备改造方面，及时更换受热面管子为抗腐蚀材料，或对管子外部喷涂耐腐蚀的材料；防腐的同时改变管子排列，在运行调整方面，要根据受热面积灰情况加强局部吹灰；对于尾部受热面在运行而言，可提高空预器入口空气温度，例如，增加暖风器加热空气温度，综合考虑运行的经济性。四、结语在碳中和的政策背景下，利用化石燃料发电的企业，尽快研究掺烧生物质
10、燃料的经济性和技术可行性，通过改进运行方式和增加设备防护，在循环流化床锅炉上实现大比例掺烧生物质燃料替代部分燃煤，降低温室气体排放总量，是我国大型发电企业降低碳排放实现碳中和的重要途径。参考文献：1张自丽.循环流化床锅炉燃煤耦合污泥技术研究与展望J.热力发电，2020（05）.2李云罡，龙慎伟，马同胜，等.循环流化床锅炉燃用混煤特性研究J.清洁煤与能源，2020（01）.3曹怡欣，曹德鸣，曹习功，等.超低排放节能型生物质循环流化床锅炉P.中国，210462983U，2020-05-05.4黄彪斌，池毓菲，廖志强，等.燃煤电厂耦合生物质固废发电前景分析J.电力与能源进展，2020（06）.5孙锦奇.一种循环流化床锅炉低氮燃烧排放系统P.中国，210320012U，2020-04-14.6李予安.生物质固体燃料流化床燃烧NOx排放模拟研究D.杭州:浙江大学，2020年4