生物質(zhì)作為煤、石油、天然氣以外的第四能源，是環(huán)保可再生利用的清潔能源。生物質(zhì)是清潔的低碳燃料，硫和氮含量低的同時，灰分含量也小，燃燒后SO2、NOx和灰塵排放量比化石燃料小得多。由于生物質(zhì)的燃燒特性與煤類似，大多數(shù)生物質(zhì)鍋爐結(jié)構(gòu)與煤鍋爐類似，層燃鏈爐排列仍然是最主要的生物質(zhì)燃燒裝置。

1生物質(zhì)成型燃料和生物質(zhì)粒子的固化

生物質(zhì)燃料中經(jīng)濟實惠的是生物質(zhì)成型燃料，生物質(zhì)成型粒子利用秸稈、工資柴、植物果殼等農(nóng)林廢棄物，通過粉碎-混合-擠壓-干燥等技術(shù)壓制而成，可以制作粒子狀、棒狀、塊狀等各種形狀。原料擠壓成型后，密度為0.8-1.4t/m3，能量密度相當(dāng)于中質(zhì)煤，燃燒特性明顯改善，火力持久黑煙小，爐膛溫度高，運輸和貯藏方便。

用于生物質(zhì)成型的方式主要有螺旋擠出式、活塞擠出式、環(huán)模滾出式等幾種。目前國內(nèi)生產(chǎn)的生物質(zhì)成型機一般為螺旋擠壓式，產(chǎn)能多為0.2-0.4t/h，電機功率為7.5kw-18kw，電加熱功率為2-4kw，生產(chǎn)的成型燃料為棒狀，直徑為50-70mm，單位功耗為70-100kw/h。曲柄活塞沖壓機通常不加熱，成型密度低，容易松動。

2生物質(zhì)工業(yè)鍋爐

從燃燒機理分析，生物質(zhì)固體燃料與煤炭燃燒機理非常相似，但生物質(zhì)揮發(fā)分析溫度低易著火。實踐表明，直接采用燃煤鍋爐改熱生物質(zhì)效果差，爐前熱量聚集不穩(wěn)定，爐前料斗易著火，鍋爐停止和啟動時冒黑煙，熱效率低等問題。

生物質(zhì)燃料的燃燒特性

國內(nèi)直燃式生物質(zhì)工業(yè)鍋爐常見的燃燒方式主要有層燃式(包括固定式爐排、下伺服式燃燒、鏈爐排、往復(fù)式爐排等)、室燃式(粉體燃燒)、懸浮式(流化床燃燒)。

(1)層燃式

采用分段供給的往復(fù)爐排，可以使燃燒區(qū)的供給速度不同，利用該特性提高前段爐排的行進速度，解決生物質(zhì)易燃、燃燒過快的問題。降低爐排后部速度，有助于燃料中固定碳的充分燃燒。在熱功率大的生物質(zhì)層燃鍋爐中，分段供應(yīng)的往復(fù)爐排列很常見。

鏈爐排列必須根據(jù)生物質(zhì)種類決定爐排列速度和材料層厚度，合理配置前后拱、爐壁、爐膛容積和配風(fēng)，設(shè)置合理的停爐順序，保證生物質(zhì)燃燒正常進行。

(2)室燃式

目前市售的生物質(zhì)半氣化自動控制燃燒機，以生物質(zhì)粒子為燃料的高溫分解氣體為燃料，內(nèi)膽采用鋯硅結(jié)晶，高壓澆筑后用高溫爐燒制，1000度高溫?zé)��?天

(3)懸浮式(流化床燃燒)

流化床燃燒對燃料的適應(yīng)性廣，生物質(zhì)不固化就能在流化床充分燃燒，應(yīng)用于鍋爐容量大、燃料品種復(fù)雜的工業(yè)鍋爐，目前國內(nèi)流化床鍋爐最小容量為7MW。

3生物質(zhì)層燃鍋爐的獨特結(jié)構(gòu)

3.1鍋爐本體

水管鍋爐對流管容易積灰，難以清掃，生物質(zhì)灰粒疏松，比煤灰容易附著在對流管上，停爐清掃時間長。相比之水火管鍋爐易清理不易積灰，國外生物質(zhì)鍋爐主要是水火管鍋爐。國內(nèi)煙管水火管鍋爐減少煙管數(shù)量，降低鋼消耗，成為最適合燃燒生物質(zhì)的爐型。

3.2爐前煤斗

層燃鍋爐一般通過爐前料斗對爐膛進料，由于生物質(zhì)燃料非常容易燃燒，為了防止燃燒提前著火或在爐前料斗內(nèi)燃燒和蔓延，生物質(zhì)鍋爐前料斗應(yīng)設(shè)置比較完善的燃料遮斷和密封設(shè)施，生物質(zhì)粒燃料鍋爐應(yīng)采用關(guān)風(fēng)機式鎖定裝置或滾動式撥料裝置進行燃料遮斷。

3.3鍋爐熱效率

目前生物質(zhì)層燃鍋爐效率低，主要原因是生物質(zhì)揮發(fā)分含量高，碳含量少，爐排部分燃燒激烈，大部分爐床只燃燒少量固定碳，生物質(zhì)爐排氣困難。為了充分燃燒，空氣過量系數(shù)普遍較高，導(dǎo)致鍋爐排煙熱損失增加。加熱面積灰嚴(yán)重，傳熱惡化。因此，在設(shè)計生物質(zhì)鍋爐時，應(yīng)充分考慮這兩點，優(yōu)化空氣供應(yīng)，盡可能延長爐膛內(nèi)煙霧時間，定期清灰。

3.4進洞容積、排出面積

與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)鍋爐進洞容積需要增加很多，適應(yīng)生物質(zhì)燃料高揮發(fā)部分的特點，降低進洞溫度，防止?fàn)t內(nèi)焦焦渣，減少NOx的發(fā)生。

生物質(zhì)揮發(fā)部分碳含量低，固定碳小，需要適當(dāng)縮短爐排面積。

3.5爐壁、配風(fēng)

生物質(zhì)燃燒一般分為氣化區(qū)、燃燒區(qū)和燃燒區(qū)，通過爐壁將爐膛分為燃料干燥和揮發(fā)分析、揮發(fā)分燃、固定碳燃燒和燃燒三部分。前拱可高可短，后拱直段可縮短，可通過中間隔墻延長爐膛內(nèi)煙氣燃燒時間，保證煙氣充分燃燒。未燃固定碳在爐排后軸繼續(xù)燃燒，增加后軸溫度，用后風(fēng)室的風(fēng)冷卻后軸。

3.6爐排速度

生物質(zhì)粒子堆積密度低，為了保證供熱，需要增加床的厚度，提高爐排移動速度。但是，過高的移動速度會導(dǎo)致固定碳燃燒不足。這樣固化成顆粒就成了不錯的選擇。

4直燃式生物質(zhì)層燃鍋爐實例

一臺DZL4-1.25-T燃生物質(zhì)蒸汽鍋爐的熱力計算和能效測試結(jié)果顯示，根據(jù)生物質(zhì)燃料特性以及生物質(zhì)層燃鍋爐特殊進行設(shè)計的燃生物質(zhì)顆粒燃料蒸汽鍋爐，已經(jīng)可以滿足正常使用的要求。

5結(jié)論

通過煤炭鍋爐的改造和添加環(huán)境保護設(shè)備，基本上可以滿足用戶對鍋爐的力量、環(huán)境保護的要求，但這不是生物質(zhì)粒子最好的燃燒方式，同時生物質(zhì)原材料的收集、運輸、加工的產(chǎn)業(yè)化程度還不高，我國的生物質(zhì)利用還有很長的路要走。