前言

1. 世界能源概况

尽管人们对能源的需求日益增长, 然而作为人类目前主要能源来源的原油、天然气和煤炭却正在迅速地减少。根据国际能源机构的统计,如按目前的势头发展下去,不加节制,那么,地球上这三种能源能供人类开采的年限分别只有40 年、50 年和240年了。因此,寻找一种可再生的替代能源便成为社会普遍关注的焦点。生物质能源是一种理想的可再生能源, 它来源广泛, 每年都有大量的工业、农业及森林废弃物产出。即使不被用于生产能源,这些废弃物的处理也是令人头疼的事情。仅欧盟每年便产出五亿吨(干基) 这类物质。另外,世界上87 %的能源需求来源于化石燃料,这些燃料燃烧时,向大气中排放出大量的CO2 。而生物质作为燃料时,由于生物质在生长时需要的CO2 量相当于它燃烧时排放的CO2 量,因而大气中的CO2 净排放量近似为零。而且,生物质中硫的含量极低,基本上无硫化物的排放。所以,利用生物质作为替代能源,对改善环境,减少大气中的CO2 含量, 从而减少“温室效应”都有极大的好处。因此,将生物质作为化石燃料的替代能源,便能向社会提供一种各方面都可被接受的可再生能源。我国目前有工业锅炉约50 万台, 每年耗煤量约为全国产煤总量的三分之一。推广各种节能技术,提高工业锅炉热效率的工作已取得较大成绩,且是能源工业者继续努力的方向。但从矿物能源资源有限和因大量使用会造成环境状态恶化的战略观点出发,结合我国拥有丰富生物质资源的现实,逐步发展工业锅炉生物质的燃烧技术, 对节约常规能源、优化我国能源结构, 将有积极意义。

2. 我国的生物质能源 生物质锅炉

生物质能资源是指以木质素或纤维素及其它有机质为主的陆生植物、水生植物及人畜禽粪便等。我国有着丰富的生物质资源,据统计,全国桔杆年产量约5. 7亿吨,人畜粪便约3. 8亿吨,薪柴年产量(包括木材砍伐的废弃物) 为1. 7亿吨,还有工业排放的大量有机废料、废渣,每年生物质资源总量折合成标准煤约3 亿吨。我国直接利用生物质能已有几千年的历史, 但利用效率极低,即使是目前农村已较普遍推广的省柴节煤灶, 热效率也仅20 % 左右。近年来,在一些经济发达的城市周边地区, 农民大量使用优质高效燃料, 用于炊事、取暖, 而将农作物桔杆直接放在农田焚烧,浪费了能源,也污染了环境。生物质能资源结构疏松,能量密度低, 仅是标准煤的一半多一些, 且不易贮运。但它也有许多独特的优点: (1) 它是一种年产量极大且较稳定的可再生资源; (2) 含硫、氮量低,燃烧后硫氧化物和氮氧化物排放量低; (3)生物质在生成过程中会吸收大量CO2 。因此大量生产、使用生物质能可以减少CO2 净排放量, 有助于减轻温室效应; (4) 生物质灰份量少, 充分燃烧后, 烟尘量不多, 因此生物质能资源是清洁能源。由此可见, 研究开发高效利用生物质能的技术, 不仅可以满足高速发展的国民经济对能源的需要, 而且减少了矿物燃料的污染,产生巨大的经济效益和环境效益。上世纪80 年代以来,我国生物质能利用技术有了很大的发展。鉴于生物质资源分布区域广、适宜就地开发利用的特点,目前开发适用于各地工业锅炉的生物质能燃烧技术,是生物质能有效利用的重要途径。

二、我们项目主要针对的生物质燃料主要为：生物质锅炉

1.  各类加工企业的边角料，如家具生产企业的碎木块、木屑、刨花等。

2.  各类木材加工企业的废料，如木条、树皮。

3.  各类农业加工企业的废料，如稻壳、棉花籽、甘蔗渣、椰子壳等。

4.  各类农业生产中的剩余产物，如秸秆、稻草等。

5.  各类生物质成型燃料，如木质颗粒、秸秆颗粒等。生物质成型燃料是将秸秆、稻壳、锯末、木屑等生物质废弃物，用机械加压的方法，使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料，其具有体积小、密度大、储运方便；燃烧稳定、周期长；燃烧效率高；灰渣及烟气中污染物含量小等优点。外对这些燃料的主要利用技术为生物质直接燃烧技术和生物质气化技术，我们主要以生物质直接燃烧技术为主。
其中生物质直接燃烧技术又有以下几类应用：生物质锅炉

1. 小型炉窑，主要用来家庭取暖、供应生活热水。这种应用主要以生物质颗粒燃料为主，北欧采用的比较多，国内因为无相关产品开发，其应用几乎为空白。此类产品小型化，便于流水线生成，单品美观大方，适合家庭使用。

2. 未加工的生物质燃料直接燃烧，此类多为中小型锅炉，由于燃料不加工，节省投资成本，国内多为此种锅炉。这类锅炉燃料以工业废料为主，燃烧投料方式粗放，且多为人工投料方式，炉膛漏风严重，存在安全隐患，锅炉总体效率不高。但是从此类锅炉用户企业自身来说，因为利用了自身废料来产生蒸汽或供热，大大节省了其他燃料的投资和之前废料处理的开支，生物质燃料燃烧污染少等特点，企业应用积极性非常高。

3. 对原料进行粗加工，然后直接燃烧发电或者产汽。如将秸秆打碎，将木块、木条打碎，然后用输送机（气力输送或者机械输送）送入燃烧室。这类应用要求厂房建设在原料产地附近，以降低运输费用。

三、我们开发的生物质直燃锅炉

1、木屑燃烧器锅炉（产蒸汽或热水）。生物质锅炉

   全自主研发的木屑燃烧器[图1]，采用旋流燃烧方式，将燃料风力输送[图2]至燃烧器内燃烧室燃烧，燃烧效率接近100%。系统化的给料方案，将木屑由厂房的工艺料仓开始全封闭输送至锅炉燃烧室，无粉尘，全机械，降低污染，并且省却人力，拥有极高的用户满意度。

 图1说明：

   1 进料口：管道输送，密封性好，输送稳定。

   2 旋流段：木屑由输料管旋切进入旋流段，高速扰动空气，并与空气充分混合。

   3 观察检修口：可拆卸法兰式接口，维修简便，并可观察火焰，利于控制。

   4 燃烧室：特制形状燃烧室，适合木屑燃烧，经实践检验燃烧情况优于设计预定要求。

   5 一次风进口：来自鼓风机的空气，源源不断将燃烧所需氧气送入燃烧室，并且由内部四个切口进入，扰动烟气，加大紊流程度，在燃烧室内木屑燃烧效率达到90%以上。

图2. 木屑输送系统

1 松料风机 2 料仓 3 行星给料机 4 送料风机 5 输料管道

2、DZL系列燃稻壳锅炉生物质锅炉

本系列稻壳燃料锅炉，以1～10吨蒸发量小型工业锅炉为主，主要解决稻壳燃烧固有的难点。大型循环流化床锅炉燃烧稻壳已经是很完善的技术，但是大型锅炉难以在中小企业推广使用，而且中小企业也难以供应大型锅炉所需要的稻壳量。因此我们专门设计了DZL燃稻壳系列蒸汽（热水）锅炉，以满足广大中小企业用户的需求。

稻壳作为燃料的燃烧特性:

 1）低热值: Qy dw 3339 kcal/kg

 2）高挥发物: Vг 79.34 % (挥发物析出迅速）

 3）易着火:着火点277℃

 4）灰中含硅量高: 94 % (燃烧温度高于850℃时稻壳灰易形成碳硅络合物，会阻碍燃烧进行，燃烬性差。）

 5）有烧结现象：稻壳在680℃以上会发生烧结现象, 炉灰结成块。

 6）比重轻:易飘出炉膛。

 7）稻壳表面有毛刺,极不光滑,粒子之间容易产生卡塞,搭桥,流动性差,属于不易流化的介质

DZL系列燃稻壳锅炉技术特点：

1）分段燃烧，增加空中燃烧份额，布置一部分冷二次风，降低炉膛整体        温度水平。尽可能减少碳硅络合物产生。

2）设计大截面炉膛，降低炉膛出口烟速，减少飞灰量，飞灰粒度。

3）设计大截面，低速运转的炉排，延长燃料在炉内停留时间。

4）炉排面上送料采用风布送料，使燃料均匀平铺于炉排上，一进入炉膛        在炉排前部底层就着火，使底层燃料有较长的燃烬时间。

5）采用光管短前拱，降低炉前温度，控制加料斗二次风量，控制炉前着        火点。

6）采用高平长，头部有二次风的后拱，使空中布洒燃料的落点在炉排前        半部，增加燃料在炉内停留时间，并使燃料中固定碳和碳硅络合物在后拱中温环境下燃烬，减轻烧结现象，形成蓬松的烧结块。

7）设计对流受热面在中温中速下运行，减少磨损，不出现硬积灰。

8）空预器供低温一次风，可降低排烟温度，并帮助炉排面上燃料燃烧。生物质锅炉

9）合理组织三股二次风，炉排前加料斗二次风作用为均匀布料，控制炉        排前部燃料着火点，炉膛前中下部二次风作用为均匀洒布燃料，后拱处二次风风量多，射程远，主要作用为把燃料推向炉前，搅动炉烟，燃烬挥发物，降低炉温。

10）选用的链条炉排适应稻壳燃烧：

     A.设计炉排面积相对较大的，运转速度相对较慢的链条炉排。

     B.采用每组七片的大鳞片式炉排，该炉排片倾角大，有较大的储灰槽，           组成不漏灰炉排。炉排片采用含 Cr 量2%的耐热铸铁制造，炉排片           上铸有散热片，不易过热烧坏。生物质锅炉

4. 线性调节风门
E.炉排后部专设燃烬冷却区，此炉排开始下滑，炉排表面稻壳灰渣烧结层开始断裂，在此处适当加强风量可以吹小烧结块，增加灰层透风率，有利于降低灰渣含碳量和排渣温度

F.前轴采用双列向心球面轴承，润滑脂润滑。磨阻小使用寿命长。

G.无后轴采用滚轴滑道结构，无后轴过热抱轴的事故。

H.炉排两侧采用接触式密封，在侧密封下部空间有耐火材料填充，      可以减少两侧漏风和前后小风室之间的窜风。

I.炉排链条滚筒内填充石，润滑性能好，可减少前轴扭矩。

J.挡渣装置中挡渣板分为挡渣头和挡渣体分体设计，挡渣头磨损可以很       方便的更换。

L.炉排采用模块化设计，可以方便地设计特殊规格的炉排。

M.炉排传动装置，采用无级变速的调节装置。生物质锅炉

3、DZS、DZG系列燃竹丝、竹屑锅炉

   DZS系列锅炉对竹屑采用空间悬浮燃烧，也可燃烧木屑，配合炉门采用人工进料方式可以燃烧各类木块、竹块等块状燃料。本系列锅炉热负荷调节范围可达50%～110%，特别适合企业对尖峰负荷的要求。锅炉采用水火管结合的结构，采用特殊结构强化传热，锅炉总体热效率经实测，大于82%，飞灰少，燃尽度高，已经为众多家具类、竹木加工类等企业带来显著的经济效益。

   DZG系列主要以人工给料为主，本锅炉针对竹丝、木块、木条等易缠绕，大尺寸燃料而设计。进料口设在地平面一下，便于司炉工添加燃料，燃料进口部分增设水冷系统。并在燃料进口部分的水冷系统后面设计了3～4个调风箱，控制一次风量的同时，保证给氧，使燃料能充分燃烧。

4、研发方向及总结

   1）开发针对燃稻壳的小型循环流化床锅炉。

根据我们稻壳燃烧经验，最理想的稻壳燃烧方式应该是循环流化床，但是在小型工业锅炉上使用循环流化床技术，气力输送和流化特性都是有待实验研究解决的问题。而且循环流化床固有的磨损问题和耗电大的问题也同样存在。我们的研究主要以解决稻壳输送问题和流化问题为主，兼顾各地不同情况，合理调整辅机和配风，以降低耗电量。另外的炉型的设计上还需要进一步实验，用以获得****的炉膛几何尺寸，降低受热面管的磨损程度。****程度的发挥流化床锅炉燃料适应性广，负荷调节范围大，稻壳预处理简单等特点，并且克服稻壳难燃尽的难题。

  2）推广木屑燃烧器及燃料输送系统

木屑燃烧器作为我们自主开发设计的新型产品，综合考虑了木屑燃料的特性，集便利性、高效率、整体性等优点于一体，大大领先其他厂家对木屑燃料锅炉技术。木屑燃烧器配合我们设计的燃料供应系统，能够大大的简化操作工的工作量，并且自动化运行。木屑燃烧器优化了燃烧空间提高木屑燃烧效率，解决锅炉整体强化的受热面布置，锅炉热效率明显优于其他同类产品。我们需加大市场投入的力度，大力结合各地产业政策，展现我们产品高效率，低污染的特点来推广我们的木屑燃烧器和燃料输送系统。

 3）木质颗粒锅炉的研发生物质锅炉

   木质颗粒锅炉在欧美大有取代燃油锅炉的趋势。因木质颗粒的流化输送技术和储存问题都已经得到很好的解决。而国内生产木质颗粒的产家不在少数，现在目前的产品主要出口欧美等国。而我国现在面对的是油价节节攀升的情势，很多原来以燃油为燃料的用户压力越来越重，但是国家的产业政策又不允许使用煤炭为燃料，因此木质颗粒锅炉将会有很大的发展空间。首先是其燃烧基本无污染的问题，将得到环保部门的肯定；其次是木质颗粒可以像燃油一样的流体化输送，非常方便，而且木质颗粒与燃油燃气比起来，原来成本低的非常多；另外很重要的一点是，木质颗粒锅炉的燃烧水平使得锅炉热效率可以接近燃油锅炉，达到90%以上。我们的研发方向之一便是将原来燃油锅炉改进为燃木质颗粒锅炉，****化的满足客户对锅炉的要求，使得燃木质颗粒可以类比燃油锅炉，拥有全自动化的燃烧和汽水系统，以及美观的外包装。

4）以下表格以每小时蒸汽量为1吨的情况做简单的分析和对比，清晰的列出燃用不同燃料的情况下，各种指标的数据。

由于工业锅炉是我国煤炭消费的大户, 也是恶化环境的重要污染源, 因此努力提高能源利用率、尽可能使用洁净能源, 是发展工业锅炉技术的战略方向。生物质能作为可再生的清洁能源, 从技术和经济、环境保护等效益来衡量, 发展工业锅炉生物质燃烧技术都是可行的。

各 种 燃 料 燃 烧 比 较
燃 料		II类烟煤	轻柴油	天然气	木 屑	稻 壳	秸 秆	生物质颗粒
燃料低位发热量 (Kj/kg)		17693	42875	35590　 （Kj/Nm3）	13101	12689	16697 （玉米秸秆）	18392
燃料密度 （kg/m3）		～1200	850	0.741 （kg/Nm3）	130	120	80~100 （稻草～玉米）	750
锅炉热效率 （%）		75	90	91	81	80	82	82
燃烧气体排放	CO2	955	818	430	730	685	765	950
	SO2	11.8	14.20	/	/	0.2	0.1	/
	NOX	4.3	4.0	0.5	1.1	1.3	1.2	1.0
市场价格 （元/吨）		800	7000	3.4 （元/Nm3）	300	550	300	800
燃料消耗量 （kg/h）		220	69	91.8 （Nm3/h）	278	289	214	194
燃料费用		176	483	312	83.4	158.95	64.2	155.2
综合评价		重污染	高成本	高成本	推荐	推荐	推荐	推荐

备注：以上数据基于1吨蒸汽蒸发量所需热量计算生物质锅炉。