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 第一部分 生物质现状

       生物质作为生物质能的载体，生物质能是太阳能以化学能的形式贮存在生物质中的能量形式，它是以动物、植物、微生物及其排泄物(或废弃物)等有机物为原料，可以转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，具有资源丰富、可再生、清洁环保、二氧化碳净排放、储存和运输便利等优点。 地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。

        生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就相当于现阶段人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。 中国拥有丰富的生物质能资源，中国理论生物质能资源50亿吨左右。液体生物燃料、气体生物燃料和固体生物燃料，作为生物质燃料的“三剑客”，有足够的潜力弥补“煤、油、气”传统燃料的不足。据中国工程院可再生能源发展战略咨询报告资料显示，中国生物质能源的资源量是水能的2倍和风能的3.5倍，且分布靠近东部沿海高能耗地区。近期，每年可开发的生物质能源约合12亿吨标准煤，超过全国每年能源总耗量的1/3。近年来，中国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如薪炭林、生物质压块成型、生物质燃料、气化与气化发电等，取得了多项优秀成果。

        政策方面，2008年4月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》、2000年8月起实施的《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点》、2005年11月国家发展改革委关于印发《可再生能源产业发展指导目录》的通知中均将生物质能源的发展列为重点。《可再生能源法》已于2006年1月1日起正式实施，陆续出台了相应的配套措施，并于2009年底进行修订。在今年3月16日国家公布的“十二五”规划纲要中明确提出：“新能源产业重点发展新一代核能、太阳能热利用和光伏光热发电、风电技术装备、智能电网、生物质能。”并“大力发展沼气、作物秸秆及林业废弃物利用等生物质能”。这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持。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，排位仅次于煤炭、石油和天然气。它具有可再生和环境友好的双重属性，发展生物质能，既有利于实现能源多元化，缓解能源紧张，又有利于保护生态环境，减少温室气体排放，因此，生物质能在中国未来的能源结构中具有举足轻重的地位。

        第二部分 生物质燃料

        1、生物质燃料特性 生物质燃料是采用木屑、秸秆等农林废弃物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成颗粒状的可直接燃烧的一种新型清洁燃料。 一般农林废弃物秸秆、木屑都具有疏松、密度小、单位体积的热值低等缺点，作为燃料使用很不方便，这是造成人们不愿用秸秆作为燃料的主要原因之一。成型技术不仅能有效地解决这一问题，而且能有效地改变木屑、秸秆等燃烧特性，实现快速、洁净燃烧。 生物质成型技术是通过粉碎、干燥、机械加压等过程，将松散、细碎的农林废弃物压成结构紧密颗粒状燃料，其能量密度较加工前要大十倍左右，这种生物质成型燃料BMF便于贮运，燃烧后排放的烟灰和SO2达标国家环保限定标准，是一种适合于工业锅炉使用的新型洁净能源高品位燃料。

        2、生物质燃料的成分构成生物质燃料由可燃质、无机物和水分组成，主要含有碳(C)、氢(H)、氧(O)及少量的氮(N)、 硫(S)等元素，并含有灰分和水分。 各种成分构成见下图： 项 目 发热量 固定碳 挥发份 碳 氧指 标 17.25MJ/Kg 16.66% 73.12 % 47.90% 37.9% 项 目 氢 硫 氮 灰分 水分指 标 5.27% 0.06% 0.24% 1.8% 7.44% 碳：属于低碳燃料，含碳量少(约为45-50%)，尤其固定碳的含量低(约为16%)，因此燃烧时碳排放低。氢：含氢量多(约为5-8%)，挥发分高(约为73%)，因此燃烧特性好。氧：含氧量高(约35-40%)。生物质燃料含氧量明显地多于矿物质煤，它使得生物质燃料易于引燃。硫：含硫量少于0.08%，环保特性好，燃烧时不必设置烟气脱硫装置。氮：含氮量少于0.3%。环保特性好，燃烧时不必设置烟气脱硝装置。灰分：采用高品质的木质类生物质为主作为原料，含灰分极低，只有1.5-3%。密度：1～1.2，热值4,000～4,200Kcal/Kg，约2-2.5kgBMF替代1Kg燃料油或1立方天然气。

        3、生物质燃料的优点 生物质燃料除具有生物质燃料的一般特点外,还具有以下优点：作为高品质的均质燃料，颗粒在输送、储存、传动和燃烧方面都可以自动控制，其方便程度可以与轻质燃油相媲美;固体颗粒，密度大，体积小，闪点高，贮存安全方便，清洁干净。燃料挥发分高，燃烧特性好，燃尽率高;含硫量极低，仅为燃料油的1/20左右，不用采取任何脱硫措施即可达到环保要求; 含氮量极低，燃烧时不用采取任何脱硝措施即可达到环保要求;含灰分低，常规除尘装置即可满足环保要求。 “0”能耗：BMF燃料来自于农林废弃物，使用不计能耗，因此单位GDP能耗为0。 “0”排放：生物质燃烧排放的CO2与其在生长过程中吸收的CO2相同，且替代了化石能源，减少了净排放，根据《京都议定书》机制，生物质燃料CO2为生态“0”排放。

        第三部分 生物质锅炉系统介绍

        BMF燃料成分主要是纤维素、半纤维素、木质素。先用点火装置将燃料引燃，当达到一定温度时，纤维素和半纤维素首先释放出挥发分物质，木质素最后转变为碳。挥发分物质(占75%左右)以气态形式燃烧，然后将碳点燃。 生物质燃料的热解和燃烧过程可以分为以下几个阶段：

        引燃：BMF锅炉配备专用的燃烧器，通过燃烧器预热引燃，使燃料中的水分(约占7-10%)受热蒸发汽化，从燃料中逸出，点火燃烧。

        挥发分的析出与燃烧：燃料受热后，低分子量的物质首先分解气化导致挥发分析出，到达着火温度后即生成气相火焰。挥发分占75%左右，是BMF燃料最主要的燃烧成分。

        过度阶段：此时纤维素的热分解速度下降，而挥发分物质仍能保持燃烧火焰。

        焦炭的表面燃烧：燃料中的木质素已全部碳化，表面生成光辉炙热的火焰。

        生物质燃料的燃烧应用系统

        给料系统

        给料系统由燃料提升机、料仓、刮板给料机、炉前给料系统(包括星型给料器)等部件组成。在工厂中加工成型的燃料通过提升机转存到料仓中，然后再通过刮板给料机把料仓中的燃料供给炉前日用料仓中，通过给料机定量给料，再利用二次风的输送到炉膛气化解热室燃烧。为保证连续下料及物料输送的稳定性，在输送物料途中装有检测报警装置，及时反馈输送物料的稳定性。

        燃烧系统

        燃烧系统由下部燃烧室、风机、点火器等部件组成。 生物质燃料在燃烧器中首先有一个预热过程，然后通过风机把燃料输送到炉膛进行燃烧。BMF燃料含有很高的挥发份，当炉膛内温度达到其挥发分的析出温度时，在给风的条件下启动点火器燃料就能够迅速着火燃烧。燃烧温度控制是以炉膛内部温度为准，其温度与燃料气化时空气供给的量有关。锅炉负荷的调整通过给料量的调整来进行控制。燃烧后的烟气通过炉膛进入对流烟道进行换热，然后进入除尘器进行净化处理，最后排出完成整个燃烧和传热过程。吹灰系统 锅炉配有吹灰装置，可以定时对炉膛和烟管进行吹扫，保证烟管表面不出现积灰，从而实现锅炉的安全高效运行。

        烟风系统

        送风系统：锅炉送风系统与燃烧一体化布置，空气经鼓风机通过空预器到燃烧室送至炉膛，来达到输送燃料及助燃的作用。

        引风除尘系统：在引风机作用下，燃烧完成后产生的高温烟气经过在烟管中的对流换热进入除尘器净化，最后经引风机由烟囱排出。

        自控系统

        控制系统采用高亮度、全中文显示，以PLC控制系统为中央控制单元;以人机对话方式与锅炉用户交换信息，实现锅炉全自动操作运行。

        第四部分 生物质锅炉特点

        一、生物质锅炉的特点锅炉采用先进的生物质燃料燃烧技术——气化+悬浮燃烧技术。锅炉采用最适合生物质燃料燃烧的燃烧系统以及布风系统。 锅炉设计燃料为BMF燃料，采用气化室燃烧燃料析出的挥发份和炉排上半悬浮状态燃烧残碳的燃烧方式。锅炉采用卧式布置，炉膛布置一定的风量及氧量，利用二次风扰动炉膛烟气，达到燃烧充分效果。锅炉尾部布置有空预器、利用烟气余热加热热风送至炉膛，提高炉膛温度。

        二、燃烧方式选择根据环境保护、洁净燃烧的要求，以及燃料的燃烧特性，选用气化+悬浮燃烧的燃烧方式。由气化室、风室、炉排、支撑件和炉拱组成。燃料被输送进入气化室,，在此处由于高温烟气和一次风的作用逐步预热，干燥、着火、燃烧。已完全气化的燃料边燃烧边向炉排前部运动，直至燃尽，最后灰渣落入后部除渣口。锅炉的环保排放燃烧产生的飞灰约占燃料的1.8%左右，为方便排灰，锅炉的底部布置有螺旋出渣机，实现连续清灰。锅炉尾部烟道布置除尘器，保证烟尘排放符合环保要求。

        第五部分 经济效益分析

        一、节能效益

        根据企业生产所需热能，使用生物质锅炉替代油、气后可节约热量成本约20%。

        降耗效益：以农林废弃物为原料制备的生物质成型燃料属可再生能源，使用不计能耗，单位GDP能耗为0。按国家发改委现行政策，每减少使用一吨标准煤，可申请200元国家财政资助。 减排效益：由于生物质燃料含硫量极低，仅为燃料煤的1/50左右，符合清洁燃料指标，燃烧时不用采取任何脱硫措施即可达到国家环保要求。另外，生物质清洁燃料含硫量极低，不需设置脱硫设备就可实现SO2减排。

        环保效益：据媒体报道，我国“十二五”期间，将限定NOx的排放和温室气体的排放。因此使用BMF燃料，不需脱硝且温室气体排放为0，可提前解决此问题。 政策效益：面对全球经济变冷、空气变暖，国家针对节能减排、发展循环经济、使用清洁能源、实施清洁生产、建设生态工业园区，出台了一系列的补贴/奖励/资助/减免等财税优惠政策，根据国家现行政策，使用BMF生物质能源，完全符合国家现行政策。

        二、经济效益

        燃料用量测算：我们以一台10吨蒸汽锅炉做一个初步的计算比较，满负荷运作， 每小时耗生物质为1.68t，一天工作20小时，一月按照30天计算， 一台10吨蒸汽锅炉每月使用煤的量为:999.6t 根据上述综合因素分析，该锅炉如用柴油、生物质、天然气、煤等燃料每月的燃料总成本大致如下：柴油 8500元/吨249万元 生物质110.9万元 天然气209.2万元 98.3万元，煤104.96万元。

        综合上述：生物质锅炉虽然比燃煤锅炉燃料成本高出8%左右，但生物质主要以挥发份(木质纤维)燃烧，完全燃烧后产出只有极少的灰渣，锅炉也可以自动给料和出灰渣，降低锅炉工成本，不需要脱硫等装置，并延长对锅炉的寿命等优点，两者真正对比可以达到相等成本，再说生物质燃烧后产生的木灰(渣)是农民种菜种花的好肥料(钾肥)，可以与自然生态分解。

        综合以上结论：生物质能锅炉不仅低碳、绿色、再生、环保，而且具有良好的经济效益和社会效益，与煤燃料成本相当，达到利国利民，节能减排的要求，符合国家的十二五规划及法律法规。

        第六部分 改造方案叙述

        针对燃煤锅炉改烧生物质成型颗粒的锅炉原理叙述!

        ①、下部炉膛改造：因为煤燃烧需要一定的辐射热量温度燃烧，在烧煤的炉膛都有设计前后压火炉拱，生物质燃烧最大的成分是挥发分占75%，需要足够的氧量和炉膛烟气的扰动燃烧，针对生物质的燃烧特性，提高前、后炉拱，增加燃烧空间。

        ②、输送燃料系统改造:原有的煤斗给料系统，给料与炉排传动同时启动，因为燃生物质的弊端是停炉时回火，煤仓燃料容易着火，很容易把煤斗烧坏，把原有的煤斗撤除，更换成专用燃烧生物质成型颗粒的给料器，料斗上并配有专用的二次风降温系统，杜绝烟气温度往回辐射导致引燃燃料，脱开与炉排传动时同时给料，控制停炉时提前一定的时间先停给料，防止回火，烧坏煤斗。

        ③、炉膛二次布风系统：根据生物质燃烧特性，在炉膛两侧加装二次风系统，达到扰乱烟气流动，使挥发分、固定碳燃烧充分，炉膛燃烧不留死角，达到充分燃烧，提高炉的热效率，并设计因炉膛温度过高引起的防结焦措施，给予一定的冷风量对炉膛进行降温。

        ④、加装上料产生的粉尘回收装置：把上料时产生的粉尘利用二次风机的吸收送到炉膛进行燃烧。

        ⑤、控制系统：二次补氧风机装有变频器，经成熟的调试经验，给予合适的风量，减少电能的消耗。

山东福乐锅炉科技有限公司

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