毛洪钧等：生物质锅炉氨氧化物排放控制技术研究进展 表1不同来源生物质燃料工业分析、元素组成和热值 Table I Statistics regarding industrial analysis index,elemental composition,and calorific value of different biomass fuels 工业分析/% 热值/ 元素质量分数/% 生物质燃料 参考文献 灰分 挥发分 固定碳(Mkg1) C H N 云杉木 1.50 70.20 29.30 20.50 51.40 6.10 0 0.30 [8-10] 原料 白杨木 2.70 84.81 12.49 19.38 48.45 5.85 0.01 0.47 [11-12] 木质 榉木 0.50 82.50 17.00 19.60 49.50 6.20 0.01 0.40 [8,13-14] 成型燃料 0.40 81.52 13.20 18.52 44.66 7.64 0.10 0.32 [15] 原料 2.80 82.20 15.00 10.73 49.40 5.60 0.10 0.60 [9,11,13] 玉米枯秆 成型燃料 8.96 69.18 17.62 15.29 43.76 5.60 0.18 1.09 [16] 原料 18.67 65.47 15.86 14.00 38.45 5.28 一 0.88 [8,12,17] 稻草 成型燃料 13.86 65.11 16.06 13.98 38.32 5.06 0.11 0.63 [18] 原料 7.02 75.27 17.71 19.30 49.40 6.10 0.17 0.70 〔8,12,14] 小麦秸秆 成型燃料 8.90 67.36 19.35 15.37 41.28 5.31 0.18 0.65 [18] 原料 2.80 59.30 37.90 一 53.60 6.60 0.10 1.50 [9,13] 核桃壳 成型燃料 0.68 80.8818.44 17.60 51.11 5.80 0.05 0.20 [19] 锯末 原料 2.80 82.20 15.00 18.02 55.34 5.83 0.00 0.09 [13,20-21] 成型燃料 0.96 80.30 18.70 18.64 52.15 5.37 0.01 0.10 [20-21] 原料 1.40 69.30 28.30 19.50 50.80 5.60 0.00 1.00 [8-10] 榛子壳 成型燃料 2.28 20.61 77.11 19.85 53.50 6.10 [22] 烟煤 20.6421.05 50.01 23.38 61.33 3.20 0.49 0.85 [18] 无烟煤 16.80 8.00 67.20 20.97 67.70 3.10 0.70 1.00 [18] 是农村地区的主要能源之一.在我国每年可生产7 1.3.2锅炉燃烧技术 亿多吨农作物秸秆，研究表明，秸秆直接燃烧值约为 随着锅炉燃烧技术的逐渐完善，目前已成为一 标准煤的55%，根据热值，如果全部用来燃烧，可折 种先进的生物质燃烧技术.该技术使用锅炉作为生 合大约4亿吨标准煤[2.然而，在我国，秸秆的利 物质燃烧器，以生物质作为锅炉燃烧的燃料，通过控 用存在较多的问题，例如利用情况落后、污染大等。 制燃料在锅炉中的燃烧状况，进而提高生物质的利 此外，国外的生物质燃烧主要以木质材料为主，而我 用效率.相对于直接燃烧技术，锅炉燃烧技术更适 国主要为农作物秸秆，因此根据我国生物质燃烧的 合于生物质资源的集中、大规模利用.但是由于锅 国情，不能照搬国外的经验与技术 炉结构较为复杂，控制参数较多，因此对该技术的使 1.3生物质燃料的利用方式 用要求较高.在国外，流化床技术是一种被广泛采 1.3.1直接燃烧技术 用的生物质能锅炉燃烧技术，由于国外发展较早，该 生物质直接燃烧技术就是将生物质直接作为燃 项技术已经有了相当大的规模，而且在这项技术运 料进行燃烧，利用产生的热能来进行生产与生活. 行方面，也有了很多较为成熟的经验 直接燃烧的技术要求较低，燃烧方式最为简单.骆 目前，生物质锅炉主要有两种炉型，即纯烧生物质 仲泱等26]研究表明，自20世纪80年代开始，在我 的水冷振动炉和混烧生物质的循环流化床锅炉.其中， 国政府的大力推广下，节柴灶在农村得到广泛使用， 循环流化床锅炉是将粒径为6~12mm的燃料和石灰 至1996年底，有1.7亿户家庭使用节柴灶，节柴灶 石注入炉或燃烧室，颗粒在一股向上流动的空气（占总 的推广使用每年可以为国家减少数千万吨标准煤的 空气体积分数的60%~70%)的作用下悬浮，二次风从 能源消耗.但是，根据张百良的研究，旧式炉灶不但 锅炉上方进入燃烧室，促进生物质颗粒的充分燃烧，燃 热效率低（通常只有10%左右）、浪费燃料，而且燃 烧温度为840~900℃左右[2】.水冷振动炉通过周期性 烧过程产生的颗粒物、硫氧化物、氨氧化物等会严重 的振动，燃料在炉排上被抛起，燃烧的同时跳跃前进， 污染环境[).因此，这种传统的生物质燃烧方式燃 炉渣也在这个过程中由炉排末端排出[] 烧效率较低，大量浪费能源和资源，且污染环境. 但是，水冷振动炉对燃料的适应性较差、燃烧效毛洪钧等: 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 表 1 不同来源生物质燃料工业分析、元素组成和热值 Table 1 Statistics regarding industrial analysis index, elemental composition, and calorific value of different biomass fuels 生物质燃料 工业分析/ % 灰分 挥发分 固定碳 热值/ (MJ·kg - 1 ) 元素质量分数/ % C H S N 参考文献 云杉木 1郾 50 70郾 20 29郾 30 20郾 50 51郾 40 6郾 10 0 0郾 30 [8鄄鄄10] 木质 原料 白杨木 2郾 70 84郾 81 12郾 49 19郾 38 48郾 45 5郾 85 0郾 01 0郾 47 [11鄄鄄12] 榉木 0郾 50 82郾 50 17郾 00 19郾 60 49郾 50 6郾 20 0郾 01 0郾 40 [8, 13鄄鄄14] 成型燃料 0郾 40 81郾 52 13郾 20 18郾 52 44郾 66 7郾 64 0郾 10 0郾 32 [15] 玉米秸秆 原料 2郾 80 82郾 20 15郾 00 10郾 73 49郾 40 5郾 60 0郾 10 0郾 60 [9, 11, 13] 成型燃料 8郾 96 69郾 18 17郾 62 15郾 29 43郾 76 5郾 60 0郾 18 1郾 09 [16] 稻草 原料 18郾 67 65郾 47 15郾 86 14郾 00 38郾 45 5郾 28 — 0郾 88 [8, 12, 17] 成型燃料 13郾 86 65郾 11 16郾 06 13郾 98 38郾 32 5郾 06 0郾 11 0郾 63 [18] 小麦秸秆 原料 7郾 02 75郾 27 17郾 71 19郾 30 49郾 40 6郾 10 0郾 17 0郾 70 [8, 12, 14] 成型燃料 8郾 90 67郾 36 19郾 35 15郾 37 41郾 28 5郾 31 0郾 18 0郾 65 [18] 核桃壳 原料 2郾 80 59郾 30 37郾 90 — 53郾 60 6郾 60 0郾 10 1郾 50 [9, 13] 成型燃料 0郾 68 80郾 88 18郾 44 17郾 60 51郾 11 5郾 80 0郾 05 0郾 20 [19] 锯末 原料 2郾 80 82郾 20 15郾 00 18郾 02 55郾 34 5郾 83 0郾 00 0郾 09 [13, 20鄄鄄21] 成型燃料 0郾 96 80郾 30 18郾 70 18郾 64 52郾 15 5郾 37 0郾 01 0郾 10 [20鄄鄄21] 榛子壳 原料 1郾 40 69郾 30 28郾 30 19郾 50 50郾 80 5郾 60 0郾 00 1郾 00 [8鄄鄄10] 成型燃料 2郾 28 20郾 61 77郾 11 19郾 85 53郾 50 6郾 10 — — [22] 烟煤 20郾 64 21郾 05 50郾 01 23郾 38 61郾 33 3郾 20 0郾 49 0郾 85 [18] 无烟煤 16郾 80 8郾 00 67郾 20 20郾 97 67郾 70 3郾 10 0郾 70 1郾 00 [18] 是农村地区的主要能源之一. 在我国每年可生产 7 亿多吨农作物秸秆,研究表明,秸秆直接燃烧值约为 标准煤的 55% ,根据热值,如果全部用来燃烧,可折 合大约 4 亿吨标准煤 [25] . 然而,在我国,秸秆的利 用存在较多的问题,例如利用情况落后、污染大等. 此外,国外的生物质燃烧主要以木质材料为主,而我 国主要为农作物秸秆,因此根据我国生物质燃烧的 国情,不能照搬国外的经验与技术. 1郾 3 生物质燃料的利用方式 1郾 3郾 1 直接燃烧技术 生物质直接燃烧技术就是将生物质直接作为燃 料进行燃烧,利用产生的热能来进行生产与生活. 直接燃烧的技术要求较低,燃烧方式最为简单. 骆 仲泱等[26]研究表明,自 20 世纪 80 年代开始,在我 国政府的大力推广下,节柴灶在农村得到广泛使用, 至 1996 年底,有 1郾 7 亿户家庭使用节柴灶,节柴灶 的推广使用每年可以为国家减少数千万吨标准煤的 能源消耗. 但是,根据张百良的研究,旧式炉灶不但 热效率低(通常只有 10% 左右)、浪费燃料,而且燃 烧过程产生的颗粒物、硫氧化物、氮氧化物等会严重 污染环境[27] . 因此,这种传统的生物质燃烧方式燃 烧效率较低,大量浪费能源和资源,且污染环境. 1郾 3郾 2 锅炉燃烧技术 随着锅炉燃烧技术的逐渐完善,目前已成为一 种先进的生物质燃烧技术. 该技术使用锅炉作为生 物质燃烧器,以生物质作为锅炉燃烧的燃料,通过控 制燃料在锅炉中的燃烧状况,进而提高生物质的利 用效率. 相对于直接燃烧技术,锅炉燃烧技术更适 合于生物质资源的集中、大规模利用. 但是由于锅 炉结构较为复杂,控制参数较多,因此对该技术的使 用要求较高. 在国外,流化床技术是一种被广泛采 用的生物质能锅炉燃烧技术,由于国外发展较早,该 项技术已经有了相当大的规模,而且在这项技术运 行方面,也有了很多较为成熟的经验. 目前,生物质锅炉主要有两种炉型,即纯烧生物质 的水冷振动炉和混烧生物质的循环流化床锅炉. 其中, 循环流化床锅炉是将粒径为 6 ~ 12 mm 的燃料和石灰 石注入炉或燃烧室,颗粒在一股向上流动的空气(占总 空气体积分数的60% ~70%)的作用下悬浮,二次风从 锅炉上方进入燃烧室,促进生物质颗粒的充分燃烧,燃 烧温度为840 ~900 益左右[28] . 水冷振动炉通过周期性 的振动,燃料在炉排上被抛起,燃烧的同时跳跃前进, 炉渣也在这个过程中由炉排末端排出[29] . 但是,水冷振动炉对燃料的适应性较差、燃烧效 ·3·