由予生物质燃料，尤其是农业废弃物，含有比化石燃料高的氯含量和碱金属含量，使得燃烧过程中出现一些技术难点，需要认真对待，其中主要为：沾污、腐蚀、结抉，SO2、NOx、HCl以及气溶胶的排放等。 沾污与腐蚀   生物质锅炉基本上都存在严重的各级受热面的狡灰、过热器结渣与沽污的闻题，如图2所示。严重的沾污会降低传热效率，在恶劣的情况下，局部传热表面会被沾污覆盖而丧失传热性能。积灰中存在大量的KCl(40％一80％)。积灰的形成主要是由于生物质本身高的钾和氯含量引起的。钾和氯会以KCl的形式直接沉积在传热表蕊，也可能钾与灰中的硅酸盐反应生成低熔点灰，增加了粘着在传热面的趋势。   生物质锅炉过热器同样存在腐蚀的问题，并且随着蒸汽温度的升高，腐蚀率也增加。生物质锅炉中的腐蚀机理与气相氯化物有关的腐蚀，沉积物中氯化物的固相反应以及熔化的氯化物与硫酸盐的反应有关。液污秘腐键现象通常是弱时存在的。腐蚀多发生在过热器受热面上，以氯腐蚀为主。 生物质燃料锅炉结渣   在燃用生物质的流化床中，发现存在严重的结块现象。其形成的主要原因是生物质本身含有的钾钠元素等床料(通常是石英砂)发生及应，形成K2O·4SiO2和Na2O·2SiO2的低温共熔混合物，其熔点分别为870℃和760℃。这种粘性的共晶体附着在砂子表面耦互粘结，形成结块现象。在层燃锅炉中燃烧温度高于生物质燃料灰融点(灰融点低予1000℃)，形成较易碎裂的渣块。 有害气体的排放   生物质中S元素的含量一般都比较低，但在废气排放中仍可监测到有部分SO2气体。但在生物质燃烧过程中，HCl的排放则远远高予煤的燃烧，这主要归咎于生物质中的高氯含量。而这些排放物进一步与生物质巾的钾元素反应，就很容易形成气溶液。   气溶胶排放到大气会造成环境污染，而且也容易粘着在催化剂(例如SCR)表面，影响催化剂作用。   以质量撂准来看，生物质中的N含量要小于煤，但由于生物质的低热值，以能量为标准，生物质的N含量与煤同在一个数量级上。但由于流化床燃烧温度较羝，且在高瀑旋风分离器后可较方便地采用喷氨脱硝措施以满足≤100mg／m3NOx排放的严格要求。

一、锅炉燃烧调整的方法 1.生物质在振动炉排上的燃烧过程 生物质的燃烧通常可以分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。生物质在振动炉排上的燃烧过程分为预热干燥区、燃烧区和燃尽区，这可以与振动炉排的高、中和低端相对应。根据各区的燃烧特点，各区需要的风量有差别，预热干燥区和燃尽区的风量少一些，燃烧区的风量要大一些。燃料颗粒在振动炉排锅炉中燃烧可以分为两种类型：颗粒大的在炉排上燃烧，在气力播撒的过程中，颗粒特别小的在炉排上部空间发生悬浮燃烧。 2.生物质在炉排上完全燃烧的条件 炉内良好燃烧的标志就是在炉内不结渣的前提下，尽可能接近完全燃烧，同时保证较快的燃烧速度，得到最高的燃烧效率。 （1）供应充足而有合适的空气量 如果过量空气系数过小，即空气量供应不足，会增大固体不完全燃烧热损失q4和可燃气体不完全燃烧热损失q3,使燃烧效率降低；如果过量空气系数过大，则会降低炉膛温度，增加不完全燃烧热损失。最佳的过量空气系数使q2+q3+q4之和为最小值。 （2）适当提高炉温 根据阿累尼乌斯定律，燃烧反应速度与温度成指数关系。在保证炉膛不结渣的前提下，尽量提高炉膛温度。 （3）炉膛内良好的扰动和混合 在着火和燃烧阶段，要保证空气和燃料的充分混合，在燃尽阶段，要加强扰动混合。 （4）燃料在炉排上和炉膛中有足够的停留时间 （5）保持合理的火焰前沿位置。火焰前沿应该位于高端炉排与中部炉排的之间区域，火焰在炉排上的充满度好。

   生物质锅炉是利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度(热水)或一定压力蒸汽的热力设备。它是由“锅”(即锅炉本体水压部分)、“炉”(即燃烧设备部分)、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或生成蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。“锅”与“炉”一个吸热，一个放热，是密切联系的一个整体设备。   锅炉在运行中由于水的循环流动，不断地将受热面吸收的热量全部带走，不仅使水升温或汽化成蒸汽，而且使受热面得到良好的冷却，从而保证了锅炉受热面在高温条件下安全的工作。  

一炉多用在供暖同时可做饭、烧水、沐浴；超强转化系统。启动传热温度低、传热速度快；安装成本低，供暖安全：设备通用，不改变原有的取暖设备，管道、暖气片通用，利用水循环来达到供暖料来源广泛，永不枯竭，随处可取(如：谷壳、玉米秆、稻秆、麦）；安全环保：工作压力小，炒菜、烧水、洗浴、取暖等，同时也适合烧锅炉、大棚加温、大面积供暖、中小饭店使用，不受季节限制，一年四季均可使用

       1.炉排层燃        炉排层燃顾名思义指的就是将生物质燃料扑在锅炉内衣成一层的燃烧。这样有利于燃料的干燥和充分的燃烧，节约了燃料水分干燥的时间。减少了热能的挥发性。        2.浮悬燃烧        采用这种方式燃烧可以将细小的能源可以充分的使用到位，一点都不会浪费，就连会挥发的灰尘都会得到充分的燃烧。要注意炉内的除尘。不过，这种燃烧方式要安装防爆系统。        3.流床化燃烧        流床化燃烧是在炉排层燃与浮悬燃烧的中间者。运用气流来控制颗粒不被吹走，细微的颗粒也可以燃烧，采用这种方式燃烧可以减少热能散失，聚集热能是流床化燃烧的优点。由于对空气的充分接触，所以会大大减少有害物质。更不会有黑烟冒出。

  生物质燃料是可再生的碳源，具产量巨大、分布广泛、低硫、低氮、生长快、二氧化碳排放低的特点。   生物质燃料燃烧主要由下面几个条件控制：   (1)一定的温度；   (2)一定量的空气(氧气)；   (3)燃料与空气(氧气)的混合程度；   (4)燃料中的可燃物与空气中的氧气进行剧烈的化学反应时间。   生物质燃料的着火温度为250—400℃，比煤低(煤的着火温度为400～500℃)，其温度的提高由点火热供给。生物质燃料的燃烧过程是其可燃成分与空气中的氧剧烈化合并放出热量的过程，因而氧气的供给量决定燃烧反应的过程。通过对供氧量的控制，可以很好地控制其燃烧反应。现运行的生活及工业锅炉的结构若不加改造直接使用生物质颗粒燃料，锅炉将出现严重冒黑烟、效率低、有粉尘污染等现象。因此，燃用生物质颗粒燃料锅炉需要加装专门的二次送风设备，增强进氧，使其能充分燃烧，有效提高炉堂温度，减少一氧化碳和烟尘的排放及热量的流失。

  从生物质燃料锅炉运行3年来的情况来看，生物质燃料锅炉运行时应注意以下几点：   (1)根据锅炉运行时实际燃料的消耗量调整螺旋式上料机的燃料供给量。   (2)炉膛内的燃料未燃尽，鼓、引风机不得停止运行。   (3)运行中突然停电时，必须及时清除炉膛内的燃料。   (4)停炉前，不得再添加生物质燃料。   (5)停炉时，无需封火，炉排上燃料燃尽后，鼓、引风机方可停止运行。   (6)由于生物质燃料灰渣中含有较高的硅、氯及钾、钠等碱金属，灰熔点较低，容易在炉膛内结渣、结焦或沉积于受热面，严重影响燃烧生物质锅炉的传热，甚至造成腐蚀，影响锅炉的运行。因此，需要定期清理炉膛、折烟室和烟管内的积灰和灰渣。

  生物质燃料中较为经济的是生物质成型燃料，生物质成型颗粒就是利用秸秆、薪材、植物果壳等农林废弃作物，经粉碎—混合—挤压—烘干等工艺压制而成，可以制成棒状、粒状、块状等各种形状。原料经挤压成型后，密度为0.8～1.4t/m3，能量密度与中质煤相当，燃烧特性明显改善，火力持久黑烟小，炉膛温度高，而且便于运输和贮存。   用于生物质成型的方式主要有螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式等几种。目前，国内生产的生物质成型机一般为螺旋挤压式，生产能力多在0.2～0.4t/h，电机功率7.5～18kW，电加热功率2～4kW，生产的成型燃料为棒状，直径50～70mm，单位产品电耗70～100kWh/t。曲柄活塞冲压机通常不用电加热，成型物密度稍低，容易松散。   环模滚压成型方式生产的成型燃料为颗粒状，直径6～12mm，长度20～40mm，不用电加热。物料水分可放宽至18%，单机产量可达2t/h，产品电耗约为60kW/t，原料粒径要求小于1mm。该方式主要用于大型木材加工区木屑加工或造纸厂秸秆碎屑的加工。   工业锅炉主要采用直径为8～10mm、长度为25～35mm以木质为主的生物质颗粒作为燃料，其主要技术指标为：直径6～12mm，长度为直径的2～4倍，堆积密度大于600kg/m3，破碎率小于1.5%～2.0%，干基含水量小于10%～15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.07%，氮含量小于0.5%，热值大于16MJ/kg。小型固定炉排和半气化生活锅炉主要使用棒状或块状的生物质燃料。   生物质颗粒的成型密度是生物质颗粒的一个重要指标，它关系到生物质颗粒的外形质量和自然堆积密度，目前国内许多地区生产的木质颗粒燃料的密度都在1.1～1.3，然而较高的成型密度会导致生物质颗粒生产成本的增高。为了使颗粒达到一定的密度，必须提高模具成型孔的压缩比，而较高的压缩比使得成型孔在生产过程中经常被堵塞，出料缓慢使颗粒的产量下降，模具损坏几率增加。对于工业锅炉使用的颗粒燃料，将颗粒密度确定在0.8～1.1最为经济。  

  国内直燃式生物质工业锅炉常见的燃烧方式有层燃式(包括固定炉排燃烧、下饲式燃烧、链条炉排燃烧、往复炉排燃烧等)、室燃式(粉体燃烧)、悬浮式(流化床燃烧)。对于颗粒燃料，主要燃烧方式为层燃式。   (1)层燃式   在层燃炉中，热功率≤0.7MW的锅炉常采用固定炉排和下饲式燃烧，热功率＞0.7MW的锅炉较多采用链条炉排或往复炉排燃烧。   固定炉排燃烧主要解决燃料的自动连续供给且保证燃料在炉排上的均匀分布，因此配置合理的供料方式尤为重要。固定炉排四周一般为水冷受热面，生物质燃烧着火温度较低，且析出气体较多，这些气体一旦未燃尽就与水冷面接触，会导致锅炉冒黑烟情况出现，因此，布置合理的二次风对烟气进行扰动助燃可以很好地解决燃烧冒黑烟的问题。   下饲式燃烧适合于颗粒状生物质燃料，下饲式燃烧需要解决好灰渣的排除和停炉燃料自燃冒烟的问题。由于下饲式燃烧时燃料自下而上供给，灰渣在燃烧层表面，如果不能及时排除，因生物质的灰熔点较低，一定会出现结焦情况，结焦将导致炉床局部通风不畅，使得燃烧无法正常进行。   生物质易自燃，锅炉停炉时，燃烧将在缺氧状态下继续进行并产生黑烟，因此，下饲式燃烧必须具备停炉拦火功能，以防止停炉时锅炉冒黑烟。   链条炉排燃烧与往复炉排燃烧形式相似，只是炉排不同而已。理论上讲往复炉排在供给燃料推动的同时，还能使火床上的燃料受到拨动，对碳的燃尽十分有利。这个观点在燃料为生物质颗粒情况下可以成立，但对于没有进行固化的生物质燃料，由于自然堆积密度较小，炉床上料层厚度很厚，炉排面没有足够的倾斜度，往复炉排无法正常将料层向前推移，且高温区炉排易烧坏;而链条炉排燃烧相对比较稳定，炉排在返程可以得到冷却，因此目前链条炉排是生物质工业锅炉最常见的燃烧设备。   采用分段供料的往复炉排，可以让各燃烧区域推料速度不同，利用这个特性提高炉排前段运行速度，保证生物质燃料快速进入炉膛，解决了生物质易燃着火、燃烧过快的问题，将炉排后部速度降低，有利于燃料中固定碳的充分燃烧。在热功率较大的生物质层燃锅炉中，采用分段供料的往复炉排比较常见。   链条炉排、往复炉排锅炉燃烧生物质燃料必须根据生物质种类确定炉排速度和料层厚度，合理布置前后拱、炉墙、炉膛容积及配风，并设置合理的启、停炉顺序，方能保证生物质燃烧正常进行。   (2)室燃式(粉体燃烧)   粉体燃烧炉是专为燃烧家具、地板等企业生产过程中产生的大量粉体废料设计的，粉体燃烧炉采用类似煤粉炉的燃烧技术，将粉体与空气混合后喷入炉膛，粉体在炉膛内悬浮燃烧。   粉体随空气一同喷入炉膛，在炉膛内滞留时间较短，很可能未充分燃烧就进入水冷受热面，导致部分未燃尽的颗粒得不到完全燃烧、受热面上产生大量积灰。因此粉体燃烧炉如何延长粉体在炉膛内燃烧时间是该炉型主要解决的问题，同时由于粉体易燃易爆，燃烧安全也是主要考虑的因素。     (3)悬浮式(流化床燃烧)   流化床燃烧对燃料的适应性较广，生物质燃料无需固化就能在流化床上充分燃烧，一般应用于锅炉容量较大且燃料品种较杂的工业锅炉，目前国内流化床锅炉最小容量为7MW。   2.3直燃式生物质层燃锅炉独特结构   由于生物质的燃烧特性与燃煤比较相似，因此大部分生物质锅炉结构都与燃煤锅炉类似，层燃锅炉依然是生物质工业锅炉的最基本炉型。根据生物质特性设计的生物质层燃锅炉具有一些独特的结构。

  由于生物质的燃烧特性与燃煤比较相似，因此大部分生物质锅炉结构都与燃煤锅炉类似，层燃锅炉依然是生物质工业锅炉的最基本炉型。根据生物质特性设计的生物质层燃锅炉具有一些独特的结构。   (1)锅炉本体   与燃煤锅炉相同，生物质层燃锅炉本体主要有水管、水火管两种结构，一般情况下2.8MW以下的锅炉大多采用水火管结构，4.2MW及以上的锅炉主要采用水管结构。但实际应用情况表明，由于水管锅炉对流管束易积灰且不易清理，生物质燃料的粉尘比较疏松，附着力比煤灰要强许多，所以常常因清灰而造成停炉，且停炉时间较长。相比之下，水火管锅炉的烟管束不易积灰，易清理，因此国外的生物质锅炉主要采用水火管炉型。国内新型的单回程烟管水火管锅炉，在减少烟管数量、降低锅炉耗钢量的同时，保留了水火管锅炉的特征，是一种比较适合燃用生物质燃料的炉型。   (2)炉前料斗   层燃锅炉一般通过炉前料斗对炉膛供料，由于生物质燃料非常易燃，为了防止燃料提前着火或在炉前料斗内燃烧和蔓延，生物质锅炉炉前料斗内应当设置较完善的燃料隔断和密封设施，生物质颗粒燃料锅炉常采用关风机式锁料装置或滚动式拨料装置进行燃料的隔断。   (3)锅炉热效率   目前的生物质层燃锅炉热效率往往较低，主要原因是生物质易燃且固定碳很少的特征，造成炉床局部燃烧激烈，大部分炉床只有少量固定碳在燃烧，因此生物质炉床的配风处理比较困难。为了保证充分燃烧，生物质锅炉的过量空气系数普遍较高，造成锅炉的排烟损失大为上升。此外，生物质锅炉较易积灰，使得锅炉传热效果下降，这些都造成了生物质锅炉热效率下降。因此合理配置一次风和二次风，控制好风量、风压和进风位置，是提高生物质锅炉热效率的有效措施。此外，通过炉墙的合理布置，延长烟气在炉膛的滞留时间，保证挥发分得到充分燃尽。   布置合理的清灰装置，及时清理换热面的积灰，都可以大大提高锅炉的热效率。   (4)炉膛容积、炉排面积   与燃煤锅炉相比，生物质锅炉炉膛容积需要增加很多，以适应生物质燃料高挥发分的特征，降低炉膛温度，防止炉内结焦挂渣，减少NOx的产生。由于生物质固定碳含量较低、易燃尽，生物质锅炉炉排面积可适量减小。   (5)炉墙、配风   生物质燃烧一般可以分为三个区域———气化区、燃烧区和燃尽区，可以通过炉墙将炉膛划分出这3个部分，分别为燃料干燥和挥发分析出、挥发分燃尽、固定碳燃烧及固定碳燃尽的区域。一般来说，生物质燃料易着火，所以炉膛的绝热度相对可以低些，前拱可以高且短，后拱覆盖面也可以减少很多，但合理布置中隔墙可以延长烟气在炉膛内的燃烧时间，保证烟气的充分燃尽。   合理配风是烧好生物质的基本条件，由于挥发分高且析出迅速，通过二次风进行炉膛烟气扰动是使挥发分完全燃烧的有力措施。常见生物质燃料的理论空气量为4～5m3/kg，过量空气系数控制在1.4左右为佳，二次风约占总风量的25%～30%，二次风应当布置在燃料气化区的出口或上部。   (6)炉排速度 炉排速度是燃料供应量的保证。一般生物质燃料的自然堆积密度都很小，为了满足锅炉出力的需要，必须具有足够快的炉排速度作为支撑。   由于生物质自然堆积密度过小及热值偏低，需要提高料层厚度和炉排速度方能满足燃烧量的需求，但过高的炉排速度会直接影响生物质中固定碳的完全燃烧，这也是造成生物质锅炉热效率低的一个原因。将生物质固化成成型颗粒可以很好地解决这一问题。     (7)锅炉除渣、除尘   生物质燃料锅炉的烟尘中硫氧化物、氮氧化物的含量较低，但粉尘含量相对较大，且粉尘密度、粒径都很小，离心式除尘装置效率较低，比较有效的方法是采用布袋除尘器，为了防止大颗粒火星进入布袋，可以离心除尘和布袋除尘联合使用。一般来说，锅炉除尘可根据当地环保要求配置水膜除尘器或布袋除尘器，在环保要求高的地区可配置布袋除尘装置。   由于木质生物质燃料的灰分含量很低(2%左右)，因此锅炉排渣系统可采用水力冲刷、气力吹扫或人工清理，一般状况下，容量10t/h以下的锅炉可采用人工清理，每班清理1～2次。  

秸秆是一种清洁的可再生资源, 是生物质燃料的一种, 具有CO2 “零排放”的特性。但是, 秸秆氯元素含量高, 灰渣中钾、钠成分高, 熔点低, 锅炉运行中容易造成结渣、腐蚀和堵灰。因此, 燃用秸秆的锅炉需要解决炉前燃料输送、破碎、储存、防火以及锅炉本体的结渣、堵灰、腐蚀等问题。 1  输送、破碎 目前秸秆的输送和破碎主要有4 种方式: (1)在收购站将秸秆破碎之后再运至电厂, 此方式可保持电厂环境清洁, 但是运输成本较高; (2)在收购站打包, 运送至电厂料场堆放, 在入炉前破碎, 此方式运输成本相对较低, 但需要注意料场防火; (3)不破碎, 在收购站打包后运送至电厂直接入炉, 此方式对锅炉燃烧技术要求极高, 燃料入炉后不易烧透, 会增加机械不完全燃烧损失; (4)将秸秆压块, 将松散的秸秆压成颗粒状, 其能量密度可增10 倍左右, 大幅度降低运输和存储成本。目前, 国内外常用第2 种方法。 2  低灰熔点结焦 同传统燃料相比, 秸秆燃烧的低灰熔点问题尤其突出(某些秸秆灰熔点变形温度约为650 ～ 700 ℃)。对此, 可从以下几方面解决: (1)水冷振动炉排与纯风冷的炉排相比, 冷却效果更佳, 更适合生物质燃料的燃烧。水冷振动炉排具有自拨火功能, 落在炉排上燃烧的秸秆能够随着振动频率和振动周期进行翻滚, 防止外部生成的焦炭互相搭桥、结渣、粘结在炉排面上。炉排面积热负荷可达3200 W/(m2 /h)。 (2)对于强结焦性秸秆, 应该选取较低炉膛容积热负荷。由于采用分段送风技术, 炉膛断面热负荷可以达到1 700 kW/m² , 炉膛容积热负荷可达140 kW/m³ 。 (3)生物质燃料的燃烧属于扩散燃烧, 燃烧温度较低, 其燃烧速度主要取决于氧气到达碳粒表面的速度。因此, 送风应具有一定的刚度, 同时考虑在炉膛下部尽可能形成风帘, 加大风与碳粒的接触面积, 增加秸秆在炉膛的停留时间。为防止结焦, 送风地点不宜过分集中, 风口的布置和送风方向应保证与之发生燃烧反应的燃料所释放的热量不足以产生结焦现象。 3  堵灰 生物质燃料的灰量按质量计不高, 但是由于比重轻, 所以体积大。在锅炉尾部, 烟气温度较低, 灰中含有Cl 、S 、K 、N a 等元素组成的复杂混合物, 具有较强的粘结性和腐蚀性, 一旦粘在金属表面就容易产生腐蚀。因此, 尾部受热面的设计可考虑采用屏式布置形式, 此时烟气尽管速度较低, 但是由于节距过大, 所以灰无法搭桥, 不易产生堵灰。 4  高温、低温腐蚀 秸秆的高温腐蚀主要与Cl2 和HCl 有关。金属表面在氧化环境中会形成一层Fe3O4 氧化膜, 可以对金属起到防止氧化反应向金属纵深发展的保护作用。但是, 由于Cl2 和HCl 的存在, Cl 元素在整个反应链中起到催化剂的作用, 具体化学反应式如下: M(s)+Cl2(g) MCl2(s) M(s)+2HCl(g) MCl2(g)+H2(g) MCl2(s) MCl2(g) 式中,M 代表Fe ,Cr ,Ni 。 金属剥落层表面的金属氯化物与氧气发生如下反应: 3MC l2(g)+2O2(g) M3O4(s)+3Cl2(g) 2MC l2(g)+(3/2)2O2(g) M2O3(s)+3Cl2(g) 由此可见, 气态氯在几乎没有消耗的情况下不断将金属由金属表面传递到氧气分压力高的剥落层表面。同时, 还伴有碱金属氯化物的硫酸化与金属氧化膜直接反应等一系列的化学反应。其腐蚀反应式如下: 4M(s)+3Cl2(g) 2M3O2(s) 高温腐蚀在金属壁温470 ～ 600 ℃之间速度较快,而目前国内燃烧秸秆锅炉主蒸汽温度多在此温度范围, 高温腐蚀不可避免, 因此应尽可能地延缓高温腐蚀。 延缓高温腐蚀的措施主要为合理布置受热面, 严格控制受热面金属壁温和选取抗高温腐蚀能力较强的材料。 当金属壁面温度低于150 ℃时, 低温腐蚀的速度非常快。这种腐蚀属于电化学腐蚀, 是由于烟气中的HCl 和SO3 在露点以下形成盐酸和硫酸, 这些酸对受热面金属产生腐蚀。防止低温腐蚀的方法是将排烟温度控制在露点所确定的烟气出口温度之上。在按照常规布置方式无法满足要求的情况下, 空气预热器采用蒸汽或水作为换热介质是较好的解决方法。在经济性无法满足的情况下, 可以考虑采用耐低温腐蚀性能较好的材料。