摘要：本文簡要分析了生物質燃料對循環流化床鍋爐的設計與運行的影響，并介紹了循環流化床鍋爐更好適應生物質燃料的一些針對性解決措施。
關鍵詞：生物質燃料；循環流化床鍋爐；適應
煤、石油、天然氣等化石燃料從20世紀70年代就開始大規模的開采，其存儲量急劇減少。據預測，地球上蘊藏的可開發利用的煤和石油等化石能源將分別在200年和30～40年以內耗竭，而天然氣按儲采比也只能用60年。目前，尋找替代能源已經引起全社會的廣泛關注。生物質能是一種可再生的清潔能源，來源十分豐富。它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源。當前，生物質燃料的消耗已占世界總能源消耗的14%，在發展中國家這一比例達到38%。據世界糧農組織（FAO）預測，到2050年，以生物質能源為主的可再生能源將提供全世界60%的電力和40%的燃料，其價格低于化石燃料。生物質燃料的開發利用已經成為全世界的共識。在眾多的生物質能源轉換技術中，直接燃燒是高效利用生物質資源最為切實可行的方式之一。
循環流化床CFB（Circulating Fluidized Bed）燃燒技術由于在替代燃料、處理各種廢棄物和保護環境三方面具有其它燃燒技術無可比擬的獨特優勢而逐漸受到各國的關注。在我國能源與環境的雙重壓力下，近幾年，循環流化床鍋爐在我國得到了快速發展。了解生物質燃料對CFB鍋爐的影響，采取有針對性的設計方案和相應的運行調整，對延長鍋爐的使用壽命、提高鍋爐的效率具有良好的促進作用。
1 生物質燃料種類
生物質能是植物通過光合作用將太陽能以化學能的形式存儲在生物質中。我國擁有豐富的生物質資源，但目前可供開發利用的生物質資源主要為農業廢棄物、林業廢棄物、經濟作物廢棄物、牲畜糞便、城市和工業有機廢棄物等。生物質燃料是一種清潔燃料，含硫量低，含碳量不高，燃燒后NOx和SO2的含量很低；生物質中灰分一般也很小，所以充分燃燒后煙塵含量很低。生物質燃料在燃燒過程中具有二氧化碳零排放的特點，這對于緩解日益嚴重的“溫室效應”有著特殊的意義。隨著能源危機的加劇，生物質能越來越受到人們的重視。目前國內已開發了單一生物質燃料和多種生物質燃料混合燃燒的系列化生物質鍋爐，目前已經運行過的生物質燃料多達30多種，農業廢棄物主要包括稻草、麥草、玉米秸稈、棉花桿、油菜桿、稻殼、花生殼、紅薯藤等；林業廢棄物主要包括樹皮、樹枝、樹根、木材加工廢料等；經濟作物廢棄物主要包括甘蔗渣、菌類作物的培養基等；牲畜糞便主要來源于養殖場。
2 燃料對鍋爐的影響與適應措施
2.1生物質成型技術
實踐已經證明，由于各種生物質燃料自身特性的原因，即使經過簡單破碎的秸稈、廢木材、稻殼等生物質廢棄物仍然具有熱值較低、形狀很不規則的特點。因此，它的爐前熱值經常發生很大的變化，若將其直接送入CFB鍋爐里進行燃燒，會出現燃燒不穩定的現象。另外，由于空隙率很高，這些體積龐大的生物質廢棄物也不利于長距離的運輸。為了解決上述矛盾，生物質壓縮成型技術應運而生。生物質壓縮成型技術是把生物質與經過除氯的添加劑混合后被鑄造模型制成具有統一尺寸、所含熱值均勻并易于輸送的衍生燃料。將生物質加工成成型燃料是利用CFB鍋爐燃燒生物質的重要方式。成型燃料代替原生物質燃料進行燃燒，可以減少大量的化學不完全燃燒熱損失與排煙熱損失。而且燃燒速度均勻適中，燃燒相對穩定。在生物質壓縮成型的過程中，一般都會加入一些添加劑（石灰石等）和其他輔助燃料（煤、污泥等）。這種方式充分發揮了生物質燃料易著火和其他輔助燃料燃燒穩定的優點，是當前生物質燃料進行燃燒利用的重點，各國學者的研究也大都集中于此。
2.2生物質含水量
目前國內在運行的生物質流化床鍋爐其入爐生物質燃料普遍含水量高，特別是秸稈類和樹皮類目前入爐水分在30%～50%之間，高水分燃料入爐后，著火相應延遲，爐內流化速度大，燃料在爐內的有效停留時間短，造成燃燒效率下降，燃料熱值偏低，燃料消耗量更大；著火滯后引起的爐膛上部溫度偏高使過熱蒸汽超溫，過熱器管壁溫度偏高，帶來安全上的隱患；鍋爐密相區床溫控制變得困難，鍋爐低負荷穩燃水平下降；另由于燃燒產生的煙氣量增加，排煙溫度升高，增加鍋爐的排煙損失，降低鍋爐效率。因此，要達到良好的效益必須盡量控制入爐燃料的水分在合理范圍內，首先應控制收購的燃料含水率，杜絕人為加水，其次生物質流化床鍋爐應建足夠的防雨料庫，從源頭上控制燃料入爐含水率。
2.3生物質含灰量
循環硫化床需要大量的床料顆粒在循環回路中循環，使爐膛的熱量分布更均勻，傳熱更快，燃燒更充分，因此，生物質燃料的含灰量對循環流化床鍋爐設計和運行非常重要。一般生物質燃料中本身含灰量在3%～10%之間，但由于生物質燃料的外帶雜質較多，特別是農、林廢棄物，在鍋爐實際運行中尾部灰濃度實測值是理論值的3～5倍。應控制收購的燃料灰分，杜絕人為加沙加土。
爐膛的灰濃度對循環流化床鍋爐的負荷和爐膛床溫的均勻性影響較大。在燃燒木材加工廢棄物等生物質燃料含灰量低時，靠自身的灰量無法滿足床料的要求，則在運行中一般采取添加床料，所以床料成為循環物料的主體。在設計上采用可調試返料系統的循環灰量，保證物料循環系統的暢通，穩定爐膛溫度。在運行上當燃料含灰量較高時，則需放灰，一般采取放底渣的方式。
生物質鍋爐床層的高度受燃料的含灰量影響非常大，床層的過高、過低都會影響流化質量，引起結焦。燃料灰分和雜質影響尾部飛灰的濃度，尾部的吹灰裝置應設置到位。
2.4爐內結渣、積灰、腐蝕
生物質因鉀、氯含量較高，所以燃燒后灰中含有大量堿金屬鹽，作為肥料是很好的，但是在燃燒過程中因為這些堿金屬鹽熔點低，容易在爐排、水冷壁以及尾部受熱面上結渣、積灰，應引起設計者和運行人員的高度重視。采用循環流化床燃燒方式時，這些鉀鹽會與砂床料或秸稈夾帶的泥土（含砂子）反應生成硅酸鉀一玻璃，容易造成床料結焦或顆粒長大，因此運行過程中應及時排除燃燒過程中形成的大顆粒物，補充合適的床料，維持爐內物料粒度的相對均勻。
由于灰中堿金屬含量高，導致對流受熱面的積灰嚴重，一方面需要采用合適的管子節距，同時需要選擇合適的吹灰方式。從目前的運行效果來看，脈沖吹灰、蒸汽吹灰、機械振打方式是有效的清灰方式，效果較好，而超聲波除灰效果不佳。
此外，生物質灰中富含鉀和鈉等堿金屬，熔點低，在爐膛內為汽相，在500℃左右以灰污形式凝結于高溫過熱器受熱面上，對過熱器造成高溫腐蝕。解決方法為可以將高溫過熱器放置在外置換熱器中，也可像其他燃燒方式一樣采用抗腐蝕材料如奧氏體不銹鋼材料（0Cr17Ni12Mo2）或將過熱器放置于650℃以內的煙氣中，采用12CrlMoVG或表面噴涂耐腐蝕材料；解決省煤器腐蝕的方法是使省煤器人口水溫高于HC1露點溫度20～30℃。避免或減輕空氣預熱器腐蝕的方法是采用考登鋼或熱空氣再循環，保證空預器人口溫度在80～100℃；也可以采用暖風器將空氣加熱到80～100℃以上再送入空氣預熱器。
2.5輔機的選擇
由于生物質燃料的灰量和水分的變化隨季節性和地域的變化非常大以及生物質燃料實際外帶灰量較多，在實際運行中許多生物質循環流化床鍋爐因引風機和除塵器選小導致鍋爐出力不足，爐膛冒正壓等問題。因此，選擇一次風機、引風機、布袋除塵器等設備時應充分考慮裕量。
3 結語
3.1生物質燃料對CFB鍋爐的設計與運行有很大影響。生物質燃料不僅有效提高了CFB鍋爐燃料供應的安全度，提高了CFB鍋爐對燃料的定價權，也使當地的生物質資源得到充分利用。但由于不同生物質燃料有所差別，這對CFB鍋爐設備和運行人員提出了更高要求。只有對生物質燃料的特殊性進行充分了解，在設計和運行中采取必要的措施，提高鍋爐及其系統設備的適應性和可靠性，以使生物質流化床鍋爐產生更高的社會和經濟效益。
3.2采用CFB鍋爐燃燒生物質燃料，獨燒效果不如混燒好。但是，對各種生物質燃料與高熱值燃料混燒的研究還不系統，應在混合比例和相應的污染物排放方面（特別是金屬排放方面）進行全面的研究，最好能夠形成生物質在CFB鍋爐燃燒的數據庫。
總上所述，在一系列目標的引導下，今后一個時期我國將迎來CFB鍋爐燃燒生物質燃料的高潮，同時，隨著國家對生物質能政策扶持力度的不斷加大，只有對生物質燃料進行充分了解，在設計和運行中采取必要的措施，提高鍋爐及其系統設備的適應性和可靠性。建議國家制定一定的方針政策，鼓勵和促進生物質燃料對CFB鍋爐的發展。