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多燃料多流程循环流化床清洁高效燃烧关键技术解决了工业锅炉能效低、污染重的问题

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  生物质能源因种种优势而在全球能源市场中占有一席之地,近年来,我国生物质能源产业迅速发展。但随着生物质成型燃料每吨140元补贴取消、生物质散料差点被扣上高污染的帽子等一系列政策变化后,生物质能源化进入了相对低谷,急需破解生物质能发展的制约瓶颈。此外,我国现有的低效率、高污染中小型工业锅炉亟待改造、大量农林废弃物和可燃工业废弃物尚未充分利用与有效处理。

  在倡导清洁能源消费的今天,这些问题是否能得以解决?记者11月6日在中国工程院召开的清华大学资源环境研究组的“多燃料多流程循环流化床清洁高效燃烧关键技术”科技成果评价会上获悉,该技术或可成为有效解决途径。中国工程院杜祥琬院士、武强院士、中国农村能源行业协会节能炉具专业委员会秘书长贾振航、北京交通大学教授贾力等9位行业专家充分认可这项技术,指出“这项技术发明对调整我国能源结构、治理大气环境污染、消纳工业固体废弃物、推广清洁供暖、推进农村环境治理等方面提供了创新思路与解决方案。”

  是什么技术让专家们如此肯定,一致给出“达到国际领先水平”的评价结果?

  受季节性影响大?

  可烧多种燃料保证连续运行

  技术带头人、清华大学张衍国教授介绍,基于全球首创的“三级炉膛、两级循环”关键技术,使采用该技术的工业锅炉燃料范围大幅扩大——秸秆、木屑、稻壳、玉米芯等生物质类,药渣、咖啡渣、造纸废料、烟梗、酒糟、糠醛渣等可燃工业固体废弃物,甚至劣质煤炭等都可以单独或者混合进行清洁燃烧,并对燃料尺寸要求宽松。

  “秸秆等农林废弃物一到秋天就堆积如山,过了春天秸秆存量明显不足。生物质能源的季节性特点太明显了!但这个技术可以解决这个问题,它适合多种固体燃料混燃,有秸秆烧秸秆,有树枝烧树枝,还可以混烧多种可燃工业废弃物与煤炭。这在以前是没有的。锅炉连续运行、燃料多样化使其用途更为广泛,成本较低、经济性好,具有广阔的市场应用前景。”专家指出。

  中国的生物质利用还处于摸索中,以生物质锅炉为例,就存在 “吃不饱”、受收集半径影响经济性差等问题。此项技术可以根据生物质资源收储和供热需求现状,灵活调整锅炉容量,从而适应生物质收集经济半径,使农林废弃物与可燃工业废弃物尽可能得到就地能源化再利用。另外,专家提出如果这项技术有效推广或可探索出生物质扶贫的新路子。

  记者从会上了解到,目前该技术在生物质能热利用、可燃固体废弃物能源化利用以及煤炭清洁燃烧三大领域已有六十余项工程案例,并出口到美国、印尼、蒙古国、台湾等国家和地区。随着规模化的应用,该技术已经显现了很好的经济、环境和社会效益。

  目前,该技术已获得授权发明专利授权25 项,实用新型专利28 项,申请国际PCT(专利合作协定) 专利4 项,在台湾地区落地PCT 专利1 项。

  烧秸秆、燃煤不环保?

  可达超低排放标准

  燃料问题解决了,排放问题是否也有突破?

  张衍国告诉记者,经专业机构检测,该技术大气污染物排放指标远优于GB13271-2014规定的排放限值,并且实现了超低排放,还于去年获得了中国节能协会“节能减排技术发明奖”一等奖。

  据悉,该技术采用低温、分级燃烧,初始氮氧化物生成量较低,再采用选择性非催化还原技术脱硝,进一步降低了氮氧化物排放。通过两级脱硫、两级脱硝,可以轻松达到超低排放要求。

  以在运行的杭州富阳海通管桩厂15蒸吨每小时锅炉供热项目为例,经检测,排放的烟气中氮氧化物、二氧化硫、颗粒物的排放浓度分别为每立方米45、30以及8.2毫克。

  与会专家指出,烟杆烟梗是最难烧也是必须要烧的,因为烟杆烟梗会污染土地,又因碱金属含量高、焦油含量高,采用常规燃烧技术均无法充分燃烧,该技术突破性地解决了这个难题。“可以说,烟杆烟梗都可以清洁燃烧,别的生物质就完全不成问题。”

  此外,该技术即便用于劣质煤燃烧,排放同样可轻松达到天然气排放标准。同时,较传统层燃锅炉热效率提高了20%-30%,而且环保装置初始造价低,运行成本低,可靠性高。

  由于该技术可提供蒸汽、热水、导热油等多种形式的清洁热源,用途广泛,与会专家认为其具有显著的创新性。

  小锅炉就一定低效?

  “傻瓜”式稳定运行效率达88%-92%

  该技术为何既拓宽了燃料范围,可实现固体混燃,又可以达到环保要求?

  张衍国教授告诉记者,关键在于将传统立式循环流化床锅炉的炉膛“折二为三”——创新性地实现了流化床炉膛上行床主燃室、下行床副燃室和上行床燃尽室等三级炉膛串行布置,三级炉膛与立式分离器、水平分离器和下排气分离器等分离装置之一构成了新型循环燃烧系统。

  据介绍,该技术可以实现在产能为10蒸吨每小时至130蒸吨每小时范围内锅炉的热效率达到88%-92%。正是由于实现了“三级炉膛、两级循环”的炉膛结构和循环方式,锅炉具有极强的自平衡性。这种“傻瓜式”运行脱离了频繁的人工操作,在简单操作的条件下就可以轻松实现高效率、低排放。

  数据显示,我国现有工业锅炉约50余万台,其中35蒸吨以下中小锅炉约占70%。中小型锅炉数量多,分布分散,平均运行效率仅有60%-65%,负荷多变,能耗高、污染排放严重。同时改造为燃气锅炉又存在气源少、成本高、管道难以覆盖,是《燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案》中的难点问题。专家指出,该技术可有效解决工业锅炉替换问题,应用前景广阔。

  另外,由于该技术对燃料尺寸要求比较粗放,无需复杂的燃料制备系统;锅炉传动部件少,运行可靠,故障率相对较低;初始排放低,环保设施维护费用低,因此可大大节约成本。张衍国指出,按照未来5年在全国推广300套燃生物质锅炉进行测算,本技术产品可累计产生营业收入约22.5亿元。