【儀表網 儀表研發(fā)】近期，中國煤炭科工集團有限公司煤科院節(jié)能技術有限公司(以下簡稱科工節(jié)能)自主研發(fā)的小容量生物質粉體鍋爐技術，通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的鑒定，達到高水平。目前，該技術建立了生物質粉體氣流床著火理論模型，開發(fā)了氮定向轉化精準調控技術，并在山西進行工程示范，提高了生物質粉體燃燒效率。為解決我國北方地區(qū)農村冬季取暖問題，解決北方地區(qū)偏遠農村無法實現(xiàn)集中供暖管網全覆蓋的問題提供了思路。
從煤粉燃料到非煤燃料
2003年以來，科工節(jié)能以煤粉工業(yè)鍋爐為主要研發(fā)對象，開發(fā)了中小容量煤粉低溫、低氮燃燒技術，服務于高寒礦區(qū)、市政熱力和工業(yè)園區(qū)。圍繞煤粉燃燒這一核心技術，該公司形成了完整的煤粉工業(yè)鍋爐儲供、燃燒以及污染物處理的自主技術體系。
小容量生物質粉體鍋爐房外觀
2018年以后，為響應國家號召、拓寬應用市場，科工節(jié)能開始向非煤方向拓展。“當時，燃煤電站鍋爐基本完成了煙氣超低排放改造，業(yè)內人士普遍認為電站鍋爐技術下一步的方向就是碳減排，工業(yè)鍋爐燃燒技術發(fā)展也應順應大勢。不過，工業(yè)鍋爐點多面廣，應用場景更復雜，技術實施難度也更大。”該公司科技發(fā)展部技術骨干陳隆表示。
立足實際，科工節(jié)能將碳減排著力點放在了燃料身上。以農作物及其廢棄物、木材及其廢棄物、動物糞便等為代表的生物質燃料，在生長過程中吸收二氧化碳、燃燒時釋放二氧化碳，具有良好的碳中和屬性，且來源廣泛。
“結合‘雙碳’目標，我們要將化石燃料轉變?yōu)榉腔剂希热缟镔|或低碳、零碳燃料，氫或高含氫的燃料。目前，氫燃料技術還在研發(fā)階段，所以生物質燃料是較優(yōu)的選擇。”該公司科技發(fā)展部主任張鑫表示。
提高燃燒效率，克服技術弊端
瞄準生物質燃料方向后，科工節(jié)能加大科研投入，設立并申報課題，聯(lián)合相關供熱企業(yè)和高校，研發(fā)出小容量生物質粉體鍋爐技術。在煤粉工業(yè)鍋爐技術體系基礎上，該公司結合生物質粉體長徑比大、流動性差、灰熔點低、易結焦和腐蝕等特點，研發(fā)了適合生物質粉體的高壓引射式文丘里供料器和高速燃燒器，規(guī)避了傳統(tǒng)生物質鍋爐燃燒效率低、氮氧化物排放量高、鍋爐容易結焦和腐蝕的缺點。
“與傳統(tǒng)生物質粉體鍋爐相比，新技術最大的變化在于燃燒方式，這也是我們的核心技術。生物質粉體在雙錐逆噴燃燒器里著火穩(wěn)定，形成高速噴射的火焰，進入爐膛里強混燃燒；爐膛壁 面和燃燒器內壁保存著低溫、高速流動的空氣膜，這樣能有效防止結焦和腐蝕，同時減少氮氧化物排放量。”該公司科技發(fā)展部副主任牛芳說。
此外，在污染物脫除技術方面，由于生物質中含有很多堿金屬，對傳統(tǒng)催化劑的毒化作用較為明顯。
“因此，我們開發(fā)出具有自主知識產權的氧化耦合半干法污染物脫除技術，能夠實現(xiàn)酸性氣體的自脫除，脫硝率達到70%以上，脫氯化氫率達到70%以上，同時除塵率能夠達到99.99%，最終實現(xiàn)超低排放。”牛芳表示。
尋找應用場景，促使成果落地
生物質粉體燃料應用場景主要為北方村鎮(zhèn)集中供暖、工礦企業(yè)蒸汽供應，也可以是城市熱電聯(lián)產項目。在此背景下，科工節(jié)能開展了市場調研，加速成果轉化。以山西省晉中市村莊集中供暖為例。該村人口在2500人左右，沒有接入城市集中供熱管網。供暖面積約為10萬平方米，熱負荷約為7兆瓦，供暖潛力較大。最終，科工節(jié)能與該市熱力公司達成合作協(xié)議，建設首套生物質粉體鍋爐示范工程。
為了按照計劃點火，技術人員一直堅守在工程現(xiàn)場。2020年春節(jié)前后，鍋爐準備試運行，正巧碰上疫情暴發(fā)。調試的2個月，也是疫情形勢最嚴峻的時期，技術人員舍棄春節(jié)假期，嚴格遵循防疫措施，想辦法克服困難，收集大量科研數據，并完成了該村1000戶家庭供暖服務，為后續(xù)的技術優(yōu)化打下了堅實基礎。
“對于農村供暖來說，煤改電、煤改氣的成本相對較高，有些農戶承受不起。與燃氣鍋爐相比，燃料成本是生物質粉體鍋爐最大的優(yōu)勢；與其他生物質鍋爐相比，粉體高效燃燒技術與污染物凈化技術的先進性是我們的優(yōu)勢。”陳隆表示。此外，該項技術還實現(xiàn)了測量控制的智能化，僅需一名村民操作，就可以對設備進行啟停控制。
數據顯示，生物質粉體燃燒效率達到99.5%以上，氮氧化物排放量小于200mg/Nm3(毫克/標準立方米)，凈化后小于50mg/Nm3。如今，科工節(jié)能先后在山西晉中其他農村和農谷開發(fā)區(qū)推廣應用了7套生物質粉體鍋爐系統(tǒng)。
小容量生物質粉體鍋爐房內部
“我們將在推廣使用中不斷優(yōu)化技術，繼續(xù)深化對生物質粉體的清潔高效燃燒研究，探索小型生物質粉體鍋爐耦合冷熱電三聯(lián)供等技術，進一步拓寬有機固廢燃料的適用范圍，最終實現(xiàn)在分布式燃燒領域創(chuàng)新、清潔、智慧等用能優(yōu)勢。”張鑫說。
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