一、生物质打捆直燃锅炉应用研究背景

1、空气污染日趋加重

近年来，全国区域性雾霾天气连年出现，空气污染日趋严重，直接威胁着人们的身体健康和生活品质。以煤炭为主的能源消耗结构，是我国空气污染不断恶化的主要原因，尤其燃煤锅炉的使用，也是加重空气污染的主要源头之一。为实现国家提出2030年碳达峰，2060年碳中和的目标，研发应用清洁能源锅炉迫在眉睫。

2、将秸秆生物质能源应用于锅炉行业

生物质能源是一种可再生的绿色能源，以秸秆为主要原料直接打捆或压制成的固体成型燃料，是一种清洁低碳的可再生能源，通过生物质打捆直燃锅炉的清洁燃烧，对环境无污染，对于治理秸秆焚烧、减少燃煤排放、保护生态环境、促进人与自然和谐发展都具有十分重要的意义。

二、生物质打捆直燃锅炉工作原理

本生物质锅炉工作时，向燃烧体内加入打捆秸秆燃料。打开秸秆打捆门，用火源点燃燃烧膛内的燃料，同时启动送风、引风系统，燃料开始燃烧。通过控制器调控送风大小达到稳定燃烧。

送风系统共分为三路，第一路通过燃烧膛中部送入，向燃烧膛中部补充氧气，并推动火苗前行；第二路通过灰膛的炉箅子向上送风，帮助燃料燃烧气化，同时也可补充氧气；第三路风通过燃烧膛边的风道先预热，再进入喷火口，带动火苗向前喷出，并增加火势。通过三路风的协同配合，秸秆燃料在燃烧膛内初步燃烧气化，气化的一氧化碳、甲烷、氢气等可燃气体在喷火口集聚集中完全气化燃烧，并喷出清洁、高热量的火焰，进入换热体的烟道内。此火焰产生的热量不断供给换热体热能。

换热体内热烟气经过三个折程，烟气温度逐渐下降，带有余温的烟气从换热体的烟囱口处排出。换热体内的换热管、换热隔板和四周的水套层均可吸收烟气的热量，转换成热能，加热的水体从出水口连接的水循环系统带向需要热水的用户。

燃料燃尽后产生的草木灰大部分沉降至灰膛，可以从清灰门清理；少量轻质灰渣落入换热体底部沉降室。

三、生物质打捆直燃锅炉技术创新点

1、采用分体设计

A为秸秆燃烧炉、B为换热锅炉，燃烧炉内涂高温耐火材料，可有效防止秸秆直燃对锅炉体腐蚀，将烟尘降在燃烧炉体内。该锅炉分体设计，主要解决秸秆捆11月份供暖时，秸秆含水量大、影响供暖效果问题。可采用成型燃料和木柴代替秸秆捆进行供暖。同时，也解决秸秆捆堆放场地小、原料紧张时应急供暖需求，避免因秸秆捆运距大、成本高影响供暖。主体锅炉可烧秸秆成型燃料、木柴等可燃物，辅机烧秸秆打捆，主机可独立运行，完全能满足供暖需求。主机与辅机同时运行时，主机减少燃料消耗，以辅机秸秆打捆燃料供暖为主。

2、自动控制燃烧系统设计

该锅炉采用微电脑远程控制技术，通过对鼓风系统的调节和对进料系统的调节来控制燃烧的效果，并通过对加热体温度的控制达到对整体需求温度的自动控制，无需专人值守、清洁安全环保，锅炉室是工作室也是休息室。

3、旋风半气化燃烧

锅炉采用半气化燃烧方式，燃烧炉内产生高温可燃气，气体在锅炉换热体内进行充分二次燃烧，相当于燃气锅炉，无烟无尘无腐蚀，燃秸秆如燃气，热效率高达85%以上。
4、三折程换热降尘系统设计

锅炉换热部分采用底、中、上三折程换热方式，折程之间由上下相向的隔挡分隔，中、上折程内排布热交换管路。这种设计可以使燃料充分换热。同时烟气内携带的尘灰在曲线流动过程中沉降至换热隔挡之上，减少烟尘的排放。

5、燃料广泛

该生物质直燃打捆锅炉可烧生物质颗粒、秸秆捆、农村枝丫柴，一次可投入1-2捆秸秆捆，省工、省时、省力。

四、技术示范推广情况

生物质打捆直燃锅炉已实现大范围推广，黑龙江、锦州市黑山县、北镇市、凌海市、葫芦岛市建昌、朝阳市喀左等地都已成功推广使用生物质直燃打捆锅炉，该锅炉技术先进，运行稳定，得到用户一致好评，该锅炉技术已获国家发明专利。

五、适用范围

生物质直燃打捆锅炉适用于秸秆丰富地区，乡镇、工厂、宾馆、学校、医院、洗浴别墅等场所使用，更适合工业园区集中供暖。

六、运行成本低

下面以加热50吨42℃的热水所需各类燃料成本为例，进行结果比对

1公斤水升温1度需要1大卡热量，本次计算按自来水10度计算，升温到42度，需要升温42-10=32度（Δ=32度）50吨水=50000公斤 ，升温1度=50000 X 1大卡=50000大卡，升温32度=50000大卡X 32=1600000大卡。

综上成本比对，秸秆捆124.7元、燃煤369元、生物质颗粒405元、燃气723元、燃油1407元、耗电1613元。因此，使用生物质直燃打捆锅炉以秸秆捆为燃料，成本低。

七、经济效益、社会效益、生态效益

1、经济效益：

1吨生物质直燃打捆锅炉可供暖5000平方米，人工费、燃料费等合计总成本12.5-15.5元/ m2。目前，城市采暖费平均在25元/ m2左右，使用该设备供暖每平方米节约10元，5000 m2可节约5万元。同时，可年节约原煤250吨。

2、社会效益：

1吨生物质直燃打捆锅炉年消耗秸秆燃料360吨，即720亩地秸秆得到持续利用。因此，推广该项新技术是秸秆能源化利用的一次革命，具有显著社会效益。

1）改善空气质量，促进人居环境改善。

2）生物质直燃打捆锅炉每年可以消纳大量废弃秸秆。

3）带动农民就业、促进农民增收。

4）拉动当地相关收集、加工、运输等行业的发展。

5）提高地区生物质相关产品的技术含量，促进科技进步。

3、生态效益

推广生物质直燃打捆锅炉新技术，可避免农村大量焚烧剩余秸秆，减少大气污染，节能环保。

八、结论

生物质打捆直燃锅炉是乡镇秸秆综合利用的最好出路，我们一定要打破秸秆直燃热值低、无法实现供暖的忧虑。通过生物质直燃打捆锅炉在乡镇的应用推广证明，秸秆打捆直燃锅炉不但能供暖，并且可如燃气一样清洁燃烧，无烟无尘，真正做到“不见烟尘起、屋内暖洋洋”。实践证明，生物质打捆直燃锅炉在乡镇集中供暖经济效益、社会效益、生态效益显著，切实可行。

参考文献

1、日本能源学会.生物质和生物能源手册2007年1月

2、贾振航. 新农村可再生能源实用技术手册2008