近期，中國煤炭科工集團有限公司煤科院節能技術有限公司（以下簡稱科工節能）自主研發的小容量生物質粉體鍋爐技術，通過了中國煤炭工業協會組織的鑒定，達到國際先進水平。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農村冬季取暖問題，解決北方地區偏遠農村無法實現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，科工節能以煤粉工業鍋爐為主要研發對象，開發了中小容量煤粉低溫、低氮燃燒技術，服務于高寒礦區、市政熱力和工業園區。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鍋爐儲供、燃燒以及污染物處理的自主技術體系。

 

2018年以后，為響應國家號召、拓寬應用市場，科工節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，工業鍋爐燃燒技術發展也應順應大勢。不過，工業鍋爐點多面廣，應用場景更復雜，技術實施難度也更大。”該公司科技發展部技術骨干陳隆表示。

 

立足實際，科工節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為非化石燃料，比如生物質或低碳、零碳燃料，氫或高含氫的燃料。目前，氫燃料技術還在研發階段，所以生物質燃料是較優的選擇。”該公司科技發展部主任張鑫表示。

 

提高燃燒效率，克服技術弊端

 

瞄準生物質燃料方向后，科工節能加大科研投入，設立并申報課題，聯合相關供熱企業和高校，研發出小容量生物質粉體鍋爐技術。在煤粉工業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，規避了傳統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，對傳統催化劑的毒化作用較為明顯。

 

“因此，我們開發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集中供暖、工礦企業蒸汽供應，也可以是城市熱電聯產項目。在此背景下，科工節能開展了市場調研，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，科工節能與該市熱力公司達成合作協議，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場。2020年春節前后，鍋爐準備試運行，正巧碰上新冠疫情暴發。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，為后續的技術優化打下了堅實基礎。

 

“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勢。”陳隆表示。此外，該項技術還實現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，科工節能先后在山西晉中其他農村和農谷開發區推廣應用了7套生物質粉體鍋爐系統。