生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展

生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展摘要：摘要：生物质燃料中含有的燃料氮含量较低,但是大约70%～100%(质量分数)的氮最终会转化为NOx,并且秸秆等生物质燃料燃烧排放的NOx含量较木质燃料等更高.此外,近年来,我国空气质量面临严峻态势,NOx是常见的大气污染物,对居民身体健康、生产和生活有很大影响.因此,本文对目前国内外的NOx燃烧控制技术进行综述,总结了各类技术的优缺点,及我国目前对于生物质锅炉NOx控制技术遇到的瓶颈,并对该研究领域的未来趋势做出展望。目前，尽管世界上的主要燃料为煤、石油、天然气等传统的常规能源，但是，全球目前已探明储量的可供开采的石油、天然气和煤炭资源分别将在25、27和97a后用尽耗竭;此外，化石燃料的开采、运输以及使用过程中会造成较为严重的环境污染.随着化石能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重，洁净可再生能源的开发与利用已经引起了世界的广泛关注.生物质能是唯一一种可运输和储存的可再生绿色能源，并且由于具有能量高转换效率和环境友好的优点，越来越受到世界各国的重视.我国是一个农业大国，薪柴资源短缺，因此，国外成熟的木质生物质燃料燃烧器并不适用，需要针对我国国情，开发适合的利用方法及燃烧技术.此外，近年来，我国空气质量面临严峻态势，与木质燃料和传统化石燃料相比，秸秆等生物质燃料燃烧排放的NOx含量较高，因此，对于生物质燃料的燃烧，传统煤炭锅炉亦不完全适用，亟需开发高效的生物质燃料燃烧器，在能源高效利用的同时降低NOx污染物的排放.1生物质资源的研究现状生物质资源的研究现状1.1我国生物质资源现状我国生物质资源现状生物质能源是一种以生物质为载体的能量，即通过光合作用将获得的太阳能转化为化学能并贮存在生物质中的能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，是太阳能的一种廉价储存方式.目前的技术水平下具备开发价值的农村生物质资源一般包括农作物秸秆、林木生物质残余物、禽畜粪便与能源作物等.从2001年到2015年，我国农业总产量逐年提高，2015年农业总产量为2.24×1019J，其中种植业产量为1.53×1019J(68.47%)，林业、畜牧业与渔业产量分别为4.64×1018、2.04×1018与3.89×1017J，其中，可用于作为农业生物质能的资源高达9.10×1018J.然而，我国生物质资源的品位较低，分散性较大，大量生物质资源被随意填埋与焚烧，成为影响环境的废弃物.目前，生物质资源化利用率较高的为种植业副产物农作物秸秆，已被用作工业原料和生物燃料，总量为4.29×1018J，占种植业产量的27.79%，其中，玉米、水稻、小麦等农作物秸秆产量占秸秆总产量的70.24%.但是，大部分的秸秆资源仍被直接焚烧或随意丢弃，仅有极少部分秸秆被应用于锅炉进行集中燃烧供能，燃烧效率不足15%.1.2生物质燃料的特性生物质燃料的特性生物质能是可再生能源，具有生态意义上的碳的零排放，燃烧产物相对清洁.由于目前大气污染较为严重而且能源日益短缺，因此开发与利用生物质能具有十分巨大的能源与环境保护战略意义.目前，我国还没有颁布关于生物质固体成型燃料的统一的国家标准，普遍认为的生物质固体成型燃料是指利用农林废弃物(稻壳、秸杆、树皮、木屑等)作为原材料，通过一系列的预处理(收集、干燥、粉碎等)，采用特殊的生物质固体成型设备，将预处理后的生物质材料挤压成规则的、密度较大的棒状、块状或颗粒状等形状的成型燃料.通过调研和文献对比，表1列出了各种典型的生物质燃料及传统燃煤的工业组分、元素组成、热值等参数的汇总结果.由表1可见，生物质燃料产生出的热值较高，通常为17～20MJ·kg-1，且秸秆与稻壳的挥发分质量分数高达70%～85%，因此具有优良的点火燃烧性能以及良好的代煤效果.此外，生物质燃料硫含量几乎为零，氮含量极低而且灰分含量较低，因此，生物质燃料的二氧化硫(SO2)与氮氧化物(NOx)排放低，二氧化碳(CO2)零排放，排渣少，飞灰少，灰渣可还田，因此，具有显著的环保特性.尽管生物质成型燃料的制作需要经过收集、运输、加工等过程，会带来一定的成本，但是与现在原煤及型煤相比，生物质原料价格低廉，因此，生物质成型燃料在价格上仍然具有较大的优势，这也在很大程度上有助于生物质能源的推广与使用.虽然，生物质燃料清洁可再生，具有十分广阔的应用潜力，但是，实现生物质燃料高效、清洁燃烧需要使用专门设计的燃烧器.从20世纪30年代开始，美国、日本、芬兰等许多发达国家逐渐重视并都投入了大量精力来研究生物质成型技术和木质成型燃料;80年代以后，成型技术已日渐成熟，并形成了一定的推广规模;到了90年代，在木质颗粒燃料燃烧器方面，部分美欧以及日本等国家的燃烧器已经逐渐定型，而且在加热、供暖、干燥等领域大范围的推广与应用