1、生物质颗粒燃料特性

　　燃料特性主要包括：水分质量分数、挥发分质量分数、元素成分、发热量、灰分质量分数及其成分、颗粒粒径的分布、破碎特性、密度等几个方面。生物质颗粒燃料的特殊性主要表现在以下几个方面：

　　（1）生物质颗粒燃料挥发分高，析出温度低，且析出过程短。

　　（2）水分质量分数多变，高水分对燃烧的初始阶段影响很大。

　　（3）生物质燃烧后灰分少，灰的质地松软。

　　（4）生物质颗粒燃料的半焦活性高，燃尽快。

　　 （5）生物质颗粒燃料的硫质量分数低，污染物排放质量浓度低。

　　（6）多数一年生草本类生物质钾、氯质量分数高。

2、生物质颗粒燃料特性对锅炉的影响

　　燃料特性对锅炉的影响主要体现在：着火的难易、燃烧的稳定性、结渣和黏结、成灰的特性及炉内灰的质量浓度分布、燃烧效率、污染物排放、受热面布置、破碎系统的选取、辅机的选用。

　　生物质生物质燃烧过程：首先是燃料颗粒得到高温床料的加热并干燥；然后是燃料热解及挥发分燃烧；接着是某些颗粒会发生膨胀和一级破碎；最后是焦炭燃烧并伴随磨损现象。

　　生物质颗粒燃料特别易燃，挥发分燃烧在短时间内完成（约3s）。半焦燃烧主要阶段在燃料入炉后8～10s，半焦的基本燃尽需要45～50s，因此生物质在炉膛的燃烧过程和煤的燃烧过程在发生时间、燃烧历程等方面有着显著的区别。

　　2.1灰分质量分数的影响

　　生物质需要大量的床料颗粒在循环回路中循环，使得热量分布更加均匀，传热更快，燃烧更充分。

　　2.1.1对燃烧的影响

　　灰分质量分数的增加使锅炉物料循环量增加，使炉膛燃烧温度下降，特别对采用中温分离的生物质锅炉尤为明显。采用中温分离的生物质生物质锅炉，一般情况下返料温度在620℃左右，而当含灰量大大增加时，会使返料温度低于550℃，从而使炉膛温度迅速降低，有时甚至造成炉膛灭火事故。

　　2.1.2对负荷的影响

　　烟气中灰分质量浓度对生物质锅炉炉膛的传热系数影响很大，当灰分质量浓度增加时，水冷壁的对流和辐射传热系数都将增加，因此灰分质量浓度作为调节负荷与床温的手段被广泛采用。

　　2.1.3对料层的影响

　　在生物质锅炉运行中维持床高的相对稳定十分重要。床层过高、过低都会影响流化质量，引起结焦。

　　2.1.4对尾部受热面布置的影响

　　燃料灰分质量分数影响烟气中飞灰质量浓度，从而影响尾部受热面的积灰和磨损。由于生物质颗粒燃料外带灰量的影响，使尾部省煤器积灰严重，因此省煤器结构由原来的错列布置改为顺列布置。

　　为了尽量减少燃料中灰分质量分数变化产生的不利影响，当燃料含灰多时，一般采取放底渣的方式。当生物质颗粒燃料含灰少时，靠自身的灰量无法满足床料循环的要求，则在运行中一般需要添加床料。所加床料成为循环物料的主体，且应不易被磨损，如采用石英砂、河砂等。

　　2.2灰成分的影响

秸秆灰750℃开始熔融，1000℃后熔融质量分数超过30％，1200℃彻底处于融化状态。灰的成分不同，则灰的熔点和烧结温度也不同，对流化床运行的结团、结渣和高温腐蚀的影响也不同，碳酸化、硫盐化产物易引起黏结，灰的硬度也不同。

　　对流受热面易形成高温黏结灰，积灰则是由生物质中易挥发物质（主要是碱金属盐）在高温下挥发进入气相后，与烟气、飞灰一起流过烟道和受热面（主要是过热器和再热器）等设备时，会通过一系列的气固相之间的复杂的物理和化学过程，以不同的形态在对流受热面上发生凝结、黏附或者沉降。积灰容易产生高温碱金属腐蚀、锅炉尾部低温氯腐蚀和飞灰搭桥等问题，在锅炉设计和运行中须引起注意。

　　针对流态化过程的结焦聚团导致流化失败和碱金属导致的高温腐蚀、低温腐蚀问题，可以从以下几个方面加以解决：

　　（1）利用生物质易燃特性，控制燃烧回路温度。由于生物质灰熔点普遍较低，炉膛采用750～850℃（根据燃料的灰熔点确定）能有效抑制碱金属的结渣，减少腐蚀的发生。

　　（2）密相区选择合适的流化速度，通过调整循环倍率，通过循环物料把合适的热量携带到炉膛上部。

　　（3）采用足够的炉膛换热面积，或在炉膛上部布置自然循环水冷屏，以降低炉膛出口烟气温度。

　　（4）中温循环灰保证密相区稳定的运行温度（700℃以下），同时保持密相区一定的温度。

　　（5）设计独特的高效分离装置和较大的返料通径，保证循环回路通畅。

　　（6）高温级受热面布置在较低烟气区域，控制金属壁面温度。

　　（7）依据工质温度选择合适的材料。中温中压参数的高温过热器的材质一般选用12Cr1MoVG，高温高压参数锅炉的高温过热器用耐腐蚀的不锈钢，如TP347或SUS316等，甚至可以采用临界参数锅炉才用的SA-213T91[1]。

　　（8）尾部受热面管组一般采用顺列布置，横向节距要比燃煤锅炉大，可以防止飞灰搭桥。采用合适的吹灰手段有效控制灰沉积。

　　（9）低温区域（空气预热器）常选择09CuPCrNi-A（考登钢），或搪瓷管等防腐蚀材料，以减少低温氯腐蚀对锅炉的不利影响。

　　2.3水分质量分数的影响

　　生物质颗粒燃料中水分质量分数（含水量）普遍较高，因此对锅炉炉膛运行的影响很大，主要体现在：

　　（1）燃料入炉后水分大量吸热，导致密相床温降低，影响燃料的着火、燃烧。

　　（2）使得燃烧中心上移，炉膛上部温度过高。

　　（3）燃尽度降低，增加了不完全燃烧损失。

　　（4）烟气量增加，尾部受热面吸热份额增加。

　　（5）锅炉排烟温度提高，热损失增加，降低了锅炉效率

　　 随着含水量的增加，排烟温度和热损失明显增加，因此含水量是燃料利用效率降低的主要因素。同时燃料含水量还对其稳定燃烧有着不利的影响。因此，生物质生物质锅炉虽然对水分波动的适应性较强，但要达到良好的经济效益应尽量控制入炉燃料的水分在合理范围内。

　　2.4燃料颗粒粒径的影响

　　生物质燃烧对燃料的适应性较广，对入炉燃料粒径要求并不严格。但生物质颗粒燃料密度小、质地柔软、有韧性，破碎难度大，大部分易缠绕，流动性极差，过大或过小的颗粒粒径都不太合适。

　　2.4.1对炉前处理设备及给料设备的影响

　　生物质有两类燃料：硬杆和软杆。硬杆密度大，一般采用链板输送；软杆密度小，体积膨松，一般采用螺旋铰龙输送。颗粒小，破碎要求相应提高，成本增加；颗粒大，会带来缠绕、堵塞等问题，影响燃料输送。

　　2.4.2对锅炉燃烧的影响

　　生物质颗粒燃料一般较轻，其燃烧一般是挥发分析出和焦炭的燃烧。颗粒太小，炉内停留时间太短，不能燃尽，增加尾部受热面积灰及飞灰含碳量；颗粒太大，炉内颗粒分布不均，挥发分析出慢，焦炭颗粒大，燃烧不充分，影响锅炉正常运行。因此，生物质颗粒燃料颗粒粒径应加以控制，对于秸秆类的燃料破碎后尺寸控制在2～3cm为宜，最大尺寸小于10cm。

　　生物质颗粒燃料含灰量对生物质锅炉的稳定燃烧、炉膛的传热系数、尾部受热面的积灰和磨损都有很大的影响，维持相对稳定的燃烧环境在运行中十分重要。控制燃烧区域温度，选择合适的下料速度也很重要。生物质颗粒燃料大都含有很多水分，影响其着火、燃烧，降低锅炉效率，因此应尽量控制入炉燃料的水分。太大的燃料颗粒会使得燃烧不充分，影响锅炉正常运行，也必须适当加以控制。

只有对生物质颗粒燃料的特殊性充分掌握，在设计和运行中才能更好地加以利用，提高锅炉及其系统设备的适应性和可靠性，以使生物质直燃技术产生更高的社会和经济效益。