近期，中國煤炭科工集團(tuán)有限公司煤科院節(jié)能技術(shù)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(zhì)粉體鍋爐技術(shù)，通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前，該技術(shù)建立了生物質(zhì)粉體氣流床著火理論模型，開發(fā)了氮定向轉(zhuǎn)化精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)，并在山西進(jìn)行工程示范，提高了生物質(zhì)粉體燃燒效率。為解決我國北方地區(qū)農(nóng)村冬季取暖問題，解決北方地區(qū)偏遠(yuǎn)農(nóng)村無法實現(xiàn)集中供暖管網(wǎng)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(shù)，服務(wù)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(shù)，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(shù)體系。

小容量生物質(zhì)粉體鍋爐房外觀

2018年以后，為響應(yīng)國家號召、拓寬應(yīng)用市場，科工節(jié)能開始向非煤方向拓展?！爱?dāng)時，燃煤電站鍋爐基本完成了煙氣超低排放改造，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為電站鍋爐技術(shù)下一步的方向就是碳減排，工業(yè)鍋爐燃燒技術(shù)發(fā)展也應(yīng)順應(yīng)大勢。不過，工業(yè)鍋爐點多面廣，應(yīng)用場景更復(fù)雜，技術(shù)實施難度也更大?！痹摴究萍及l(fā)展部技術(shù)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(nóng)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(zhì)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(jié)合‘雙碳’目標(biāo)，我們要將化石燃料轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔剂希热缟镔|(zhì)或低碳、零碳燃料，氫或高含氫的燃料。目前，氫燃料技術(shù)還在研發(fā)階段，所以生物質(zhì)燃料是較優(yōu)的選擇?！痹摴究萍及l(fā)展部主任張鑫表示。

提高燃燒效率，克服技術(shù)弊端

瞄準(zhǔn)生物質(zhì)燃料方向后，科工節(jié)能加大科研投入，設(shè)立并申報課題，聯(lián)合相關(guān)供熱企業(yè)和高校，研發(fā)出小容量生物質(zhì)粉體鍋爐技術(shù)。在煤粉工業(yè)鍋爐技術(shù)體系基礎(chǔ)上，該公司結(jié)合生物質(zhì)粉體長徑比大、流動性差、灰熔點低、易結(jié)焦和腐蝕等特點，研發(fā)了適合生物質(zhì)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(zhì)鍋爐燃燒效率低、氮氧化物排放量高、鍋爐容易結(jié)焦和腐蝕的缺點。

“與傳統(tǒng)生物質(zhì)粉體鍋爐相比，新技術(shù)最大的變化在于燃燒方式，這也是我們的核心技術(shù)。生物質(zhì)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(jìn)入爐膛里強(qiáng)混燃燒；爐膛壁 面和燃燒器內(nèi)壁保存著低溫、高速流動的空氣膜，這樣能有效防止結(jié)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(shù)方面，由于生物質(zhì)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(chǎn)權(quán)的氧化耦合半干法污染物脫除技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)酸性氣體的自脫除，脫硝率達(dá)到70%以上，脫氯化氫率達(dá)到70%以上，同時除塵率能夠達(dá)到99.99%，最終實現(xiàn)超低排放?！迸７急硎?。

尋找應(yīng)用場景，促使成果落地

生物質(zhì)粉體燃料應(yīng)用場景主要為北方村鎮(zhèn)集中供暖、工礦企業(yè)蒸汽供應(yīng)，也可以是城市熱電聯(lián)產(chǎn)項目。在此背景下，科工節(jié)能開展了市場調(diào)研，加速成果轉(zhuǎn)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(wǎng)。供暖面積約為10萬平方米，熱負(fù)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(dá)成合作協(xié)議，建設(shè)首套生物質(zhì)粉體鍋爐示范工程。

為了按照計劃點火，技術(shù)人員一直堅守在工程現(xiàn)場。2020年春節(jié)前后，鍋爐準(zhǔn)備試運(yùn)行，正巧碰上新冠疫情暴發(fā)。調(diào)試的2個月，也是疫情形勢最嚴(yán)峻的時期，技術(shù)人員舍棄春節(jié)假期，嚴(yán)格遵循防疫措施，想辦法克服困難，收集大量科研數(shù)據(jù)，并完成了該村1000戶家庭供暖服務(wù)，為后續(xù)的技術(shù)優(yōu)化打下了堅實基礎(chǔ)。

“對于農(nóng)村供暖來說，煤改電、煤改氣的成本相對較高，有些農(nóng)戶承受不起。與燃?xì)忮仩t相比，燃料成本是生物質(zhì)粉體鍋爐最大的優(yōu)勢；與其他生物質(zhì)鍋爐相比，粉體高效燃燒技術(shù)與污染物凈化技術(shù)的先進(jìn)性是我們的優(yōu)勢?！标惵”硎尽４送?，該項技術(shù)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(shè)備進(jìn)行啟?？刂?。

數(shù)據(jù)顯示，生物質(zhì)粉體燃燒效率達(dá)到99.5%以上，氮氧化物排放量小于200mg/nm3（毫克/標(biāo)準(zhǔn)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(nóng)村和農(nóng)谷開發(fā)區(qū)推廣應(yīng)用了7套生物質(zhì)粉體鍋爐系統(tǒng)。

小容量生物質(zhì)粉體鍋爐房內(nèi)部

“我們將在推廣使用中不斷優(yōu)化技術(shù)，繼續(xù)深化對生物質(zhì)粉體的清潔高效燃燒研究，探索小型生物質(zhì)粉體鍋爐耦合冷熱電三聯(lián)供等技術(shù)，進(jìn)一步拓寬有機(jī)固廢燃料的適用范圍，最終實現(xiàn)在分布式燃燒領(lǐng)域創(chuàng)新、清潔、智慧等用能優(yōu)勢?！睆場握f。