摘 要：生物質(zhì)鍋爐及顆粒燃燒器的煙氣污染物排放已引起人們的重視。生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的污染物主要有顆粒物、一氧化碳和氮氧化物等污染氣體。綜述了國內(nèi)外關(guān)于生物質(zhì)燃燒的煙氣排放特性及影響因素，如不同生物質(zhì)燃料種類及性能、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)和進(jìn)料系統(tǒng)配置及參數(shù)等，著重介紹了進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)量配比、過量空氣系數(shù)、氧氣濃度以及進(jìn)氣流速等因素對煙氣污染物排放的影響，提出了生物質(zhì)燃燒煙氣排放特性和污染物控制研究中應(yīng)注意的問題。

生物質(zhì)是一種清潔可再生能源，具有總量大、來源廣、污染小等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。生物質(zhì)鍋爐及燃燒器是生物質(zhì)燃料燃燒利用的主要設(shè)備，其煙氣污染物排放涉及的影響因素較多。若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工況參數(shù)不合理，則生物質(zhì)燃燒的煙氣污染物排放會(huì)超出排放標(biāo)準(zhǔn)，造成環(huán)境污染和危害人體健康。

生物質(zhì)由可燃質(zhì)、無機(jī)物和水分組成，其元素以C、H、O為主，含有少量的N、S。諸多研究結(jié)果表明，生物質(zhì)燃燒排放的煙氣污染物以CO、NOx和顆粒物為主，SO2等物質(zhì)僅占很少部分。因此，在生物質(zhì)燃燒領(lǐng)域，CO、NOx以及顆粒物的污染排放與控制被廣泛關(guān)注。眾多研究成果表明，燃料種類及性質(zhì)、進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)以及進(jìn)料系統(tǒng)的配置及參數(shù)是影響煙氣污染物排放的主要因素。其中，進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)主要包括風(fēng)量配比、過量空氣系數(shù)、氧氣濃度和進(jìn)氣流速等，進(jìn)料系統(tǒng)主要包括進(jìn)料方式和進(jìn)料量等因素。如不能合理控制這些影響因素，生物質(zhì)燃燒排放的煙氣污染物增多，從而制約鍋爐及燃燒器的推廣應(yīng)用。本文綜述了生物質(zhì)燃燒的污染物排放特性和規(guī)律，旨在為生物質(zhì)高效燃燒利用和煙氣污染物控制提供參考。

1、不同種類生物質(zhì)燃料的影響

不同種類的生物質(zhì)燃料直接影響煙氣污染物的排放量。左朋萊等在生物質(zhì)成型燃料鍋爐中分別燃燒木屑、花生殼、棉花稈以及玉米稈，結(jié)果表明玉米稈成型燃料燃燒后的煙塵排放量最高，達(dá)到369.8mg／Nm3，花生殼成型燃料燃燒后的煙塵排放量最低，僅為99mg／Nm3。關(guān)于CO排放量，在空氣流速3L／min、爐溫800℃燃燒情況下，竹基成型燃料燃燒排放的CO濃度遠(yuǎn)大于木基成型燃料。玉米稈揮發(fā)分少，灰分含量多，結(jié)渣嚴(yán)重，導(dǎo)致局部混合氣體濃度較大，形成缺氧燃燒環(huán)境，而木質(zhì)顆粒松散不易結(jié)渣，故在相同的流速與進(jìn)料速率下，玉米稈顆粒CO的排放量＞棉稈顆粒CO的排放量＞木質(zhì)顆粒CO的排放量。在流化床中以相同實(shí)驗(yàn)條件燃燒桉樹和松樹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)松樹生成的CO含量更少。草制成型顆粒熱值低、水分高，故燃燒時(shí)的爐溫相對較低，排放出的CO濃度少。綜上所述，不同種類生物質(zhì)燃燒在煙塵排放量以及CO的生成量上有很大的差異。

不同種類生物質(zhì)混合燃燒也可改變煙氣污染物排放狀況。與純木屑成型燃料燃燒相比，麥稈加到木屑中混合燃燒排放的顆粒物質(zhì)量濃度大幅增加(13倍)，但是草蘆加入到木屑中混合燃燒卻只是輕微增加了煙氣中顆粒物的排放，此外麥稈與木屑混合燃燒生成的CO、SO2等氣體也大幅增加。不同種類的生物質(zhì)與煤混合燃燒有不同的煙氣排放特性，在富氧燃燒條件下的SO2生成量：玉米稈混煤＞麥稈混煤＞稻稈混煤，NO生成量：稻稈混煤＞玉米稈混煤＞麥稈混煤，隨著生物質(zhì)配比的提高，各試樣SO2與NO排放量以及轉(zhuǎn)化率均降低。因此，為改善煙氣污染物的排放，可適當(dāng)考慮混合燃料燃燒的方法。

2、生物質(zhì)燃料特性參數(shù)的影響

生物質(zhì)燃料的性能參數(shù)如密度、含水率、顆粒大小和熱值等都會(huì)對煙氣排放產(chǎn)生較大影響。成型燃料致密性高，表面揮發(fā)分首先析出，然后內(nèi)部揮發(fā)分緩慢釋放，形成穩(wěn)定的燃燒環(huán)境，所以一般使用壓縮成型的顆粒燃料燃燒比生物質(zhì)原料燃燒更加穩(wěn)定。當(dāng)生物質(zhì)成型燃料尺寸增加時(shí)，燃料不充分燃燒現(xiàn)象更加明顯，CO排放量上升。高熱值的燃料生成更多的NOx氣體，因?yàn)槠淙紵筛嗟臒崃繌亩呷紵郎囟龋瑫r(shí)增加了燃?xì)馀c空氣的混合時(shí)間。Vi-cente ED等研究發(fā)現(xiàn)顆粒物的排放主要受燃料性質(zhì)和燃燒工況的影響，高含水率燃料、低過量空氣系數(shù)、燃燒器設(shè)計(jì)缺陷等都會(huì)造成顆粒物質(zhì)量濃度的增加。

有學(xué)者研究表明，生物質(zhì)中的灰分以及含水率對煙氣排放影響不大。盡管草制成型燃料比木質(zhì)成型燃料有著更高K和灰分含量，但在燃燒時(shí)并沒有表現(xiàn)出更高的顆粒物排放。經(jīng)過烘干處理的生物質(zhì)不一定能改變煙氣排放性能，Ndibe C等在下降管反應(yīng)器中分別燃燒有烘焙過和沒有烘焙過的生物質(zhì)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)兩者有著相似的NOx排放以及近似的粒度分布。關(guān)于不同生物質(zhì)灰分以及水分含量對煙氣污染物排放的影響，這方面的文獻(xiàn)報(bào)道相對較少，因此，可進(jìn)一步探索。

生物質(zhì)的N含量對NOx的排放有著復(fù)雜的作用效果。一般來說燃料中的N含量越大，生成的NO含量越多。與其他大部分生物質(zhì)相比，干草成型燃料(N含量最豐富)生成的NOx最多。劉海澤研究了在爐溫900℃，30％O2／70％CO，環(huán)境下煙氣中NO的生成總量：甘蔗渣＜木屑＜稻殼＜秸稈，其中燃料的N含量：甘蔗渣(0.21％)＜木屑(0.46％)＜稻殼(0.53％)＜秸稈(0.64％)，這說明燃料的N含量越高，NO的排放量也越高。趙欣等也做了相似的研究，在相同進(jìn)料速率和空氣流速情況下得出NO的排放量：木質(zhì)顆粒＜玉米秸稈顆粒＜棉稈顆粒，原因是木質(zhì)顆粒燃料的含N量比其他種低得多，而棉稈的N含量最高且燃燒時(shí)的溫

度要高于另外兩種。但是也有研究表明NO的生成量與生物質(zhì)中的含氮量不是正相關(guān)關(guān)系，有研究發(fā)現(xiàn)含N量高的竹基成型燃料燃燒排放的NO含量并沒有明顯高于木基成型燃料。因此，有關(guān)燃料N含量與煙氣污染物排放的關(guān)系還有待闡明。