生物质燃料是可再生的清洁能源，我国生物质燃料丰富，预计2025年、2030年生物质燃料利用将分别达到1.6亿吨、2亿吨标煤的规模。循环流化床燃烧技术具有高适应性的特点。能掺烧协同处理垃圾、生物质和污泥等各种废弃物的能力。近年来，大容量、高参数的循环流化床锅炉在我国得到了快速发展，在碳中和政策背景下，循环流化床锅炉掺烧生物质能源，在一定程度上可减少和代替化石能源的使用，降低二氧化碳排放，同时有助于解决其他污染物的排放问题，有助于研究掺烧生物质燃料对循环流化床锅炉运行的影响，有助于提出相关适应性措施，以延长锅炉寿命并提高掺烧生物质的锅炉效率。

　　一、生物质的利用

　　生物质燃料的利用方式主要有：（1）电厂利用生物质直接燃烧发电和供热；（2）大型火力发电厂利用生物质气化后产生的生物质气与煤粉耦合发电；（3）生物质资源综合利用项目，通过与污水等综合利用制沼气，用于北方散煤替代，农村使用取暖和生活用气，或提纯至生物质天然气（CH₄）罐装销售，用于汽车加气或电站锅炉等使用；（4）由于循环流化床锅炉的高适应性的特点，可以直接掺烧一定比例的生物质颗粒，替代化石燃料，减少化石燃料的使用。

　　农林生物质收集难度大、成本高的特点，对生物质的广泛利用有一定限制，大型电站的耦合及资源化利用等生物质气化发电，或罐装销售等项目一次性投资较大，且存在二次污染问题，需投入治理，利用循环流化床锅炉直接掺烧制备的生物质颗粒，投资较小，对循环流化床锅炉影响较小，是生物质大范围利用的主要形式。

　　二、锅炉掺烧生物质的影响

　　（一）锅炉掺烧生物质燃料后，燃烧特性的变化

　　掺烧生物质后的循环流化床锅炉随着掺烧比例增加，产生了明显的变化：由于掺烧生物质，燃料的挥发分增加，提高了燃料的燃烧特性，易着火，炉膛中上部温度提高，尾部受热面温度下降；锅炉的底渣和飞灰量减少，含碳量降低，锅炉效率小幅提高。研究表明，在300MW循环流化床锅炉掺烧生物质，掺烧比例10%以下时，对锅炉的燃烧特性影响较小。

　　（二）生物质含水率对锅炉燃烧及污染物排放的影响

　　当前，我国的生物质燃料的含水率普遍很高，甚至有些生物质入炉水分达到了30%—50%。（1）生物质含水量高，导致锅炉着火相应延迟，锅炉燃烧效率下降，部分受热面壁温超温，带来安全生产的隐患；同时导致锅炉密相区床温难控制，低负荷稳燃较差；由于含水量增加，烟气量增多、着火及火焰中心靠后，导致排烟温度升高，锅炉的排烟损失增大，锅炉效率下降。（2）生物质含水量增加时，烟气成分也随之变化，CO、NO₂、NO、SO₂排放量及强度随含水率的增加而降低，但是SO₃会随生物质的含水率升高而升高。氮氧化物的减少是因为当掺烧高湿度生物质燃料时，流化床内温度降低，燃烧速率降低增强了NO还原为N₂效应，同时导致NO₂相应减少；一氧化碳随水分的增加而降低，是因为燃烧效率降低，燃料停留时间较长，导致与O₂充分接触反应，同时燃烧速率降低导致燃烧缓慢，产生CO速率降低，导致平均浓度降低，从而导致烟气中CO降低，由于含水率高导致燃烧速率降低，产生SO₂停留时间较长与O₂接触时间较长，导致SO₃平均浓度增加，SO₂的浓度降低，但由于生物质燃料本身含硫量较低，掺烧生物质燃料后，SO_x污染物的整体排放水平较掺烧前有所降低。

　　（三）生物质灰分对锅炉燃烧及排放的影响

　　循环硫化床掺烧生物质需要专门设备压缩制备生物质床料颗粒，密度达到0.8—1.2t/m³，热值达到3000—5000kcal，生物质燃料中含灰量约在3%—10%之间，实际运行中，生物质，尤其是农、林废弃物，夹带杂质较多，经过制备后还存在大量杂质，导致灰分实际增加2—3倍。对于循环流化床锅炉而言，炉膛内灰浓度对锅炉负荷和床温影响较大，导致炉膛温度降低，着火延迟，锅炉效率下降，并加快锅炉受热面的磨损，同时会影响炉膛内流化质量，灰分较大时，将引起锅炉大范围的结焦。灰分较大会增加尾部受热面的积灰，影响热传导，从而导致介质吸热效率下降，锅炉效率降低。但当掺烧生物质燃料比例较大时，为稳定流化状态，要提高生物质燃料的含灰量或向床料中添加惰性物料，保持正常的物料和循环状态。

　　（四）生物质掺烧比例的影响

　　生物质的掺烧比对燃烧特性有很大的影响。由于生物质挥发分较高，在燃烧初期通过热解，生物质释放大量还原性气体的挥发分，快速与氧气反应，从而短期形成欠氧环境，抑制氮氧化物的生成，同时生物质比燃煤含氮量少，最终导致氮氧化物的产生，随着掺烧比例的增加而降低。对于SO₂和SO₃而言，生物质中含S量比燃煤中要小得多，质量分数在0.1%—0.15%，而目前的燃煤中S元素含量要求是低硫煤基本含量在1%左右，所以随着产生比例的增加，SO₂和SO₃会急剧下降；也因为生物质的挥发，会对SO₂和SO₃的产生抑制作用。对于CO₂而言，因为要达到同样的热量输出，所以基本需要的碳数量一定，产生的CO₂变化不大，但是对于生物质燃料而言，在短期内生物质是固碳—利用—固碳的循环，生物质燃料属于零碳排放，因此在实际产生温室气体效应的CO₂排放，会随掺烧生物质燃料的增加而降低，大比例掺烧生物质燃料，或资源化利用生物质，也是能源行业实现碳达峰碳中和的重要途径之一。

　　三、掺烧生物质后锅炉注意事项和应对措施

　　生物质中富含钾、氯等元素，因此混合燃料在锅炉中燃烧后，产生的灰渣就会含有大量碱金属盐，随掺烧比例的增加而增加，碱金属盐熔点较低，生物质中碱金属烧结温度在680—750℃，沙和灰的熔点都在1000℃以上，如果是掺烧生物质的混合燃料，容易使混合燃料燃烧后在700℃左右与灰分中SiO₂反应生产共晶体，产生流动并粘结更多的灰分，形成结块，造成循环物料颗粒增大，所以在运行的过程中及时排出大颗粒物料，并及时补充合适的循环物料替代。对尾部或中部的对流受热面的积灰问题，在设备改造方面，及时更换受热面管子为抗腐蚀材料，或对管子外部喷涂耐腐蚀的材料；防腐的同时改变管子排列，在运行调整方面，要根据受热面积灰情况加强局部吹灰；对于尾部受热面在运行而言，可提高空预器入口空气温度，例如，增加暖风器加热空气温度，综合考虑运行的经济性。

　　四、结语

　　在碳中和的政策背景下，利用化石燃料发电的企业，尽快研究掺烧生物质燃料的经济性和技术可行性，通过改进运行方式和增加设备防护，在循环流化床锅炉上实现大比例掺烧生物质燃料替代部分燃煤，降低温室气体排放总量，是我国大型发电企业降低碳排放实现碳中和的重要途径。