引言：当前，世界各国都已经根据自己的实际情况作出了相应的减排承诺，而我国也于2020年联合国大会上提出了“双碳”的目标。生物质是全球第四大能源，具有经济和环境友好的特点，是一种无碳、可再生的能源。我国是一个农业大国，生物质资源十分丰富，在当前阶段，对生物质进行主动、有效地开发和利用是实现碳减排的一条重要途径，而直接燃烧是当前最主要的一种形式。针对生物质燃料热值偏低的缺点，富氧燃是提高其燃烧稳定性和燃尽率的一条有效途径，富氧燃烧技术改造后的烟道出口烟气中CO2浓度更高，有助于CO2的高效分离，并实现CO2的捕获、封存与循环使用。
一、生物质燃料的主要特点
首先，在受热面积灰问题上，燃油在燃烧时排出的气体会在气-固-液三相之间进行转化，在惯性碰撞、热泳、冷凝扩散及化学反应作用下，有一部分会粘附在传热面上，导致锅炉运行效率下降。生物质燃料中K、Cl含量高，其表面积灰现象明显，700℃以上时，碱金属以KCl为主迅速向烟气中释放，同时Cl也促进了碱金属氯化物的析出。KCl在流动过程中被冲刷至低温传热面，生成初始沉积层，KCl增大壁面黏度，使烟气中的飞灰被吸热器捕获，进而加速沉积层的长大，而最外层因传热效率下降而逐渐上升。此外，由于碱金属元素的加入，灰渣的熔点也有所下降，灰渣在积灰表面熔化后，会进一步加重积灰现象。
其次，在受热面的高温腐蚀问题上，以氯化钾为代表的碱金属氯化物在受热面上沉积，使其受热面发生严重的高温腐蚀。有关的研究发现，在500℃左右，氯化钾会与铬发生腐蚀，生成二氯离子。研究结果表明，受热面中碱金属元素的浓度及表面温度的变化对受热面的腐蚀有很大的影响。
最后，就主要污染物而言，各种生物质燃料的硫质量分数一般都在0.5%以下，大大小于硫，然而在燃烧过程中，生物质生成的焦炭颗粒在流动过程中会被分解，生成大量飞灰，在进入脱硫装置后会吸附在石灰石表面，阻碍其溶出，进而降低其催化活性。各种生物质燃料氮含量通常在0.5%-1.5%之间，并且在燃烧过程中有80%的氮被转化成NOx，所以其氮含量及NOx转化效率都比煤低。此外，由于生物质燃料的热值比较低，炉膛中的低温也能起到一定的抑制作用。然而生物质燃烧过程中产生的碱性金属盐会随着烟气进入SCR反应体系，导致催化剂中毒，从而影响脱硝效果。
二、生物质锅炉富氧燃烧技术
1.富氧系统
如果将富氧系统与生物质锅炉相结合，则有可能出现纯氧气不能充分混合、入炉燃烧时因局部含氧量高而出现高温现象，从而引起局部受热面结渣、高温腐蚀等问题，甚至有NOx生成超标的风险。为此有必要对富氧系统中的充氧及混氧过程进行设备研制，以保证高氧与高温烟气的安全、均匀混合。基于富氧燃烧理论，在不同负荷条件下各机组对应的最优供氧量，探索不同类型、不同生物质燃料条件下助燃体含氧量与锅炉负荷的变化规律，并进行自动化调控，以降低其运行成本。
2.配风系统
一、二次风的分配模式对炉膛内的火焰分布有很大影响，例如：以燃用生物质的炉排炉，过剩空气系数通常在1.25，一、二次风比大约为4:6。流化床内的生物质颗粒在炉膛内的混合、点火及燃烧是由炉排的运动（往复式、振荡等）与一次风协同作用完成的。床面生物质受热受热点火后会沿着一次风逆向进入床层，同时，一次风的引入也能起到降温的效果，防止由于高温而加速损失。二次风的存在对炉膛中的气液两相燃烧有很大的影响，并对其燃尽速率及污染物的产生有重要的影响。采用二次空气分级送风方式，在火焰中心处形成一个具有较高温度的还原区，既能有效地抑制NOx的产生，又能使可燃物充分燃烧，因此，选择合适的通风方式可以有效地改善炉膛中的燃烧状态，减少污染物的排放。但是在实际操作过程中，根据实际情况进行调整具有一定的盲目性和滞后性，要根据不同的炉型、不同的原料，分别对炉膛出口温度、CO、NOx等进行实时监控，分析其与送风模式间的关系，从而达到自动调控的目的。
3.防止受热表面沾污
采用改变设计结构及操作参数的方法，可以更直接地解决锅炉受热面的沾污问题，但其费用较高。针对高含氧条件下，生物质中碱金属元素导致受热面污染严重的问题，开展如下措施：（1）在烟气中喷洒助剂，向炉中喷洒硫酸铵，使其与烟气中的低熔点氯化钾发生反应，形成相对稳定的K2SO4；（2）采用生物质水洗法脱除碱金属，虽能高效脱除碱金属及氯，但需烘干，操作费用高。（3）在燃油中加入添加剂，将含有硅、铝的高岭土、矾土、硅藻土等材料加入到生物质中，与烟气中KCl发生反应，形成熔点更高的白榴石和六方钾霞石。
4.全炉膛密封处理
为了防止漏烟，提高机组的运行效率，通常采用调节风机速度、调节风门开度等措施使炉内始终处于一种微负压的状态。然而，富氧燃烧条件下炉内外氧气含量与空气中氧气含量存在较大差别，导致其在负压工况下，进炉氧气控制难度较大，严重影响了燃料的燃烧性能，降低了锅炉的能效。为了保证全炉的密闭操作，可以采取如下方法：(1)对锅炉排渣采取湿法排出；（2）加装封风系统；(3)使用微正压燃烧方式；(4)锅炉进料方式为二氧化碳气封、挤出油等。
三、生物质富氧燃烧发展趋势
1.政策动向
由于生物质能源“脏乱差”的现状，一些地方对其发展的重视程度还不够高，一些省份更是将其视为高污染燃料而加以限制，使其无法享有“煤改气”和“煤改电”等扶持政策。另外，虽然国家对生物质发电在利用侧的电价进行了一定的补贴，但是在处理方面仅对垃圾和污泥进行了处理费用的补贴，而对于生物质的非电利用，无论是在垃圾的处置还是在回收的过程中都没有形成一套完整的生物质能的统一补偿机制。
2.富氧燃烧耦合碳捕集
富氧燃烧-烟气回收系统能有效提高生物质燃料的节能、洁净、减排，且能为碳捕获与利用提供高浓度CO2烟气，而此项技术在国内外尚处于示范阶段。目前我国大型新能源发电系统的有效装机容量较低，“绿电”制氢过程中“绿氧”的利用效率较低，采用该技术对生物质锅炉进行富氧改造可以实现对其资源的高效利用，从而达到优化产业链、提高经济效益的目的。同时，利用碳捕获技术制备高纯CO2，可制备甲醇、纯碱、尿素、汽水等化工产品，还可用于保鲜、增雨等，具有重要的经济价值。
四、结语
生物质锅炉富氧燃烧技术用于工业窑炉可以改善助燃风中的氧含量，降低含氮量，进而降低NO的排放量，这既可以降低生产费用，又可以提高生产效率，同时还可以实现节能减排，是一项非常有意义的工作。随着制氧工艺的进步，新型、高效的制氧装置的研制成功，其生产成本将逐步下降，对于企业的用氧成本控制十分有益。要想在激烈的市场竞争中生存下去，就必须加强对新技术的研发，开发生物质锅炉富氧燃烧技术，让其更好地为企业的生产和环保服务。
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