2025年生物質鍋爐行業技術分析：富氧燃燒能降低生物質鍋爐燃料燃點

  在全球積極推進綠色低碳轉型的大背景下，能源領域的技術革新成為實現可持續發展的關鍵。2025年，生物質鍋爐行業技術不斷演進，其中富氧燃燒技術憑藉其在改善生物質燃料利用、助力碳捕集等方面的潛力，成為研究與發展的熱點。這一技術的研究和應用，對於提升生物質鍋爐的性能、推動能源行業的綠色變革具有重要意義。

  一、生物質鍋爐燃料基本特性：影響燃燒利用的關鍵因素

  生物質通過光合作用固定二氧化碳，從全生命周期視角可視為 「零碳燃料」，在電 / 熱生產行業應用廣泛。常見生物質如木屑、草、水稻秸稈等，與煤相比，其物理化學性質存在顯著差異。《2025-2030年中國生物質鍋爐行業市場分析及發展前景預測報告》從化學元素組成來看，生物質富含碳水化合物，乾燥時氧質量分數約 40%，碳元素質量分數在 50% 左右，氫質量分數在 5% - 7%，同時含有少量氮、硫和氯等元素，質量分數通常小於 1.5% 。

  這些元素組成、礦物組分和灰熔點等性質，對生物質在生物質鍋爐中的燃燒利用產生多方面影響。在受熱面灰沉積方面，燃用含鉀和氯較高燃料的生物質鍋爐，受熱面沉積比燃煤鍋爐更嚴重。當燃燒溫度高於 700℃，生物質中的鹼金屬以氯化鉀為主要形式快速釋放到煙氣中，氯化鉀沖刷到低溫受熱面表面凝結形成沉積初始層，還會降低灰熔點，加劇灰沉積，影響生物質鍋爐效率。在受熱面高溫腐蝕方面，生物質鍋爐受熱面因氯化鉀等鹼金屬氯化物沉積，會出現嚴重高溫腐蝕。溫度達到 500℃時，氯化鉀與金屬鉻發生腐蝕反應產生氯氣，鹼金屬含量和金屬表面溫度顯著影響腐蝕速率。在主要污染物排放方面，生物質燃料硫質量分數普遍低於 0.5%，但燃燒產生的飛灰可能影響脫硫系統;氮質量分數一般為 0.5% - 1.5%，燃燒過程中約 80% 的氮轉化為氮氧化物，雖普遍低於煤，但生物質燃燒生成的鹼金屬鹽可能造成脫硝催化劑中毒，可採用選擇性催化還原 - 選擇性非催化還原耦合的脫硝技術降低風險。

  二、生物質鍋爐富氧燃燒特性與工程研究：技術應用的核心內容

  富氧燃燒是助燃氣體氧濃度高於空氣的燃燒方法，極限氧濃度為純氧。與傳統燃燒方式相比，富氧燃燒能降低燃料燃點，減少熱量損失，提高燃燒效率和輻射傳熱，在生物質鍋爐中有獨特表現。

  在燃燒性質方面，以木屑為代表的生物質與煤燃燒過程差異明顯。木屑揮發性物質釋放溫度低，燃燒過程在低溫區間，最大失重速率是煤的 2.56 倍，燃盡時間短。眾多研究表明，富氧條件下，隨著氧體積分數升高，生物質著火點降低，燃燒速率提高，燃燒活性增強，燃燒時間減少。

  在成灰特性方面，不同燃燒條件下生物質燃燒飛灰成分相似，但富氧條件下灰中低熔點物質含量增加，煙氣再循環加劇受熱面結渣風險。不過，生物質鍋爐富氧燃燒改造也帶來諸多好處，如提高爐內燃燒溫度和傳熱效果，降低著火和燃盡溫度，提高燃燒強度和速率，減少助燃氣體量，提高鍋爐熱效率。

  在工程研究方面，當前生物質富氧燃燒研究多集中於機理和理論，實際應用工藝研究處於起步階段。常見富氧燃燒改造技術路線有純氧替代部分助燃空氣和在再循環煙氣中注純氧。數值計算顯示，煙氣再循環可有效調節爐內溫度，保證物質燃燒完全，提高鍋爐效率;氧體積分數增加能提升爐內溫度和燃燒速率。中試研究表明，純氧替代部分助燃空氣可提高燃燒溫度、速率和鍋爐熱效率，但可能帶來負面影響;再循環煙氣中注純氧可控制爐內溫度，緩解污染物排放問題，但會增加設備材料和運行成本，降低熱效率。

  三、生物質鍋爐富氧燃燒技術風險及解決措施：保障技術應用的關鍵

  生物質鍋爐富氧燃燒技術處於研究示範階段，實際工程應用存在技術風險，需採取相應解決措施。富氧系統方面，純氧注入若混合不均，會導致局部高溫，造成受熱面結渣、腐蝕和氮氧化物排放超標。需開發注氧和混氧裝置，探究助燃氣體氧體積分數與鍋爐負荷規律並實現自動調節。配風系統方面，合理配風對生物質鍋爐爐內燃燒組織意義重大，但實際調整存在盲目性和滯後性，應研究實時監測數據與配風方式規律並實現自動控制。受熱面防沾污處理方面，可通過生物質水洗預處理、煙氣噴淋添加劑、燃料使用添加劑等措施，減輕鹼金屬造成的受熱面沾污問題。全爐膛密封處理方面，為避免煙氣泄露和安全事故，提高鍋爐運行效率，可採用設置密封風系統、二氧化碳密封給料、濕法出渣、微正壓燃燒等措施實現全爐膛密封運行。

  四、生物質鍋爐富氧燃燒發展趨勢：未來技術的方向指引

  在政策發展趨勢上，在 「雙碳」 等多重國家發展戰略驅動下，生物質發電行業政策不斷變化，從大力發展和補貼，逐步向市場化運作轉變。當前行業面臨定位認識不足、電價補貼退坡影響大、產業發展不平衡等挑戰。但隨著全國碳交易市場建立和綠證交易市場成熟，生物質發電企業有望通過碳減排配額交易和綠證交易獲利，生物質能高效利用耦合碳捕集與封存技術可能成為重點發展方向。

  生物質富氧燃燒耦合碳捕集與封存(BECCS)是前沿領域，通過捕獲生物質能利用過程中的二氧化碳並再利用或封存，可實現 「負碳」。國外已有相關企業開展設備申請和建設，國內也在積極探索。富氧燃燒聯合煙氣再循環系統能改善生物質燃料利用，降低污染物排放，提供高濃度二氧化碳煙氣，結合碳捕集系統，可實現高濃度二氧化碳生產，為生物質電廠轉型提供新思路和新模式，還能根據不同情況靈活組合優化，拓展產業應用場景和創新商業模式。

  綜上所述，生物質鍋爐富氧燃燒技術在應對能源與環境挑戰中展現出獨特優勢和潛力。它能夠有效改善生物質燃料清潔高效利用，提高生物質鍋爐運行效率，但在應用過程中也面臨著諸如高溫、結渣、技術系統優化等問題。通過合理的技術措施和工藝改進，可以有效降低技術風險，提升技術可行性。從發展趨勢來看，在政策支持和市場需求的雙重推動下，基於富氧燃燒的生物質能高效利用耦合碳捕集與封存技術有望成為生物質電廠轉型發展的重要方向，為實現能源可持續發展和 「雙碳」 目標提供有力支撐，其未來發展前景廣闊，值得進一步深入研究和推廣應用。

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