技术原理及工艺路线

1）技术解决的关键问题Technology solves key problems 将木屑、油渣、有机废料、秸秆粉末及粪便粉末以不同种类生物质原料与碎煤、煤泥、焦粉等为劣质煤为原料，原料以不同的比例混合生产生物质复合型煤，优化生物质复合型煤配方达到降低排放和成本的目的。 多点引射二次风装置:设计基于渐变截面气流加速结构、多孔道变径非对称布风结构的多点引射二次风装置，将预热空气通过多点引射至燃料层顶部、炉膛尾部等区域，形成紊流，促进烟气中可燃组分与氧气充分混合，减少燃料层的火焰上方烟气贫氧区，提高燃烧效率。                  2）实现环境效益的原理Principles for achieving environmental benefits 粘合剂选用了生物质固体粘合剂，主要来源于污水好氧处理、厌氧处理的污泥。根据具体的煤种，粘结剂控制在2~10%。生物质固体粘合剂的使用同时起到了扩散燃烧添加剂的作用，当煤炭受热时生物质先气化燃烧，形成了内燃反应表面，使型煤的表面式燃烧变成了扩散式+表面式燃烧，解决了型煤的“黑心”烧不透问题。本研究选用钙铁固硫体系，利用钢铁工业含铁废渣与石灰粉等复合而成。添加比例根据煤种控制在5~10%；基于钙铁硫化物，复分解的温度在1100℃左右，因此考虑炉具设计时将炉温控制在1000℃以下，保证在炉灰中已经形成的钙铁硫化物不会出现复分解释放出SO2。螺旋扰流板管束换热装置:为解决自然引风条件下换热效率较低的问题，基于炉具整体传热动态流场分布CFD模拟分析结果，研发连续螺旋扰流板管束换热装置，强化低雷诺数条件下烟气边界层的扰动，减少导流板结构性流动死区，降低自然引风烟气流动阻力，烟气通过螺旋变截面通道形成旋转脉动介质流，抑制尾部对流受热面的积灰污染，有效降低换热体表面附着污垢产生的热阻，提高自然引风对流换热效率。扰流板为长方形，两端扭曲为放大的螺旋状，它固结在绞龙轴延长轴上，工作时一直转动，将部分切线风挡住，形成向后反烧的效果，因是长方形，又是螺旋状，所以挡住的风不固定在同一位置，而是形成反向螺旋风，这样形成的结果是提高了燃烧筒后部的温度。采用不同扰流板尺寸，改变一次切线风向，形成轻微反烧，适当提高燃烧筒后段燃烧温度，形成分段燃烧，后段为热分解段，前段为高温气化燃烧段;燃烧温度调节范围增大，在实际应用的低温段燃烧和高温段燃烧均具有稳定燃烧的状态。螺旋扰流板提高了设备的适应性，从而充分将燃料烧尽，减少未充分燃烧的损失，大幅度提高了热效率，使一氧化碳和氮氧化物排放降低，达到环保标准;另外，扰流装置上设有扰流板和破渣刺，除了实现扰流功能外，对含杂质高、结渣严重的原料也能进行有效破渣和正常燃烧、排渣。                  公司提出的“燃烧室+燃尽室”空气分级低温燃烧组合结构，使生物质热解过程与气相燃烧过程分离，适当强化自然引风条件下燃烧脉动。通过该装置控制燃料热解区温度、保证热解速率、降低热解气在燃烧室滞留时间，优化燃烧室、燃尽室空间结构参数和释热分配，控制燃烧室的最高温度，延长气相可燃物质在燃尽室的有效滞留燃尽时间，抑制燃烧室内热力型NOx产生和噻吩(燃料中有机硫主要来源)的分解，减少NOx排放，促进燃尽室内CO、O2混合再燃及HCN、NHx、NOx定向还原转化，降低燃料型NOx生成。采用长方型炉膛往复循环燃烧，可以较低的炉膛温度结合二次炉口配风设计实现氮氧化物的较低排放。                  阶梯湍流固相除尘装置:针对生物质炉具颗烟尘排放量高的问题，研究炉内下行烟道及阶梯式沉降室，加强颗粒物炉内重力沉降及颗粒物惯性分离沉降，保证炉具长期封火过程中的颗粒物炉内沉降，及取暖升温过程中烟气颗粒物的阻滞性沉降，实现燃烧过程全时段炉内湍流固相除尘，抑制换热装置表面积灰污染造成的热阻增加，保证对流传热效率，延长烟道清灰周期，降低颗粒物排放浓度。                  3）工艺流程         生物质复合型煤生产工艺流程如图1所示。        

图 1 生物质复合型煤生产工艺流程                  

生物质复合型煤复配及适配高效低排炉具绿色制造技术如图2所示。

图2生物质复合型煤复配及适配高效低排炉具绿色制造技术
4）技术特点及关键设备 技术特点:该技术采用生物质固体粘合剂作为粘合剂，生物质固体粘合剂的使用同时起到了扩散燃烧添加剂的作用，当煤炭受热时生物质先气化燃烧，形成了内燃反应表面，使型煤的表面式燃烧变成了扩散式+表面式燃烧，解决了型煤的“黑心”烧不透问题。采用钙铁固硫体系，保证在炉灰中已经形成的钙铁硫化物不会出现复分解释放出SO2。根据社会上现有型煤机的普及状况，生物质复合型煤尺寸上分为两种:小型民用采暖炉具使用100mmx100mmx90mm;大型民用采暖炉具使用180mmx180mmx90mm。 该技术推出的生物质复合型煤复配适配高效低排炉具采用“上下煤层同步燃烧，燃尽型煤同时排出，前后煤排横向引火，减少炉内外来干扰，利用蜂窝自然引风助燃，降低烟囱高度，减少尾气灰尘排放”的设计思路。炉体结构采用多层水套式结构，使得热烟气在炉体内即和反向流动的循环水进行热交换；同时相比于其他水暖炉在炉体烟道出口加水箱的结构，减少了炉体本身在空气中散热，增加了换热效率。在炉膛内最上面一层型煤顶端高10毫米处设置多个二次配风孔，使烟气中的可燃物二次燃烧，达到了消烟和提高燃烧效率的目的，实现24小时不冒烟。                  关键设备:液压机、折弯机、剪板机、电焊机、等离子切割机、型煤生产线、相关检测设备等。

技术综合效益

介绍可持续发展技术成果的关键环境效益指标，资源能源节约、重点突出污染物减排、生态环境保护等方面的效果。推荐采用定量描述的方式，数据用相对值时，需说明比较的基准或对比技术，绝对值要注明工程规模。                  生物质复合型煤约600元/吨，结合配套炉具用于供暖，燃料消耗量为18kg/天，成本约14.4元/天，节约燃煤50%。以推广清洁生物质复合型煤2万吨，配套高效炉具5000台为例，该技术可创造经济效益1500-200万元，实现NOx及PM2.5分别减排1-1.5万吨及2.0-3.0吨，以解决北方地区冬季散烧煤取暖及秸秆焚烧污染大气问题。                  本技术针对生物质资源化处理与大气污染防治进行深度有机结合，能够提高当地农民收入和地方政府的财政收入，带动当地其他相关产业的发展和升级。以当地的废弃生物质资源为原料进行成型加工，辅以煤粉、粘合剂等成分，采用新型生物质复合型煤，配套我公司生产的“鑫泓庆”采暖炉具使用，可替代传统的煤炭、柴薪等，有效成分利用率达80%以上，且热效率也得到大幅度提高，具有显著的社会效益。本项目的实施有助于解决北方地区冬季散烧煤取暖及秸秆焚烧污染大气问题，以及国家对当前清洁采暖成本高，大额补贴不可持续问题。

技术成熟度分析

十余年来本团队一直致力于居民燃煤供暖领域的高效环保节能技术研究，在清洁方形型煤、生物质成型燃料生产及配套炉具设计、燃烧及采暖技术改进方面积累了丰富经验，已开发应用炉型十余款，可满足各类采暖用户需求。结合当前我国严峻的大气污染形势以及生物质资源丰富等特点，积极与中国农业大学等国内外双一流高校和科研院所开展深度产学研合作，创新性的提出了以生物质为基础的复合成型燃料-生物质复合型煤。根据不同煤质特性，科学配比生物质和煤炭原料，结合固硫剂、生物质粘结剂等固化成型，具有燃烧效率高、灰分含量低、固硫率高、排放低等优势，在节约能源与降低排放方面具有巨大的发展潜力。该类燃料成本低、市场竞争利强劲，应用前景广阔。                  开发应用的系列炉型十余款，民用炉具从用途上分为直烧烤火、热水采暖两大类，供暖面积范围为10~1000平米。配套清洁型煤研发配方十余种，具备市场推广条件配方5种，拥有型煤生产基地，具备规模化生产能力。

技术适应性分析

清洁生物质复合型煤及配套高效低排炉具适用于为广大农村地的农户、小学校、养老院、设施农业、产业园区等提供供暖及热水供应，该模式可推广、可复制，实现市场化运作。

技术稳定性分析

十余年来本团队一直致力于居民燃煤供暖领域的高效环保节能技术研究，在清洁方形型煤、生物质成型燃料生产及配套炉具设计、燃烧及采暖技术改进方面积累了丰富经验，已开发应用炉型十余款，可满足各类采暖用户需求。                  近年来,“鑫泓庆”方型蜂窝型煤配套专用炉具凭借其经济、环保、实用的优势，已在河北省廊坊市、保定市、沧州市，陕西省渭南市，山东沂源、内蒙古呼和浩特市、巴彦淖尔市等地开展了市场推广工作，得到了各地政府和广大用户的一致好评。

技术安全性分析

生物质复合型煤复配及适配高效低排炉具绿色制造技术经多家权威检测机构监测，该技术生产的型煤及配套炉具可做到全天24h不冒烟，各项大气污染物实现超低排放，显著降低污染物排放，可为新农村建设提供能源保障，推动北方地区冬季清洁取暖，为“宜煤则煤”提供了技术支撑，助力国家打好蓝天保卫战。