在全球 “雙碳” 戰(zhàn)略加速推進(jìn)的背景下，生物質(zhì)能憑借其可再生、碳中性及廢棄物資源化利用特性，成為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要支撐。然而，《2023 年生物質(zhì)能源行業(yè)白皮書》數(shù)據(jù)顯示，我國超 65% 的生物質(zhì)燃燒設(shè)備存在黑煙排放問題，部分設(shè)備顆粒物濃度超標(biāo)達(dá) 3-5 倍。例如，某小型供熱鍋爐因燃燒不充分，黑煙排放濃度高達(dá) 500mg/m3，遠(yuǎn)超 GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的 80mg/m3 限值 。此類問題不僅造成 15%-20% 的能源浪費(fèi)，更釋放大量 PM2.5、多環(huán)芳烴等污染物，嚴(yán)重制約行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，系統(tǒng)研究黑煙成因并提出科學(xué)解決方案，對提升生物質(zhì)能源利用效率具有重要意義。

二、生物質(zhì)燃料燃燒不充分冒黑煙的原因分析

（一）燃料自身特性問題

含水率超限的熱動力學(xué)影響：生物質(zhì)原料天然含水率普遍較高，秸稈類初始含水率可達(dá) 60%-75%。當(dāng)燃料含水率超過 30% 時，水分蒸發(fā)需消耗 2260kJ/kg 汽化潛熱，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度難以維持 800-1000℃的理想燃燒區(qū)間。實(shí)測表明，含水率 60% 的玉米秸稈直接燃燒時，燃燒效率僅 48%，未燃盡碳顆粒排放濃度達(dá) 350mg/m3，嚴(yán)重影響燃燒效果。

顆粒度分布不均的傳質(zhì)阻礙：燃料粒徑差異過大破壞燃燒均勻性。＞50mm 的大塊物料與氧氣接觸面積不足，＜5mm 的細(xì)顆粒易堆積結(jié)塊。某鍋爐使用 1-80mm 未篩分木屑時，爐內(nèi)氧氣濃度波動達(dá) 8%-18%，黑煙排放超標(biāo) 2.3 倍，熱效率下降顯著。

雜質(zhì)成分的化學(xué)反應(yīng)干擾：高灰分燃料（如稻殼，灰分 15%-20%）燃燒形成的灰層使氧氣擴(kuò)散效率降低 40%-60%；高硫燃料（硫含量＞1%）產(chǎn)生的 SO?與堿性灰分反應(yīng)生成低熔點(diǎn)硫酸鹽，導(dǎo)致爐排結(jié)渣率增加，加劇燃燒不充分。

（二）燃燒設(shè)備性能不足

配風(fēng)系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)缺失：一次風(fēng)與二次風(fēng)配比失衡是關(guān)鍵因素。一次風(fēng)占比＜40% 時，燃料干燥和揮發(fā)分析出受阻；二次風(fēng)風(fēng)速＜50m/s 或穿透深度不足，無法卷吸燃盡碳顆粒。某熱水鍋爐因二次風(fēng)速僅 20m/s，煙氣 CO 濃度高達(dá) 2500ppm（正常＜500ppm），黑煙嚴(yán)重超標(biāo)。

爐膛結(jié)構(gòu)的流體力學(xué)缺陷：爐膛容積熱負(fù)荷＞1.2MW/m3 時，煙氣停留時間＜1.5 秒，碳顆粒無法充分氧化；不合理的爐膛形狀易形成渦流死區(qū)。某蒸汽鍋爐因容積不足，實(shí)際停留時間僅 1.2 秒，熱效率較設(shè)計(jì)值降低 18%，黑煙問題突出。

燃燒器的適配性技術(shù)瓶頸：傳統(tǒng)固定葉片式燃燒器難以適應(yīng)生物質(zhì)燃料高揮發(fā)分特性，導(dǎo)致燃料與空氣混合不均。實(shí)驗(yàn)顯示，使用此類燃燒器時，局部過量空氣系數(shù)差異達(dá) 0.8-1.5，30% 的揮發(fā)分未充分燃燒即排出。

（三）操作管理不當(dāng)

燃料添加的標(biāo)準(zhǔn)化缺失：層燃爐單次添加厚度＞30cm 時，底層燃料氧氣濃度＜6% 形成黑渣層，未燃碳含量達(dá) 25%-30%；人工添加不均導(dǎo)致爐排面溫差＞150℃，引發(fā)局部燃燒惡化。

運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)的實(shí)時性不足：燃料含水率從 20% 升至 40% 時，若未同步增加 20%-30% 鼓風(fēng)量、降低 15%-20% 爐排轉(zhuǎn)速，燃燒溫度將驟降 100-150℃，黑煙濃度飆升至 800mg/m3。某供熱站因人工調(diào)節(jié)延遲，黑煙超標(biāo)持續(xù) 20 分鐘。

設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的體系化欠缺：風(fēng)機(jī)葉片磨損＞20% 時風(fēng)量下降 15%-20%；煙道積灰＞3mm 使排煙阻力增加 30%。某企業(yè)因未定期清理除塵器，6 個月后系統(tǒng)阻力增加 50%，燃燒效率下降 12%。

三、生物質(zhì)燃料燃燒不充分冒黑煙的調(diào)整措施

（一）優(yōu)化燃料預(yù)處理

精準(zhǔn)干燥降濕技術(shù)集成：采用 “太陽能預(yù)干燥 + 熱泵低溫烘干” 組合工藝，可將秸稈含水率從 65% 降至 18%，單位能耗降低 35%。某發(fā)電廠應(yīng)用后，燃燒溫度提升 120℃，黑煙排放濃度下降 68%。

粒度分級控制工藝創(chuàng)新：構(gòu)建 “粗碎 - 細(xì)碎 - 篩分” 三級處理系統(tǒng)，將成型燃料粒徑控制在 6-12mm，散狀燃料≤30mm，床層孔隙率從 32% 提升至 45%，氧氣滲透效率提高 30%。

復(fù)合摻混改性技術(shù)應(yīng)用：稻殼與木屑按 3:7 摻混并添加 0.5%-1% 石灰石，可使灰熔點(diǎn)從 1200℃降至 1050℃；污泥與木屑熱壓成型后，燃料熱值從 8MJ/kg 提升至 12MJ/kg。

（二）升級改造燃燒設(shè)備

智能配風(fēng)系統(tǒng)重構(gòu)方案：部署分段可調(diào)風(fēng)門，將一次風(fēng)分為預(yù)熱段（30%）、主燃段（50%）、燃盡段（20%），爐膛出口增設(shè)三層旋流二次風(fēng)噴嘴（風(fēng)速 80-100m/s）。某鍋爐改造后，煙氣湍流強(qiáng)度提升 3 倍，CO 排放降低 82%，黑煙濃度降至 45mg/m3。

爐膛結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略：增大爐膛容積使容積熱負(fù)荷降至 0.8MW/m3，煙氣停留時間延長至 2.5 秒；采用拱型爐頂結(jié)合導(dǎo)流板設(shè)計(jì)，溫度場均勻性提高 25%，熱效率提升至 91%，NOx 排放降低 18%。

高效燃燒器選型應(yīng)用技術(shù)：顆粒燃料采用螺旋進(jìn)料式燃燒器實(shí)現(xiàn)定量輸送與旋流配風(fēng)一體化；散狀燃料使用雙通道旋流式燃燒器，燃料混合均勻度提升 40%，燃燒效率達(dá) 95% 以上。

（三）加強(qiáng)操作管理

標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)范體系建設(shè)：制定《生物質(zhì)燃燒設(shè)備操作手冊》，明確層燃爐燃料添加厚度≤20cm、間隔 15-20 分鐘的標(biāo)準(zhǔn)；采用多點(diǎn)布料技術(shù)，將爐排面溫差控制在 ±50℃以內(nèi)。

智能調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐：部署基于 PLC 的智能控制系統(tǒng)，集成煙氣分析儀與溫度傳感器，CO 濃度＞800ppm 時自動增加 15% 二次風(fēng)量，燃料含水率變化時聯(lián)動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量和爐排轉(zhuǎn)速，響應(yīng)時間＜30 秒。某供熱站應(yīng)用后，燃燒穩(wěn)定性提升 70%，人工干預(yù)減少 85%。

預(yù)防性維護(hù)體系構(gòu)建方案：建立設(shè)備健康管理系統(tǒng)，對風(fēng)機(jī)實(shí)施振動監(jiān)測與動平衡校準(zhǔn)，每月檢測葉片磨損；煙道采用聲波除灰（每 30 分鐘自動運(yùn)行）結(jié)合季度人工清灰，確保系統(tǒng)阻力波動＜10%。

生物質(zhì)燃料燃燒不充分冒黑煙是多因素耦合作用的結(jié)果。通過實(shí)施燃料預(yù)處理精細(xì)化、燃燒設(shè)備智能化、操作管理數(shù)字化的系統(tǒng)性解決方案，可有效提升燃燒效率至 90% 以上，降低顆粒物排放 80%-90%。未來需進(jìn)一步推動燃料標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、設(shè)備智慧化升級及多能互補(bǔ)系統(tǒng)集成，為實(shí)現(xiàn) “雙碳” 目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)技術(shù)支撐。