浅谈户用生物质颗粒炉的应用分析

浅谈户用生物质颗粒炉的应用分析

王海衡 王秋楠

国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心 河南郑州  450001

一 工作背景

生物质白颗粒是由生物质成型设备经破碎、干燥、压制成型后形成圆柱棒状颗粒，提升材质密度，便于储存、运输和颗粒化使用。生物质颗粒的原料来源广泛，目前主要来源包含拆迁料、模板料、木材及农作物废料等，主要市场为工业锅炉的散煤替代，居民户用生物质白颗粒取暖的应用场景已经出现，颗粒炉制造逐步发展，但尚未广泛普及，用户市场有待进一步拓展。

本工作以某村试点农户的传统生物质白颗粒采暖为研究对象，以此展开户用颗粒炉取暖相关分析。

二 推广情况

在农户试点的选取过程中发现，在主观层面，农户选取生物质颗粒炉取暖的主要关注点包含初期投入、使用成本、设备可靠性等方面，初期投资大是影响农户选取颗粒炉取暖的首要因素。在客观层面，农村人口流失、人口结构失衡及候鸟式居住方式是造成大面积推广全屋全季取暖的主要障碍。

三 试点运行

选取某户自建房的一层作为颗粒炉取暖试点，供热面积约80m2共四室，平均层高约3.4m。户内配置生物质颗粒取暖炉与配套换热器，投资约一万五千元。选用本地颗粒作为燃料，发热量为4022kcal/kg。

全天全屋不间断供暖，室温维持在22℃，日均料耗38kg，日均成本31元。全供暖季全屋不间断供暖，室温维持在22℃，料耗4.6吨，颗粒成本3700元。

其中，仅以寒冷的十二月、一月供暖计，颗粒成本约1800元，以全季度晚间六点至夜间十二点供暖计，全季颗粒成本约1000元。

四 能耗分析

4.1 能耗评价

通过近一个月的设备供暖运行统计，料耗成本高于户均2000元取暖成本的心理预期值，主要原因有三个方面，一是自建房房屋条件导致供暖成本相对较高，二是颗粒炉热能转化效率有待提升，三是用户的使用方式影响料耗。

首先农村自建房普遍层高较高，整体保温较差，且独门独户单独供暖，导致供暖成本要大于城市住宅集中供暖。

其次，生物质颗粒取暖炉排烟温度较高，颗粒炉自检烟达170℃，无类似燃气壁挂炉的余热冷凝配置，且燃烧盒颗粒灰分大堵塞进风口导致颗粒未完全燃烧，煤灰灼烧减量值达10.14%，颗粒炉热能转化效率有优化空间。

颗粒炉的主要燃烧部件为燃烧盒，燃烧盒下部为镂空格栅，两侧上部有圆孔进气口。进气通过底部方形格栅及侧部圆孔与绞龙进料的颗粒燃料接触助燃，高温烟气通过主换热管上升至横向烟道，再通过副换热管下降至底部烟道，经挡灰板除灰后通过外接烟道排出，换热管由回水包裹，实现水烟换热。燃烧过程中，飞灰经进气吹出，或被吹溅至炉膛下部除灰料盒，或随烟气聚集于横向烟道底板、底部烟道挡灰板内，剩余残渣会积累在燃烧盒格栅上方，随着绞龙持续将料仓颗粒推入燃烧盒，前段残渣会陆续从燃烧盒挤至下部储灰盒。

在使用过冲明显看出燃烧盒中灰渣堆积，灰渣堆积一是导致进气不畅、氧量不足，燃烧火焰弱，易造成化学不完全燃烧，二是导致进料还未完全燃尽就被新进燃料前推，越过渣堆落在除灰盒内，造成物理不完全燃烧。停炉清灰后重新

最后，用户的不同使用习惯也造成料耗的不同。出水设置温度、档位设置、室内温度及使用时长等，均影响颗粒炉的供暖料耗，高出水温度、全房屋、全时段供暖，导致料耗较高。

4.2 能耗对比

生物质颗粒炉取暖是目前较为新潮的取暖方式，现与传统的集中供暖、煤炉供暖、空调供暖及天然气壁挂炉供暖进行比对分析。能耗对比均建立在相同房屋结构、相同时间及相同面积的基础上进行。

4.2.1 市政供暖

根据河南省供热企业采暖期经济技术数据，市政供暖供热价格约为24元/m2·供暖季，80m2的城市住宅的供暖费用为1920元。

从室内受热量分析，在取暖面积为80m2时，城市住宅采用市政供暖，采暖季平均热单耗约为40W/㎡，室内用热33.18GJ。农村自建房采用颗粒炉供暖，以颗粒炉85%的热效率计，室内用热66.12GJ，是城市住宅的2倍，平均热单耗约为80W/㎡。说明农村自建房的取暖效率远低于城市住宅，房屋取暖条件是造成取暖成本较高的主要原因。

以农村自建房80㎡的室内用热66.12GJ计，采用市政供暖的费用约为4000元，采用颗粒炉供暖的燃料成本为3700元，颗粒炉供暖略低于市政供暖参考值。

此外，农村常住人口少，在房屋单位面积取暖成本高的基础上进一步导致人均取暖成本的抬高。

4.2.2 煤炉供暖

目前使用蜂窝煤为主的燃煤取暖炉以单间供暖为主，以燃煤炉带暖气片取暖的产品并不丰富。因燃煤炉与颗粒炉的取暖原理类似，均为水烟换热后以热水供热，则近似认为燃煤炉与颗粒炉效率一致，相同用能情况下，户用蜂窝煤与颗粒折合标煤单价即为两种取暖方式优劣的决定因素。

据查，蜂窝煤价格远高于表1中生物质颗粒的折合标煤单价，且蜂窝煤使用在政策上受限。生物质颗粒取暖无论在用能层级上，还是在政策导向上，远优于蜂窝煤取暖。

4.2.3 空调与壁挂炉供暖

生物质颗粒分别与电能取暖、天然气取暖进行对比，以颗粒炉热效率为85%、空调制热能效比为3.2、冷凝燃气壁挂炉热效率100%计，该试点农户需耗电5740度，天然气1976m

3，以开封市第三档居民电价0.86元/度，居民第二档天然气价格为3.35元/m3计，空调供暖成本为4936元，壁挂炉供暖成本为6621元，颗粒炉取暖分别节省33%与76%。

生物质颗粒在使用经济性上与两种常用取暖方式相比具有优势。且燃气取暖存在冬季供应紧缺的情况，村级大面积燃气供暖存在局限性。

4.3 本章小结

以房屋采热量为基准，相同房屋条件下，“颗粒炉+壁挂换热器+本地颗粒”的取暖方式略低于市政供暖参考值，比空调采暖成本低33%，比燃气壁挂炉采暖低76%，明显优于蜂窝煤取暖，运行期经济成本优势明显，如表3所示。

表3  多种取暖方式运行期成本对比

五 用户使用建议

根据试点使用情况，对于使用颗粒炉取暖的农户，主要提出以下建议。

一是在房屋的设计或改造中充分考虑供暖需求。室内空间适当、保温措施全面的房屋有利于节能取暖。

二是炉型选用与供暖需求相适应。炉型出力过大会造成能源浪费，过小无法取得采暖效果浪费初期投资，颗粒炉在达到最佳出力时能效最高。

三是加强日常维护。特别是针对灰分较大的颗粒，防止燃烧盒积料、换热管积灰是提高效能的重要手段。炉膛积灰轻则导致能耗增加，重则导致炉膛灭火。

四是不可忽视颗粒炉本身的供暖能力。在该试点中，颗粒炉放置于未安装壁挂换热器的厨房，但厨房温度可达23℃，可考虑颗粒炉放置于客厅或主卧等主要取暖需求房间，能够有效保证室内温度的同时减少换热器初期投入，且颗粒炉设计为负压燃烧，完全不用担心烟气污染。

四是注重选择优质颗粒。选择高热值、低灰分、不结焦及外观浅草木色的颗粒，好炉配好料有利于农户的便捷取暖，同时可考虑在颗粒价格低谷期的夏季采买并囤积过冬颗粒，以降低用料成本。

五是需要改变消费心理。自建房的水暖炉全屋全季供暖成本高于同样面积的城镇住房，也高于空调、燃气等人为调节的灵活取暖方式，成本对比需要理性分析、基准一致。