生物質(zhì)顆粒燃料鍋爐的結(jié)構(gòu)特性分析
我國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中煤炭比例始終在67％及以上．煤炭是我國能源的主體。我國年消耗燃煤約12億。15億噸。其中大多數(shù)直接作為燃料被消耗掉．以煤為主的能源結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致能源活動(dòng)對環(huán)境質(zhì)量和公眾健康造成了極大危害。生物質(zhì)固體成型燃料(簡稱生物質(zhì)燃料)是利用新技術(shù)及專用設(shè)備將農(nóng)作物秸稈、木屑、鋸末、花生殼、樹枝葉、干草等壓縮成型的現(xiàn)代化清潔燃料。無任何添加劑和粘結(jié)劑，既可以解決農(nóng)村的基本生活能源，也可以代替煤炭直接用于城市傳統(tǒng)的燃煤鍋爐設(shè)備上。生物質(zhì)成型燃料破碎率小于1.5％一2.0％。干基含水量小于15％。灰分含量小于1.5％，特別是硫和氯含量一般均小于0.07％．氮含量小于O.5％，生物質(zhì)燃料是我國大力提倡的可再生能源資源。
1、生物質(zhì)成型燃料的特點(diǎn)
我們將要分析的是以松木為主要原料壓制成型的生物質(zhì)燃料，與傳統(tǒng)的礦物能源燃料比，生物質(zhì)成型燃料的成份及燃燒特點(diǎn)都有很大的不同。松木生物質(zhì)顆粒燃料如下所示：
松木生物質(zhì)顆粒燃料
1.1生物質(zhì)成型燃料的成份特點(diǎn)
生物質(zhì)燃料的化學(xué)組成是十分復(fù)雜的高分子物質(zhì)．在作為燃料的工程技術(shù)應(yīng)用中。大致可將其分為二部分，有機(jī)物(可燃部分)和無機(jī)物(可燃部分)。有機(jī)物中主要是揮發(fā)分(由C、H、O、N、S等元素組成的氣態(tài)物質(zhì))和固定碳(由C元素組成的固態(tài)物質(zhì))，燃料中的揮發(fā)分及其熱值對生物質(zhì)的著火和燃燒情況都有較大影響，燃料中揮發(fā)分越多，易著火。燃燒越穩(wěn)定。生物質(zhì)和煤的揮發(fā)分范圍及熱值見表1。
生物質(zhì)和煤的揮發(fā)分含量及熱值
另一個(gè)與著火和燃燒情況關(guān)系密切的參數(shù)是燃料的熱值。不同的生物質(zhì)種類，其主要組成元素也不同，熱值也有差異。幾種主要生物質(zhì)的元素組成及熱值見表2。由表1和表2可以看出．生物質(zhì)成型燃料的揮發(fā)分高于煤炭，而灰分、氮和硫含量遠(yuǎn)小于煤炭，其熱值也小于煤炭。
1.2生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性
生物質(zhì)成型顆粒燃料是經(jīng)過高壓而形成的．其密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原生物質(zhì)。成型燃料的結(jié)構(gòu)與組織特征決定了揮發(fā)分的析出速度與傳熱速度都很低。生物質(zhì)成型燃料的燃燒過程可分為干燥脫水、揮發(fā)分析出、揮發(fā)分燃燒、焦炭燃燒和燃燼幾個(gè)階段。加熱初始階段．生物質(zhì)顆粒燃料中的水分蒸發(fā)，燃料干燥脫水；隨著顆粒燃料溫度的不斷升高，揮發(fā)分開始析出，這一過程可認(rèn)為是氣化過程；隨著燃料繼續(xù)被加熱，揮發(fā)分的溫度也隨之提高。當(dāng)揮發(fā)分中可燃物達(dá)到一定溫度和濃度，揮發(fā)分開始著火；同時(shí)揮發(fā)分沒有燃燼時(shí)．木炭只能被加熱而不能燃燒。只有當(dāng)揮發(fā)分燒完后。氧氣才能擴(kuò)散到木炭表面。木炭才開始著火。
幾種典型生物質(zhì)元素分析、工業(yè)分析及地位發(fā)熱熱值
2、生物質(zhì)成型燃料鍋爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
從生物質(zhì)成型燃料的特性分析出發(fā)。本課題設(shè)計(jì)的鍋爐為鏈條爐排爐。鍋爐額定蒸發(fā)量D=2 t/h額定工作壓力只=0．8 MPa，額定蒸汽溫度t=175℃，給水溫度k。=20℃。
2.1生物質(zhì)成型燃料鍋爐的總體設(shè)計(jì)
鍋爐的燃燒技術(shù)采用層燃技術(shù)，與傳統(tǒng)的鏈條爐排燃煤蒸汽鍋爐相似。根據(jù)生物質(zhì)燃料的燃燒特性．對鏈條爐排的送風(fēng)系統(tǒng)和爐拱進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐使用方法一致的且的。生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒過程：S先將生物質(zhì)成型顆粒燃料投入到料斗l。根據(jù)鍋爐負(fù)荷及燃燒情況通過調(diào)節(jié)煤閘門2．來控制燃料層厚度。一次風(fēng)從送風(fēng)口3穿過爐排4和燃料層5進(jìn)入爐膛，提供燃燒所需要的一次空氣．燃料在爐排的帶動(dòng)下緩緩向爐后移動(dòng)。成型顆粒燃料在熱源和空氣的共同作用下脫水、氣化、燃燒，產(chǎn)生的含可燃物氣體的高溫?zé)煔饪焖龠M(jìn)入爐膛6。進(jìn)行輻射換熱；沒有燃燼的可燃物進(jìn)入燃燼室7后繼續(xù)燃燒。然后高溫?zé)煔膺M(jìn)入D一、二回程煙管8及鍋爐尾部省煤器10進(jìn)行對流換熱．在引風(fēng)機(jī)12的作用下經(jīng)除塵器11后送入煙囪13。排到大氣。燃料燃盡后形成的灰渣由爐排輸送至出渣El由除渣機(jī)9排出爐體(圖1)。根據(jù)生物質(zhì)顆粒的燃燒特點(diǎn)。前拱部位存在大量的揮發(fā)分。因此在前拱出口部設(shè)置二次風(fēng)，起到補(bǔ)充氧氣助燃和擾動(dòng)煙氣的作用：二次風(fēng)的設(shè)計(jì)應(yīng)有一定的流速和一定的有效射程。考慮到生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分特別高，極易著火，鍋爐的著火點(diǎn)應(yīng)該向后移，同時(shí)將煤閘門改成水冷。以避免引燃料斗中的燃料。
生物質(zhì)鍋爐結(jié)構(gòu)圖
2.2生物質(zhì)成型燃料鍋爐爐膛設(shè)計(jì)
生物質(zhì)成型燃料鍋爐爐膛設(shè)計(jì)，爐膛容積和爐排面積是鍋爐爐膛設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要參數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)**，該燃料的爐排面積熱負(fù)荷為600，850 kW／m2；爐膛容積熱強(qiáng)度Qy230—350kW／m3。依據(jù)熱平衡計(jì)算，該鍋爐選用燃料的計(jì)算燃料耗量為341.1 kg／h，生物質(zhì)成型顆粒燃料低位發(fā)熱量Qnet，ar =18040 kJ/kg；通過計(jì)算得出。鍋爐爐膛容積為
生物質(zhì)燃料鍋爐計(jì)算公式
2.3生物質(zhì)成型燃料鍋爐輻射受熱面的設(shè)計(jì)
輻射受熱面由鍋筒和水冷壁管組成。水冷壁管采用Φ=63.5 mm的單排無縫鋼管，間距s=100 mm。輻射受熱面積所=5.26 m2。依據(jù)我國層狀燃燒及沸騰燃燒，鍋爐熱力計(jì)算方法、校核計(jì)算，對鍋爐的輻射受熱面進(jìn)行了熱力計(jì)算。計(jì)算得出爐膛出口煙溫Q=1027.120℃，輻射受熱面?zhèn)鳠崃糠?1700.25kcal／kg對輻射受熱面進(jìn)行熱力校核，校核結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。
2.4生物質(zhì)成型燃料鍋爐對流受熱面的設(shè)計(jì)
對流管柬的設(shè)計(jì)計(jì)算。對流受熱面分兩個(gè)區(qū)域。D一區(qū)由61支規(guī)格為Φ57×3．5 mm，L=3220mm的煙管組成。設(shè)計(jì)煙氣流速為19.22 m／s；D二區(qū)由41支規(guī)格為Φ57x3.5mm， L=3220 mm的煙管組成，設(shè)計(jì)煙氣流速為16.54 m/s，符合標(biāo)準(zhǔn)**值。同時(shí)，為了能滿足降低鍋爐排煙溫度的目的。在鍋爐本體之外，加裝了鑄鐵省煤器，受熱面積為21．12m2。為了提高換熱效果，D一、二對流煙管采用先進(jìn)的螺紋管技術(shù)。并依據(jù)相關(guān)校核方法校核對流管束傳熱量，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。
3、生物質(zhì)成型燃料鍋爐熱力計(jì)算匯總
生物質(zhì)成型燃料鍋爐熱力計(jì)算，生物質(zhì)成型顆粒燃料鍋爐燃料成份、熱效率及熱平衡計(jì)算分別見表3、表4。爐膛相關(guān)技術(shù)參數(shù)為：理論燃燒溫度(瓦)：1634．95℃；爐膛出口煙溫(礦)：1027．12℃；輻射吸熱量(Qr)：1700．25 kcal／kg；爐膛出口煙焓(2)：2532.77 kcal／kg；平均熱容量(V。) 2.85 kcal／kg．℃。鍋爐各部位受熱面積及煙氣參數(shù)計(jì)算見表5。
生物質(zhì)燃料成分和熱效率計(jì)算生物質(zhì)鍋爐各受熱面積及煙氣參數(shù)
4、鍋爐風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)
通風(fēng)設(shè)備是鍋爐的呼吸器官。通風(fēng)是調(diào)整鍋爐出力的手段．只有合理地設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)和選用通風(fēng)設(shè)備，才能保證鍋爐的燃燒和傳熱過程正常進(jìn)行。目前常用的機(jī)械通風(fēng)方式有三種：即負(fù)壓通風(fēng)、平衡通風(fēng)和正壓通風(fēng)。本文設(shè)計(jì)的鍋爐選用平衡通風(fēng)．即在鍋爐設(shè)備中同時(shí)裝有送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，送風(fēng)機(jī)是用于克服風(fēng)道阻力．依據(jù)燃燒需要的空氣量及適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)和風(fēng)道全壓降。選擇送風(fēng)機(jī)時(shí)，為了安全起見應(yīng)考慮一定的儲(chǔ)備，用儲(chǔ)備系數(shù)加以修正。引風(fēng)機(jī)是用于克服煙道阻力，依據(jù)燃燒產(chǎn)生的煙氣量和煙道全壓降以及一定的儲(chǔ)備系數(shù)。來進(jìn)行選擇。送、引風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓可由計(jì)算確定，依據(jù)計(jì)算結(jié)果和鍋爐輔機(jī)廠家提供的產(chǎn)品目錄選擇風(fēng)機(jī)型號。本設(shè)計(jì)選擇富通新能源公司生產(chǎn)的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，送風(fēng)機(jī)型號為4-72 No 3.6A，引風(fēng)機(jī)型號為Y6-30No-7.5C。
5、結(jié)論
通過對生物質(zhì)成型燃料燃燒特性的分析，比較燃散煤鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，改進(jìn)燃散煤鍋爐的結(jié)構(gòu)，采用高且加長的爐膛。加強(qiáng)了顆粒燃料的氣化效果，使燃燒更加充分，從而提高鍋爐熱效率；采用多點(diǎn)平衡配風(fēng)法使?fàn)t膛過量空氣系數(shù)減小而減少排煙損失：往復(fù)爐排的技術(shù)應(yīng)用在生物質(zhì)成型燃料鍋爐上。使得爐膛燃燒強(qiáng)度增加，改善了燃料的著火狀況．燃料燃燼率高。
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