0、引言
在能源問題日趨嚴峻的今天，生物質(zhì)能成為一種替代能源已經(jīng)被世界所認可．生物質(zhì)秸稈作為可再生資源，不僅可以緩解日益嚴峻的能源問題，同時有利于環(huán)境保護。
世界對生物質(zhì)能源化技術(shù)研究已取得很大成就，而目前發(fā)展快、應(yīng)用最多的是生物質(zhì)秸稈直燃發(fā)電和生物質(zhì)秸稈生物質(zhì)成型顆粒燃料兩項技術(shù)，其中生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)近年來得到快速應(yīng)用，但秸稈直燃發(fā)電廠僅適用于秸稈豐富的地區(qū)，生物質(zhì)秸稈
生物質(zhì)成型顆粒燃料技術(shù)可以在更大的范圍內(nèi)使用，但目前在生物質(zhì)秸稈生物質(zhì)成型顆粒燃料使用中出現(xiàn)了許多問題：1）沒有合適的燃燒設(shè)備．由于秸稈比煤更易著火燃燒和燃盡，因此使用者大多直接采用燃煤鍋爐，2）大多數(shù)生物質(zhì)秸稈鍋爐并不適合秸稈燃燒，由于缺乏對生物質(zhì)秸稈燃燒特性的認識，目前推出的生物質(zhì)秸稈鍋爐，設(shè)計上存在嚴重缺陷，導(dǎo)致鍋爐實際效率低，冒黑煙等問題，富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
木屑顆粒機、
秸稈顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，家用生物質(zhì)鍋爐如下圖所示：
為了解決上述問題，筆者根據(jù)農(nóng)作物秸稈壓塊的燃料及燃燒特性，設(shè)計并加工制造新型生物質(zhì)壓塊熱水鍋爐，對緩解農(nóng)村秸稈焚燒問題以及能源合理、有效利用有重要意義。
1、設(shè)計依據(jù)
1.1 生物質(zhì)壓塊燃料特性
生物質(zhì)壓塊燃料是由玉米、水稻、小麥等秸稈作為原料擠壓而成，形狀通常呈圓形或方形，其元素種類與原材料基本相同．通過實驗測定，擠壓密度在0.9～1.2g/cm3范圍內(nèi)便于充分燃燒且結(jié)焦率很小。
參照國家標準GB212 -9煤的工業(yè)分析法和GB5186生物質(zhì)燃料發(fā)熱值測量方法，對3種生物質(zhì)秸稈進行工業(yè)分析及發(fā)熱值測定，所得結(jié)果如表1所示。
由表l可以看出生物質(zhì)空氣干燥基中的碳含量集中在35%～43%，灰分和含碳量都小于煤.N元素含量占0.6%～1%，S元素占0.1%～0.2%，這遠遠低于煤炭中N元素和S元素的含量，因此生物質(zhì)壓塊燃燒產(chǎn)生的有害氣體遠低于煤炭，生物質(zhì)壓塊揮發(fā)分含量一般高達55%以上，所以在設(shè)計生物質(zhì)鍋爐過程中揮發(fā)分是要考慮的主要因素。
1.2烘燒特性分析
生物質(zhì)燃料經(jīng)過擠壓后密度增大，使得揮發(fā)分溢出變得緩慢，但與煤相比仍然十分迅速．燃燒開始階段點火溫度有所提高，點火性能相對減弱，燃燒初期揮發(fā)分緩慢分解，生物質(zhì)熱分解的溫度比較低，一般在350℃就釋放出80%左右的揮發(fā)分，燃燒速度很快．高揮發(fā)份在燃料不完全燃燒過程中析出，要充分燃燒這些揮發(fā)分必須配以足量二次風，以減少氣體不完全燃燒損失。
與一般常見燃料相比，生物質(zhì)的灰熔點較低，因為生物質(zhì)燃料包含相對大量堿金屬，如鉀、鈉、氯等，這些堿金屬降低灰分的熔點．使得爐膛內(nèi)燃燒溫度超過700℃時即會引起聚團結(jié)渣，達到1000℃以上將會嚴重結(jié)渣，因此燃燒區(qū)采用低溫厭氧燃燒將會有效減輕結(jié)渣現(xiàn)象。
總體來看，生物質(zhì)壓塊燃燒速度適中，燃燒相對穩(wěn)定．只要控制好爐膛內(nèi)氧量及爐膛溫度，便會使燃料燃燒完全。
2、生物質(zhì)生物質(zhì)成型顆粒燃料熱水鍋爐設(shè)計
2.1鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖
生物質(zhì)成型熱水鍋爐由爐門孔、進料口、爐排、燃燒室、一次通風口、二次風管、降塵室、對流受熱面、煙道、煙囪等部件組成。
2.2生物質(zhì)生物質(zhì)成型顆粒燃料鍋爐的工作原理
鍋爐燃燒部分由下到上由3部分構(gòu)成：灰渣區(qū)；固體燃燒區(qū)；氣體然燒區(qū)。固體燃燒區(qū)使壓塊燃料初步燃燒，產(chǎn)生大量可燃氣體，可燃氣體在氣體燃燒區(qū)內(nèi)配以足夠二次風的情況下順利燃燒，高溫煙氣首先以較低速度橫向沖刷錯列布置的凝渣管，然后進入降塵室，此處大量飛灰由于重力作用面停留，隨后煙氣進入三行程火管，每行程火管煙氣流通面積逐漸減小，使煙氣始終以楣對較高速度沖刷火管。
2.3燃燒設(shè)備設(shè)計
2.3.1燃燒設(shè)備中爐排及爐膛尺寸
爐排尺寸與爐膛尺寸是鍋爐設(shè)計的重要參數(shù)，也是首先要確定的參數(shù)，他們直接影響到鍋爐供熱量與燃燒情況．根據(jù)鍋爐原理及計算，選取合適的爐排面積熱負荷及爐膛容積熱負荷，其中，爐排面積熱負荷q=400 kW．m-2;爐膛容積熱負荷g，=350kW·m3；爐排尺寸A。
2.3.2一次風、二次風送風裝置
針對生物質(zhì)燃料高揮發(fā)份的特點，采用分級配風模式，由于空氣中氧氣體積占21%，則1 kg生物質(zhì)燃料燃燒理論空氣量為
v=0.0889(C+0.375S)+0.265H-0.0333O
根據(jù)試驗證明中型生物質(zhì)鍋爐過量空氣系數(shù)一般大于1.5，本小型鍋爐過量空氣系數(shù)取1.8，一次風、二次風風量配比4:6，這樣分配的目的是：一次風使燃料在固相燃燒區(qū)低溫半氣化燃燒，有效減少爐膛結(jié)渣現(xiàn)象產(chǎn)生，二次風使揮發(fā)分在氣體燃燒區(qū)全部燃盡。
二次風從二次風管以一定角度吹向爐膛，在爐膛內(nèi)形成漩渦型氣流流場，這樣能使燃燒火焰向中間靠攏，提高火焰溫度，同時還延長火焰在爐膛停留時間，對炭及揮發(fā)分充分燃燒有重要作用。
2.4.2對流受熱面的設(shè)計
對流受熱面可分為降塵受熱面以及降溫受熱面．降塵受熱面布置在爐膛出口處如圖1所示，高溫煙氣以3～5 m/s速度橫向沖刷錯列鋼管，有效防止大量飛灰隨煙氣進入下一級吸熱面，同時由于煙氣溫度較高，該對流受熱面吸收一部分輻射熱量，吸熱受熱面是煙氣以14~16m/s速度流經(jīng)三行程煙管，實驗證明，這樣既保證鍋爐的吸熱量，同時由于煙氣在煙管內(nèi)停留時間較短，有效防止堿金屬灰析出。
3、生物質(zhì)生物質(zhì)成型顆粒燃料熱水鍋爐性能
3.1試驗教據(jù)
為進一步驗證該生物質(zhì)鍋爐設(shè)計的合理性及鍋爐效率、煙氣排放特性，根據(jù)CCAEPI - RG-Q-28環(huán)保產(chǎn)品認證實施規(guī)則《生物質(zhì)生物質(zhì)成型顆粒燃料鍋爐》、GB/T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》、GB10180/T-2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》，對該生物質(zhì)燃料鍋爐進行熱性能及環(huán)保指標測試。
3.2結(jié)果分析
由表2~3的物質(zhì)生物質(zhì)成型顆粒燃料熱水鍋爐測試可以看出，正、反平衡試驗結(jié)果均達到了預(yù)定的供熱量，反平衡測試中格林曼黑度級小于1，且排放物濃度均小于燃煤鍋爐，證明鍋爐設(shè)計的合理性。
4 結(jié) 論
通過對生物質(zhì)鍋爐設(shè)計及測試，得到以下結(jié)論：
1)生物質(zhì)壓塊由于其燃料特性與燃燒特性要求其燃燒設(shè)備的風量配比與煤相比有所不同．生物質(zhì)壓塊燃燒要求過量空氣系數(shù)大于1.5，且二次風風量占總供風量的60%情況下燃料燃燒更充分；
2)生物質(zhì)熱水鍋爐效率可達到80.14%，煙塵、S02 .NOx排放濃度都有遠低于國家關(guān)于工業(yè)鍋爐大氣中污染物排放標準要求．生物質(zhì)鍋爐C02排放量為零，這對控制溫室效應(yīng)有長遠意義；
3)生物質(zhì)熱水鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，且解決農(nóng)村秸稈焚燒的難題，無論從社會效益還是經(jīng)濟效益均有廣泛的應(yīng)用前景。
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