由于在國(guó)外產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，我國(guó)
生物質(zhì)成型顆粒燃料采暖設(shè)備已經(jīng)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)展相當(dāng)成熟，不少企業(yè)結(jié)合中國(guó)用戶及燃料特點(diǎn)開發(fā)出了適合我國(guó)生物質(zhì)成型顆粒燃料的小型燃燒設(shè)備，普遍用于戶用及小面積區(qū)域采暖。但是典型的燃燒原理基本是相同的，下表列出了一些典型產(chǎn)品。
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典型采暖設(shè)備 |
主要除渣結(jié)構(gòu) |
主要防沉積措施 |
適應(yīng)燃料 |
進(jìn)料方式 |
配風(fēng)與燃燒方式 |
代表爐型 |
備注 |
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旋轉(zhuǎn)爐排顆粒燃料采暖爐 |
滾動(dòng)爐排 |
避免高堿金屬燃料，及時(shí)掃除沉積 |
木質(zhì)及低堿金屬秸稈顆粒燃料 |
自動(dòng)連續(xù)進(jìn)料 |
三次供風(fēng)，動(dòng)態(tài)燃燒 |
某公司 |
微計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)料、燃燒、排煙全自動(dòng) |
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多回程流動(dòng)燃燒采暖爐 |
主燃室低溫裂解避免聚團(tuán) |
準(zhǔn)確溫控，分室燃燒，重力降塵 |
各種塊狀生物質(zhì)燃料 |
定時(shí)加料，重力流動(dòng) |
三次供風(fēng)，半汽化燃燒 |
某公司 |
煙囪自然引風(fēng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，三回程燃燒設(shè)計(jì) |
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雙層爐排雙燃室鍋爐 |
主燃室低溫裂解，無(wú)聚團(tuán) |
分室燃燒，多回程重力降塵 |
各類大粒徑成型顆粒燃料 |
定時(shí)加料，重力流動(dòng) |
三次供風(fēng)，下吸式汽化燃燒 |
某公司 |
人工間歇頻繁加料，鼓引風(fēng)系統(tǒng)排煙 |
北京某爐業(yè)公司設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)爐排顆粒燃料鍋爐結(jié)構(gòu)圖，該鍋爐采用動(dòng)態(tài)燃燒技術(shù)，主要原料采用木質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃料或低堿金屬含量的秸稈顆粒燃料，
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下所示：
從結(jié)構(gòu)上分析，該鍋爐主要特點(diǎn)：①設(shè)計(jì)帶有轉(zhuǎn)動(dòng)爐排的滾動(dòng)燃燒器，采用動(dòng)態(tài)燃燒的方式，精確控制燃燒速率，既消除形成沉積的條件，又避免了聚團(tuán)結(jié)渣的形成；②通過(guò)設(shè)計(jì)三級(jí)多點(diǎn)供風(fēng)，風(fēng)量的控制基本依據(jù)一次風(fēng)70%、二次風(fēng)20%、三次風(fēng)10%的比例進(jìn)行分配，動(dòng)態(tài)配送空氣與可燃物混合均勻，保證燃燒具有穩(wěn)定的溫度及動(dòng)力場(chǎng)；③設(shè)計(jì)折流板延長(zhǎng)煙氣燃燒流程，保證燃燒與換熱充分，并依靠重力沉降較大灰粒；④設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化配風(fēng)與燃料流動(dòng)速度，使鍋爐可一直處于最佳燃燒工況。正常使用時(shí)，該鍋爐可全自動(dòng)運(yùn)行，只需24 h添加一次燃料即可。
滾動(dòng)式燃燒器是燃燒裝置的關(guān)鍵部件，主要是由滾動(dòng)式爐排、燃燒器本體、火焰風(fēng)室罩組成，滾動(dòng)式爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)依靠調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈條的連接進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程既是燃料流動(dòng)動(dòng)態(tài)燃燒過(guò)程，也是破渣過(guò)程，通過(guò)爐排的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)將進(jìn)入燃燒器內(nèi)的燃料進(jìn)行邊輸送、邊燃燒、邊排渣。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，顆粒燃料經(jīng)料倉(cāng)由螺旋進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)入燃燒器，由電阻絲加熱引燃顆粒燃料，同時(shí)匹配適當(dāng)空氣，燃料在滾動(dòng)燃燒器上緩慢流動(dòng)燃燒，灰渣及時(shí)隨著燃燒器轉(zhuǎn)動(dòng)形成的傾角而破碎，高溫?zé)煔饨?jīng)折流板兩次折流充分換熱后由煙囪排出。二次風(fēng)、三次風(fēng)由火焰風(fēng)室罩供給。
在長(zhǎng)期使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該鍋爐不可燃燒堿金屬含量高的秸稈顆粒燃料，不適用于大粒徑的壓塊或棒狀燃料。特別適用于高檔別墅及無(wú)集中供暖的商業(yè)區(qū)域取暖，以木質(zhì)顆粒燃料為主要燃料。
河北某公司設(shè)計(jì)的三回程半汽化燃燒生物質(zhì)成型顆粒燃料鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖，該鍋爐的結(jié)構(gòu)主要針對(duì)大粒徑的塊狀或棒狀生物質(zhì)成型顆粒燃料進(jìn)行設(shè)計(jì)。
為了達(dá)到高效燃燒和提高換熱效率，避免結(jié)渣與沉積，該鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)特別注意以下幾點(diǎn)：①采用活動(dòng)爐排設(shè)計(jì)，通過(guò)不定時(shí)翻轉(zhuǎn)或搖動(dòng)爐排排除結(jié)渣；②采用多級(jí)多點(diǎn)配風(fēng)，保證氧氣與可燃?xì)饣旌铣浞帧⑷紵隣顟B(tài)穩(wěn)定；③三回程多室燃燒設(shè)計(jì)，預(yù)燃裂解處于低溫區(qū)，可燃?xì)庠诟邷貐^(qū)燃燒，避免結(jié)渣，消除沉積形成的條件；④設(shè)計(jì)反燒墻，延長(zhǎng)煙氣燃燒及換熱流程，依靠重力沉降灰粒，減少換熱面及煙囪高溫沉積、腐蝕程度，提高換熱效率；⑤設(shè)計(jì)定期吹灰空，清除沉積及結(jié)焦成分，保證鍋爐經(jīng)常處于最佳運(yùn)行工況。
根據(jù)實(shí)際用戶需求，該設(shè)備的結(jié)構(gòu)還可以在煙囪出口處設(shè)計(jì)對(duì)流換熱器以提高煙氣余熱的利用效率。該類型生物質(zhì)成型顆粒燃料鍋爐由于采用翻轉(zhuǎn)或往復(fù)活動(dòng)爐排，不適用于粒徑較小的生物質(zhì)顆粒燃料，僅適用于較大粒徑的生物質(zhì)棒狀、塊狀成型顆粒燃料。
實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，首先添加引燃柴料，點(diǎn)燃并形成底火后，添加燃料，調(diào)節(jié)風(fēng)門風(fēng)量，即可正常使用。正常燃燒時(shí)，加料室底部也是初級(jí)燃燒室、預(yù)燃熱解室，從上至下依次是預(yù)熱層、干餾層、還原層、氧化層，其底部為灰渣層。爐排底部供入一次空氣滿足熱解及部分燃料燃燒所需氧氣，二次燃燒室還有二次、三次空氣等滿足可燃?xì)獬浞秩紵Ｒ揽空鄯祿趸鸢宓姆较蜣D(zhuǎn)換以及燃燒渦流旋轉(zhuǎn)力量等沉降灰粒，減少沉積腐蝕對(duì)鍋爐的損壞。可以搖動(dòng)隨時(shí)活動(dòng)爐排，方便除灰、清渣等，燃燒及清渣過(guò)程燃料隨著重力向下流動(dòng)。
該類型爐具的設(shè)計(jì)思路借鑒了歐洲生物質(zhì)鍋爐的設(shè)計(jì)工藝，結(jié)合中國(guó)用戶及我國(guó)生物質(zhì)成型顆粒燃料特點(diǎn)進(jìn)行了升級(jí)優(yōu)化。目前，河北光磊爐業(yè)公司、北京老萬(wàn)爐業(yè)公司等都設(shè)計(jì)生產(chǎn)此類鍋爐設(shè)備產(chǎn)品。
作者根據(jù)生物質(zhì)成型顆粒燃料特點(diǎn)設(shè)計(jì)的一款雙層爐排鍋爐，該鍋爐主要適用大粒徑的各類生物質(zhì)棒狀、塊狀成型顆粒燃料。
主要參數(shù)如下：額定功率，87 kW;過(guò)量空氣系數(shù)，1.7；熱效率大于74%，每小時(shí)棒狀成型顆粒燃料消耗量約30 kg;常壓運(yùn)行。
在消除沉積、預(yù)防腐蝕等技術(shù)方面，該鍋爐在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上突出了如下特點(diǎn)：①采用雙層爐排結(jié)構(gòu)，上下?tīng)t排與爐體形成三個(gè)獨(dú)立空間。最上層是加料室及一次空氣入口，同時(shí)也是初級(jí)燃燒及熱解室；此處主要完成熱解過(guò)程，燃燒溫度較低，可有效減少燃料燃燒過(guò)程的灰分與燃料聚團(tuán)結(jié)渣；②上下?tīng)t排中間構(gòu)成二次燃燒室，下?tīng)t排是未燃盡燃料的再燃區(qū)，爐排下是灰渣室；③二次燃燒室與后方燃盡室相連，可燃物在此遇到二次空氣發(fā)生劇烈高溫燃燒，高溫?zé)煔饨?jīng)換熱面進(jìn)行熱量交換后引入煙囪排出。
該鍋爐正常燃燒時(shí)，上爐門作為添加燃料口及一次進(jìn)風(fēng)口，一般要處于敞開狀態(tài)；中爐門用于掉落在下?tīng)t排上未燃盡燃料的燃燒，正常燃燒時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，點(diǎn)火及清渣時(shí)打開；下?tīng)t門用于排灰及二次空氣供給的進(jìn)口，根據(jù)燃燒情況適量打開。燃燒過(guò)程灰粒經(jīng)過(guò)二次燃燒室及燃盡室兩次沉降，因此后部換熱面的沉積物大大減少，有利于減輕對(duì)換熱面的腐蝕。
試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行過(guò)程發(fā)現(xiàn)，雙爐排結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)成型顆粒燃料的分段燃燒，多點(diǎn)UL配供風(fēng)，使生物質(zhì)成型顆粒燃料穩(wěn)定、持續(xù)、完全燃燒，保證整個(gè)燃燒過(guò)程消煙除塵、不結(jié)渣。目前，北京春來(lái)鍋爐公司等設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保鍋爐既是采用了該雙層爐排技術(shù)，目前又有所升級(jí)與改進(jìn)，產(chǎn)品推廣應(yīng)用效果較好。
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