生物質顆粒燃料鍋爐的結構特性分析
作者：匿名 來源：本站原創(chuàng) 發(fā)布：2015年11月24日 修改：2016年1月4日 所屬分類：新聞動態(tài) 訪問統(tǒng)計：3000
生物質顆粒燃料鍋爐的結構特性分析
我國能源生產(chǎn)結構中煤炭比例始終在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．以煤為主的能源結構直接導致能源活動對環(huán)境質量和公眾健康造成了極大危害。生物質固體成型燃料(簡稱生物質燃料)是利用新技術及專用設備將農(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)的燃煤鍋爐設備上。生物質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％，生物質燃料是我國大力提倡的可再生能源資源。
1、生物質成型燃料的特點
我們將要分析的是以松木為主要原料壓制成型的生物質燃料，與傳統(tǒng)的礦物能源燃料比，生物質成型燃料的成份及燃燒特點都有很大的不同。松木生物質顆粒燃料如下所示：
松木生物質顆粒燃料
1.1生物質成型燃料的成份特點
生物質燃料的化學組成是十分復雜的高分子物質．在作為燃料的工程技術應用中。大致可將其分為二部分，有機物(可燃部分)和無機物(可燃部分)。有機物中主要是揮發(fā)分(由C、H、O、N、S等元素組成的氣態(tài)物質)和固定碳(由C元素組成的固態(tài)物質)，燃料中的揮發(fā)分及其熱值對生物質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。生物質和煤的揮發(fā)分范圍及熱值見表1。
生物質和煤的揮發(fā)分含量及熱值
另一個與著火和燃燒情況關系密切的參數(shù)是燃料的熱值。不同的生物質種類，其主要組成元素也不同，熱值也有差異。幾種主要生物質的元素組成及熱值見表2。由表1和表2可以看出．生物質成型燃料的揮發(fā)分高于煤炭，而灰分、氮和硫含量遠小于煤炭，其熱值也小于煤炭。
1.2生物質成型燃料的燃燒特性
生物質成型顆粒燃料是經(jīng)過高壓而形成的．其密度遠遠大于原生物質。成型燃料的結構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階段。加熱初始階段．生物質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。當揮發(fā)分中可燃物達到一定溫度和濃度，揮發(fā)分開始著火；同時揮發(fā)分沒有燃燼時．木炭只能被加熱而不能燃燒。只有當揮發(fā)分燒完后。氧氣才能擴散到木炭表面。木炭才開始著火。
幾種典型生物質元素分析、工業(yè)分析及地位發(fā)熱熱值
2、生物質成型燃料鍋爐的結構設計
從生物質成型燃料的特性分析出發(fā)。本課題設計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生物質成型燃料鍋爐的總體設計
鍋爐的燃燒技術采用層燃技術，與傳統(tǒng)的鏈條爐排燃煤蒸汽鍋爐相似。根據(jù)生物質燃料的燃燒特性．對鏈條爐排的送風系統(tǒng)和爐拱進行改進，以達到與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐使用方法一致的且的。生物質成型顆粒燃料燃燒過程：S先將生物質成型顆粒燃料投入到料斗l。根據(jù)鍋爐負荷及燃燒情況通過調節(jié)煤閘門2．來控制燃料層厚度。一次風從送風口3穿過爐排4和燃料層5進入爐膛，提供燃燒所需要的一次空氣．燃料在爐排的帶動下緩緩向爐后移動。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煙氣快速進入爐膛6。進行輻射換熱；沒有燃燼的可燃物進入燃燼室7后繼續(xù)燃燒。然后高溫煙氣進入D一、二回程煙管8及鍋爐尾部省煤器10進行對流換熱．在引風機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9排出爐體(圖1)。根據(jù)生物質顆粒的燃燒特點。前拱部位存在大量的揮發(fā)分。因此在前拱出口部設置二次風，起到補充氧氣助燃和擾動煙氣的作用：二次風的設計應有一定的流速和一定的有效射程�？紤]到生物質燃料的揮發(fā)分特別高，極易著火，鍋爐的著火點應該向后移，同時將煤閘門改成水冷。以避免引燃料斗中的燃料。
生物質鍋爐結構圖
2.2生物質成型燃料鍋爐爐膛設計
生物質成型燃料鍋爐爐膛設計，爐膛容積和爐排面積是鍋爐爐膛設計的兩個主要參數(shù)，根據(jù)標準**，該燃料的爐排面積熱負荷為600，850 kW／m2；爐膛容積熱強度Qy230—350kW／m3。依據(jù)熱平衡計算，該鍋爐選用燃料的計算燃料耗量為341.1 kg／h，生物質成型顆粒燃料低位發(fā)熱量Qnet，ar =18040 kJ/kg；通過計算得出。鍋爐爐膛容積為
生物質燃料鍋爐計算公式
2.3生物質成型燃料鍋爐輻射受熱面的設計
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，鍋爐熱力計算方法、校核計算，對鍋爐的輻射受熱面進行了熱力計算。計算得出爐膛出口煙溫Q=1027.120℃，輻射受熱面?zhèn)鳠崃糠?1700.25kcal／kg對輻射受熱面進行熱力校核，校核結果符合設計要求。
2.4生物質成型燃料鍋爐對流受熱面的設計
對流管柬的設計計算。對流受熱面分兩個區(qū)域。D一區(qū)由61支規(guī)格為Φ57×3．5 mm，L=3220mm的煙管組成。設計煙氣流速為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，設計煙氣流速為16.54 m/s，符合標準**值。同時，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的螺紋管技術。并依據(jù)相關校核方法校核對流管束傳熱量，結果符合設計要求。
3、生物質成型燃料鍋爐熱力計算匯總
生物質成型燃料鍋爐熱力計算，生物質成型顆粒燃料鍋爐燃料成份、熱效率及熱平衡計算分別見表3、表4。爐膛相關技術參數(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)計算見表5。
生物質燃料成分和熱效率計算生物質鍋爐各受熱面積及煙氣參數(shù)
4、鍋爐風機選型設計
通風設備是鍋爐的呼吸器官。通風是調整鍋爐出力的手段．只有合理地設計通風系統(tǒng)和選用通風設備，才能保證鍋爐的燃燒和傳熱過程正常進行。目前常用的機械通風方式有三種：即負壓通風、平衡通風和正壓通風。本文設計的鍋爐選用平衡通風．即在鍋爐設備中同時裝有送風機和引風機，送風機是用于克服風道阻力．依據(jù)燃燒需要的空氣量及適當?shù)倪^量空氣系數(shù)和風道全壓降。選擇送風機時，為了安全起見應考慮一定的儲備，用儲備系數(shù)加以修正。引風機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備系數(shù)。來進行選擇。送、引風機風量和風壓可由計算確定，依據(jù)計算結果和鍋爐輔機廠家提供的產(chǎn)品目錄選擇風機型號。本設計選擇富通新能源公司生產(chǎn)的送風機和引風機，送風機型號為4-72 No 3.6A，引風機型號為Y6-30No-7.5C。
5、結論
通過對生物質成型燃料燃燒特性的分析，比較燃散煤鍋爐的結構特點，改進燃散煤鍋爐的結構，采用高且加長的爐膛。加強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；采用多點平衡配風法使爐膛過量空氣系數(shù)減小而減少排煙損失：往復爐排的技術應用在生物質成型燃料鍋爐上。使得爐膛燃燒強度增加，改善了燃料的著火狀況．燃料燃燼率高。
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