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李燕東，王述洋，劉會粉，汪莉萍，景果仙
(東北林業大學機電工程學院。黑龍江哈爾濱150040)
摘要：根據生物質成型顆粒燃料特性及燃燒規律，通過詳細的熱工計算設計了生物質成型顆粒燃料氣化鍋爐。鍋爐采用往復爐排，增強了爐膛燃燒強度，高的爐膛高度使得鍋爐氣化燃燒的程度增加。從而提高了鍋爐的燃燒效率和熱效率。
0引言
生物質能源作為人類利用最早、最直接的一種傳統能源。被利用了幾十萬年。但是由于生物質本身存在的問題而未能被大規模利用.例如：生物質熱值低、一般利用前都需預處理、不便于運輸存儲、缺乏專用的燃燒設備等。經濟社會的發展以能源的消耗為重要動力，經濟越發展.能源消耗就越多。尤其是化石燃料消費的增加。這樣就有兩個突出問題擺在我們前面：一是環境污染日益嚴重：二是化石燃料的緊缺。農村的能源問題更加突出.一方面農村過剩的農作物剩余物或堆放在田間地頭。占用寶貴的農田，或就地焚燒，不僅浪費大量的秸稈資源而且嚴重污染環境；另一方面國內0.5-4.0 t的燃煤快裝鍋爐已大量應用于鄉鎮企業的生產用熱和鄉鎮居民的冬季采暖，嚴重制約了農村經濟與能源的可持續發展。因此，研發性能完備的生物質燃燒設備，妥善處理農村秸稈剩余問題，已成為解決環境污染，提高農民生活質量的一項重要課題。
1設計依據
本文所設計的生物質成型顆粒燃料氣化鍋爐是以燃燒玉米秸稈成型顆粒燃料的專用燃燒設備。
1.1生物質成型顆粒燃料的特性
表1是玉米秸稈成型燃料的工業分析和元素分析以及發熱量數值。
由表1看出，生物質成型燃料的揮發分高于煤炭。灰分、氮和硫含量遠小于煤，其熱值小于煤。研究表明。生物質成型顆粒燃料的燃燒性能優于柴薪.可以實現高效、潔凈、低排放燃燒。生物質成型燃料燃燒具有自身的特性。
1.2生物質成型顆粒燃料的燃燒特性
由于生物質成型顆粒燃料是經過高壓而形成的顆粒(直徑∅=6～10mm，長度L<80mm)狀物料，其密度遠遠大于原生物質，顆粒燃料的結構與組織特征決定了揮發分的析出速度與傳熱速度都大大降低。生物質成型顆粒燃料的燃燒過程可分為干燥脫水、揮發分析出、揮發分燃燒、焦炭燃燒和燃燼5個階段：①生物質顆粒燃料中的水分蒸發；②隨著顆粒燃料溫度的不斷升高，揮發分開始析出，燃燒處于動力區，這一過程即可認為是氣化過程；③揮發物與氧氣結合、燃燒，形成火焰，燃燒進入過渡區與擴散區，同時揮發分燃燒所需的氧與外界擴散的氧很好的匹配，揮發分能夠燃盡；④揮發分燃燒完后，此時燃料中的木質素已經炭化，空氣中的氧氣充分接觸到焦炭，焦炭開始燃燒。焦炭燃燒所需要的氧與靜態滲透擴散的氧相當，燃燒穩定持續，爐溫較高；⑤燃燼殼不斷加厚，可燃物基本燃盡，在沒有強烈干擾的情況下.形成整體的灰殼，灰殼表面看不到火焰。燃燒過程結束。
1.3生物質顆粒燃料氣化鍋爐的主要設計參數
2生物質成型顆粒燃料氣化鍋爐設計
2.1鍋爐總體結構設計
鍋爐的燃燒技術利用層燃技術，采用單鍋筒縱向布置，鍋筒下部為爐膛，爐膛內布置水冷壁；爐膛兩側為對流煙道，對流煙道里布置對流受熱管束；鍋筒內設置煙管，此外有下集箱、風室、進料斗、灰渣室、爐墻、閥體等組成，鍋爐的結構如圖1所示。
以圖1為例介紹該生物質成型顆粒燃料氣化鍋爐的工作原理。首先一定量的生物質成型顆粒燃料經過爐門1送入到水平往復爐排2上。一次風從送風口13穿過爐排和燃料層進入爐膛。提供燃燒所需要的一次空氣，燃料在活動爐排的帶動下緩緩向前移動.成型顆粒燃料在熱源和空氣的共同作用下脫水、氣化、燃燒，產生的含可燃物氣體的高溫煙氣在后拱3的阻擋下反向流動進入上部爐膛空間.與二次風道4噴出的空氣充分混合而迅速燃燒。燃燒完全的高溫煙氣被分成兩股分別進入左右煙道5，然后煙氣流經爐膛兩側的對流煙道6中，沖刷對流受熱管束并與其中的工質進行熱交換.錯綜排列的對流管束使煙氣中灰分的含量大大減少。由對流煙道6出來的潔凈煙氣經過外煙道7進入埋設在鍋筒里的煙管8中，潔凈煙氣流過煙管8由煙口9排出.在引風機的抽力作用下送入煙囪，排到大氣中。燃料燃盡后形成的灰渣由往復爐排的輸送從出渣口14排到鍋爐底部的灰渣室。此外，在鍋筒上安裝安全閥10、入孔11、主蒸汽出口12。
2.2生物質成型顆粒燃料氣化鍋爐爐膛設計
爐膛體積和爐排面積是鍋爐爐膛的兩個主要參數，由式(1)、(2）呵計算出鍋爐爐膛及爐排尺寸：
2.6氣化鍋爐風機選型設計
通風是鍋爐的“呼吸”器官。也是調整鍋爐出力的手段。只有合理地設計通風系統和選用通風設備，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。
依據燃燒需要的空氣量及適當的過量空氣系數和風道全壓降。選擇送風機時往往為了安全起見應考慮一定的儲備，用儲備系數加以修正。引風機是用于克服煙道阻力的，依據燃燒產生的煙氣量和煙道全壓降以及一定的儲備系數.選擇引風機。送、引風機風量和風壓可由計算確定。依據計算結果和鍋爐輔機廠家提供的產品目錄選擇風機型號。選擇由某公司生產的送風機和引風機，送風機型號為：4—72—3.6A；引風機型號為：Y5—47—3C。
3結論
采用高爐膛結構，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；采用平衡配風法使爐膛過量空氣系數減小而減少排煙損失；往復爐排的應用使得爐膛燃燒強度增加。改善了燃料的著火狀況。 |
