生物质颗粒燃料常压热水锅炉的研制.doc

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1、生物质颗粒燃料常压热水锅炉的研制摘要：简要论述了一种小型生物质常压热水锅炉的研制及试验。锅炉采用两次送风系统，在提高燃烧效率的同时有效地防止了灰分结渣，采用防反烧设计可有效防止生物质在给料器内反烧和点火器过热，锅炉采用两级螺旋给料机构，同时采用预热水封除尘机构，提高了燃烧热效率，排烟更加清洁环保。生物质为可再生的清洁能源，是我国农村及小城镇使用的主要能源之一，目前许多地方仍然采用传统的直接燃烧方式，燃烧效率低，而且还会造成环境的污染和能源的浪费。为提高生物质的燃烧效率，当前我国主要从两个方面进行改进和研究，一是生物质颗粒成型技术的研究和应用，二是各类生物质燃烧锅炉的研究和应用。龙山顺天生物质能

2、源有限公司研制的小型生物质常压热水锅炉，其采用生物质颗粒为燃料，经一系列的技术改进后使用安全可靠，燃烧效率高，烟气排放污染物浓度低，达到国家相关标准。1锅炉设计与制造1.1锅炉结构及工作原理锅炉总体由锅炉主体部分、预热除尘部分、生物质燃料储存及输送部分三部分组成，锅炉主体部分和预热除尘部分的主体结构均为内外两层炉壁结构，中间为水存储空间。生物质颗粒燃料热水锅炉结构简图如图1所示。锅炉工作原理如下：(1)水系统。冷水首先接入预热及除尘器内进行预热，预热后的水存储于预热器内，用水泵抽入锅炉内进行加热，水泵的启动及停止可根据锅炉内的水位采用自动控制，当水位低于设计低水位时，水泵开启，当水位高于设计高

3、水位时，水泵关闭。锅炉内的水通过炉壁下部进入，炉内燃烧所产生的热量经炉壁和横水管传递给水，水加热至所需温度后从锅炉顶部输出。(2)燃烧系统。生物质成型燃料经螺旋给料器送入锅炉燃烧室，空气由鼓风机吹入燃烧室，燃烧后产生的烟气上升与炉内横水管、炉壁换热，从上部排烟口进入到预热除尘器内。(3)烟气除尘系统。烟气从锅炉上部排烟口进入预热除尘器内后，烟气首先从上到下流动与除尘器内壁等进行换热，烟气的温度下降，流速下降，烟气中的灰尘等下落到水池中。烟气经下部的水封除尘后变为由下向上流动，由抽风机抽出排放到大气中。1.2锅炉炉排及炉膛尺寸炉排和炉膛尺寸均为锅炉设计的重要参数，其将直接影响锅炉的供热及燃烧情况

4、，因此是锅炉设计与制造首先要确定的参数。根据锅炉设计计算原理，首先需选取合适的炉排面积热负荷和炉膛容积热负荷。本设计中，根据所用生物质燃料，初步拟定炉排的面积热负荷qt=400kW/m2，炉膛的容积热负荷qv=350kW/m3，炉排与炉膛尺寸的计算公式为1：1.3锅炉送风系统生物质成型燃料由于本身成分的复杂性，其燃烧过程也很复杂，主要分为四个燃烧阶段：预热和干燥阶段、挥发分析出及木炭形成阶段、挥发分燃烧阶段、固定炭燃烧阶段。生物质成型燃料经挤压后密度增大，挥发析出速度减缓，在350不完全燃烧过程中大量析出，同时生物质燃料燃烧后所产生的灰熔点较低，温度过高则容易结渣。根据上述特点，在设计送风系统

5、时，应使底部燃料燃烧区为低温厌氧燃烧，使燃料中挥发分析出，燃烧所产生的灰不结渣，析出的挥发分再充分燃烧。根据生物质燃料的燃烧特性，本锅炉采用两次送风设计。根据国内相关研究，中小型锅炉的空气过量系数一般大于1.523，本锅炉的空气过量系数根据理论计算和试验结果取2，一次送风和二次送风比值为3.56.5，二次送风采用多点环形送风系统，风口呈一定角度向上倾斜，确保各风口出风在燃烧室中央形成负压，将生物质燃烧产生的挥发成分向上提升，挥发分充分燃烧，使燃烧的高温部分离开生物质燃料及其燃烧后所产生的灰分，避免灰分过热而结渣。1.4两级螺旋给料机构小型生物质热水锅炉、热气炉等一般均采用螺旋给料机构，因生物质

6、料斗及送料系统和锅炉本体做成一个整体，料斗至燃烧室之间的距离较短。由于生物质燃料易挥发和易燃烧，在锅炉使用或停机后，燃料可能沿着螺旋传送器管道内反烧至生物质存料斗，引发火灾等安全事故。为了降低可能存在的安全隐患，本热水锅炉在设计上采用的两级螺旋给料机构如图1所示，采用这种结构后增加了燃烧室到料斗之间的距离，同时由于燃料在输送管内堆积的长度增加，隔绝了从料斗到燃烧室的空气，能够有效地阻止从燃烧室反烧至料斗，保证锅炉使用的安全性。1.5防反烧设计设计时将风机出风一部分引入螺旋给料器，经螺旋给料器出口进入燃烧室。采用从给料器送风的方式可以起到以下三个方面的作用，一是对进入炉膛的燃料进行摊铺，燃料经螺

7、旋输送到炉膛后即堆积在出料口，料口出风使燃料能够比较均衡地摊铺在炉排上；二是能够有效防止反烧，料口的风向控制了燃烧方向，防止炉膛内火反烧到螺旋送料器内；三是可对进入炉膛的新燃料进行冷却，使进入炉膛的新燃料不直接遇到高温过热烟气，延缓了燃料中挥发分的集中析出，降低炉膛温度波动，使燃烧更加稳定，同时防止燃烧后灰尘等因温度过高而结渣。2预热及水封除尘器设计由于小型热水锅炉的燃烧室小，燃料燃烧后在炉内对流换热与辐射换热的时间短，导致换热不充分，烟气从炉内排出时含有一定量的余热，如不能有效利用将降低燃料的利用效率，同时从锅炉内排除的烟气中含有大量燃烧所产生的的灰尘等污染物，如直接排放会造成空气污染。为解

8、决上述问题，设置了预热及水封除尘器。当烟气从锅炉炉膛进入预热及水封除尘器后，烟气与除尘器内的管道、器壁换热后冷却，除尘器内的水温上升，烟气的温度下降，流速降低，烟气中的灰尘等落入除尘器下部的水池中，烟气经引风机排除。烟气经除尘器后灰尘含量低于国家标准，可以直接排放。3结论(1)通过合理布置一次和二次送风口位置及方向、一次和二次送风的比例，提高了燃烧效率，燃烧后的灰尘不结渣。(2)采用两级螺旋给料设计，在不增加锅炉总体尺寸的情况下，增大了燃烧室至料斗间的距离，可有效地防止锅炉反烧，提高了锅炉使用的安全性。(3)采用预热及水封除尘系统，有效地提高了燃料的使用效率，燃烧热效率超过90%。降低了锅炉排烟中颗粒物的含量，排烟达到国家排放标准。参考文献：1张德利，吕薇，张晓楠，等230kW生物质热水锅炉研制J哈尔滨理工大学学报，2013，18(2)：86892乐园，李龙生秸秆类生物质燃烧特性的研究J能源工程，2006(4)：30333黄波生物质成型燃料用于取暖炉的特性研究D长沙：中南大学，2011：40476