雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐設(shè)計(jì)及前景分析

摘 要：雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐是根據(jù)生物質(zhì)成型燃料的特性來設(shè)計(jì)制作的，經(jīng)過詳細(xì)的熱工計(jì)算還有加工工藝研制出適用于生物質(zhì)成型燃料燃燒專用鍋爐，采用雙層爐排結(jié)構(gòu)，能消除煙塵，氣體和固體不完全燃燒的損失較小，燃燒效率高，并且其排煙中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物的含量還低，與國(guó)家鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)相符合。該文還要就技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和評(píng)價(jià)此鍋爐的前景，以及淺談其設(shè)計(jì)原理。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)成型燃料 鍋爐設(shè)計(jì) 雙層爐排 動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)

中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-00-01

1 雙層爐排的設(shè)計(jì)依據(jù)

我國(guó)在生物質(zhì)成型燃料燃燒上進(jìn)行的理論與應(yīng)用研究較少，然而它的確是能有效解決生物質(zhì)高效、潔凈化利用的一個(gè)有效途徑。目前來說，沒有弄清楚生物質(zhì)成型燃料理論，需要將原有燃煤鍋爐進(jìn)行一定程度的改造升級(jí)，但是爐膛的容積、形狀、過剩空氣系數(shù)等和生物質(zhì)成型燃燒是不匹配的，也因此導(dǎo)致了鍋爐燃燒效率和熱效率很低，污染物排放超標(biāo)。所以，根據(jù)生物質(zhì)成型燃料理論科學(xué)來進(jìn)行設(shè)計(jì)研究專用的鍋爐是目前急需解決的重要問題。

1.1 燃燒特性

以稻草，玉米稈，高粱稈，木屑為例子，對(duì)比它們的工業(yè)分析、元素分析、以及發(fā)熱量的數(shù)值，我們可以得出結(jié)論：生物質(zhì)成型燃料的揮發(fā)分遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，熱值比煤要小。（1）原生物質(zhì)燃燒特性，原生物質(zhì)尤其是秸稈類的生物質(zhì)密度較小，體積大，揮發(fā)分在60%～70%之間，易燃。熱分解時(shí)的溫度低，一般來說，350C就能釋放80%的揮發(fā)分，燃燒速度很快。需氧量也遠(yuǎn)大于外界擴(kuò)散所提供的氧量，導(dǎo)致供養(yǎng)不足，從而形成CO等的有害物質(zhì)。（2）生物質(zhì)成型燃料特性，生物質(zhì)成型燃料密度遠(yuǎn)大于原生物質(zhì)，因?yàn)槠浣?jīng)過高壓才能形成，為塊狀物，結(jié)構(gòu)和組織的特征使得其揮發(fā)分逸出速度和傳熱速度大幅度降低，而其點(diǎn)火溫度升高，性能差，但比煤的性能要強(qiáng)。燃燒開始的時(shí)候揮發(fā)分是慢速分解的，在動(dòng)力區(qū)燃燒，速度也中等，逐漸過度到擴(kuò)散區(qū)和過渡區(qū)，讓揮發(fā)分所發(fā)出熱量能及時(shí)到達(dá)受熱面，因而降低了排煙的熱損失。在其揮發(fā)分燃燒后，焦炭骨架結(jié)構(gòu)變得緊密，運(yùn)動(dòng)氣流無法讓其解體懸浮，因而骨架炭能夠保持住它的層狀燃燒，形成燃燒核心。它需要的氧氣和靜態(tài)滲透擴(kuò)散的一樣，燃燒時(shí)候很穩(wěn)定并且溫度很高，也因而降低排煙的熱損失。

所以說，生物質(zhì)成型燃燒相比之下優(yōu)點(diǎn)更明顯，燃燒速度均勻適中，需氧量和擴(kuò)散的氧量能很好匹配，燃燒的波浪比較小，更穩(wěn)定。

1.2 設(shè)計(jì)生物質(zhì)成型燃料鍋爐的主要要求

（1）結(jié)構(gòu)布置，采用了雙層爐排的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，也就是手燒爐排，并且在一定高度加上一道水冷卻的鋼管式爐排。其組成包括了：上爐門、中爐門、下爐門、上爐排、下爐排、輻射受熱面、風(fēng)室、燃燼室、爐膛、爐墻、對(duì)流受熱面、排氣管、煙道和煙囪等。上爐門是常開設(shè)計(jì)的，用作投燃料和供給空氣。中爐門則可以調(diào)整下爐排上燃料的燃燒，并可以清理殘?jiān)淮蜷_于點(diǎn)火和清理的時(shí)候。下爐門用來排灰，提供少量空氣，在運(yùn)行時(shí)微微打開，看下爐排上的燃燒情況再?zèng)Q定是否開度。上爐排以上的地方是風(fēng)室，上下爐排間是爐膛，墻上則設(shè)計(jì)有排煙口，不能過高，不然煙氣會(huì)短路。但過低也不行，否則下爐排的灰渣厚度達(dá)不到。設(shè)計(jì)的工作原理，讓一定的粒徑生物質(zhì)成型燃料通過上爐門燃燒，上爐排產(chǎn)生的生物質(zhì)屑和灰渣可以在下爐排繼續(xù)燃燒。經(jīng)過上爐排的燃燒，生成的煙氣與部分可燃?xì)怏w通過燃料層然后是灰渣層而進(jìn)到爐膛內(nèi)，繼續(xù)燃燒，并且和下爐排上燃料所生成的煙氣混合，然后通過出煙口通向燃燼室，再到后面的對(duì)流受熱面。下爐排可以采取低、中、高這樣三個(gè)活動(dòng)爐排，因?yàn)槿剂狭胶蜔嶝?fù)荷的大小不同。這樣就達(dá)到了讓生物質(zhì)成型燃料分布燃燒的目的，能夠緩解其燃燒的速度，還能匹配需氧量。完全燃燒率得到提升，消除煙塵也更有效化了。鍋爐受熱面設(shè)計(jì)，換熱面以輻射換熱為主的形式叫作輻射換熱面，又稱作水冷壁。由計(jì)算得出其受熱面的大小，為保持鍋爐內(nèi)的爐溫和生物質(zhì)燃料的燃燒，要把上爐排布置成輻射的受熱面。而形式是對(duì)流的換熱面則是對(duì)流受熱面，也叫作對(duì)流管束，其大小能由公式計(jì)算得到。引風(fēng)機(jī)選型，引風(fēng)機(jī)是用來克服風(fēng)道阻力以及煙道的。選擇風(fēng)機(jī)的時(shí)候必須考慮其儲(chǔ)備問題，否則會(huì)造成計(jì)算帶來的誤差。風(fēng)量和風(fēng)壓能由計(jì)算來確定，選擇型號(hào)要依據(jù)制造廠的產(chǎn)品目錄。

2 對(duì)雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐的前景分析

生產(chǎn)與利用實(shí)際上就是一個(gè)把生產(chǎn)目的、手段還有投入人力物力財(cái)力之間進(jìn)行合適的結(jié)合的過程。這不是簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)過程，是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相互結(jié)合的過程。技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素要協(xié)調(diào)，才能使這項(xiàng)技術(shù)得到更好的推廣和發(fā)展。

2.1 技術(shù)分析

雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐設(shè)計(jì)的熱負(fù)荷是87千瓦，熱水溫度95攝氏度，進(jìn)水的溫度是20攝氏度，熱效率也能高達(dá)70%，其排煙溫度200攝氏度。它在技術(shù)的性能上十分占優(yōu)勢(shì)，有很高的熱效率和燃燒效率，也減少了有害氣體和煙塵的排放量，符合我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境帶來的損害小，所以可以考慮廣泛應(yīng)用于各種活動(dòng)生產(chǎn)中來。

2.2 經(jīng)濟(jì)分析

在經(jīng)濟(jì)效益方面，因?yàn)樵撳仩t的燃燒效率較高，所以能很大程度燃燒燃料，因此制造的熱能量等損失小，節(jié)省了不少燃料費(fèi)用。對(duì)比燃煤鍋爐，更為經(jīng)濟(jì)適用。另外，成本費(fèi)里包括了固定資產(chǎn)的投入與運(yùn)行費(fèi)用。而固定資產(chǎn)投入費(fèi)包含了設(shè)備與建設(shè)費(fèi)，該鍋爐的成本為一萬元，安裝和土建費(fèi)則是五千元，運(yùn)行費(fèi)也含有電費(fèi)、原料費(fèi)、人工費(fèi)以及設(shè)備維修費(fèi)。而優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單的設(shè)備能節(jié)省人工費(fèi)。如果對(duì)成型技術(shù)還有設(shè)備做進(jìn)一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，適合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的。

3 結(jié)語

（1）在技術(shù)上，雙層爐排是一個(gè)很大的進(jìn)步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也達(dá)到了工質(zhì)參數(shù)的設(shè)計(jì)要求，隨著燃料能源的價(jià)格上漲，還有科研人員加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)成型技術(shù)的深入研究，這種鍋爐一定能占有不錯(cuò)的市場(chǎng)。（2）用技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)來分析鍋爐，能得出一個(gè)大致結(jié)果就是，該鍋爐投資較大，但是長(zhǎng)期看來，是經(jīng)濟(jì)可行的，其效益也是符合投資要求的。只是和燃煤鍋爐比較起來，燃煤的價(jià)格占有優(yōu)勢(shì)，但如果化石能源的價(jià)格上漲，并且環(huán)保力度加大，雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐會(huì)越來越占據(jù)優(yōu)勢(shì)的一面。

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