雙層爐排生物質成型燃料鍋爐設計及前景分析

摘 要：雙層爐排生物質成型燃料鍋爐是根據生物質成型燃料的特性來設計制作的，經過詳細的熱工計算還有加工工藝研制出適用于生物質成型燃料燃燒專用鍋爐，采用雙層爐排結構，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，與國家鍋爐污染物排放標準相符合。該文還要就技術經濟分析和評價此鍋爐的前景，以及淺談其設計原理。

關鍵詞：生物質成型燃料 鍋爐設計 雙層爐排 動態評價 技術經濟

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-01

1 雙層爐排的設計依據

我國在生物質成型燃料燃燒上進行的理論與應用研究較少，然而它的確是能有效解決生物質高效、潔凈化利用的一個有效途徑。目前來說，沒有弄清楚生物質成型燃料理論，需要將原有燃煤鍋爐進行一定程度的改造升級，但是爐膛的容積、形狀、過剩空氣系數等和生物質成型燃燒是不匹配的，也因此導致了鍋爐燃燒效率和熱效率很低，污染物排放超標。所以，根據生物質成型燃料理論科學來進行設計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，對比它們的工業分析、元素分析、以及發熱量的數值，我們可以得出結論：生物質成型燃料的揮發分遠遠高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，熱值比煤要小。（1）原生物質燃燒特性，原生物質尤其是秸稈類的生物質密度較小，體積大，揮發分在60%～70%之間，易燃。熱分解時的溫度低，一般來說，350C就能釋放80%的揮發分，燃燒速度很快。需氧量也遠大于外界擴散所提供的氧量，導致供養不足，從而形成CO等的有害物質。（2）生物質成型燃料特性，生物質成型燃料密度遠大于原生物質，因為其經過高壓才能形成，為塊狀物，結構和組織的特征使得其揮發分逸出速度和傳熱速度大幅度降低，而其點火溫度升高，性能差，但比煤的性能要強。燃燒開始的時候揮發分是慢速分解的，在動力區燃燒，速度也中等，逐漸過度到擴散區和過渡區，讓揮發分所發出熱量能及時到達受熱面，因而降低了排煙的熱損失。在其揮發分燃燒后，焦炭骨架結構變得緊密，運動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滲透擴散的一樣，燃燒時候很穩定并且溫度很高，也因而降低排煙的熱損失。

所以說，生物質成型燃燒相比之下優點更明顯，燃燒速度均勻適中，需氧量和擴散的氧量能很好匹配，燃燒的波浪比較小，更穩定。

1.2 設計生物質成型燃料鍋爐的主要要求

（1）結構布置，采用了雙層爐排的設計結構，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、風室、燃燼室、爐膛、爐墻、對流受熱面、排氣管、煙道和煙囪等。上爐門是常開設計的，用作投燃料和供給空氣。中爐門則可以調整下爐排上燃料的燃燒，并可以清理殘渣，只打開于點火和清理的時候。下爐門用來排灰，提供少量空氣，在運行時微微打開，看下爐排上的燃燒情況再決定是否開度。上爐排以上的地方是風室，上下爐排間是爐膛，墻上則設計有排煙口，不能過高，不然煙氣會短路。但過低也不行，否則下爐排的灰渣厚度達不到。設計的工作原理，讓一定的粒徑生物質成型燃料通過上爐門燃燒，上爐排產生的生物質屑和灰渣可以在下爐排繼續燃燒。經過上爐排的燃燒，生成的煙氣與部分可燃氣體通過燃料層然后是灰渣層而進到爐膛內，繼續燃燒，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，再到后面的對流受熱面。下爐排可以采取低、中、高這樣三個活動爐排，因為燃料粒徑和熱負荷的大小不同。這樣就達到了讓生物質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。鍋爐受熱面設計，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。由計算得出其受熱面的大小，為保持鍋爐內的爐溫和生物質燃料的燃燒，要把上爐排布置成輻射的受熱面。而形式是對流的換熱面則是對流受熱面，也叫作對流管束，其大小能由公式計算得到。引風機選型，引風機是用來克服風道阻力以及煙道的。選擇風機的時候必須考慮其儲備問題，否則會造成計算帶來的誤差。風量和風壓能由計算來確定，選擇型號要依據制造廠的產品目錄。

2 對雙層爐排生物質成型燃料鍋爐的前景分析

生產與利用實際上就是一個把生產目的、手段還有投入人力物力財力之間進行合適的結合的過程。這不是簡單的經濟過程，是技術與經濟相互結合的過程。技術因素和經濟因素要協調，才能使這項技術得到更好的推廣和發展。

2.1 技術分析

雙層爐排生物質成型燃料鍋爐設計的熱負荷是87千瓦，熱水溫度95攝氏度，進水的溫度是20攝氏度，熱效率也能高達70%，其排煙溫度200攝氏度。它在技術的性能上十分占優勢，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，符合我國的標準，對環境帶來的損害小，所以可以考慮廣泛應用于各種活動生產中來。

2.2 經濟分析

在經濟效益方面，因為該鍋爐的燃燒效率較高，所以能很大程度燃燒燃料，因此制造的熱能量等損失小，節省了不少燃料費用。對比燃煤鍋爐，更為經濟適用。另外，成本費里包括了固定資產的投入與運行費用。而固定資產投入費包含了設備與建設費，該鍋爐的成本為一萬元，安裝和土建費則是五千元，運行費也含有電費、原料費、人工費以及設備維修費。而優點是簡單的設備能節省人工費。如果對成型技術還有設備做進一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，適合經濟發展的。

3 結語

（1）在技術上，雙層爐排是一個很大的進步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也達到了工質參數的設計要求，隨著燃料能源的價格上漲，還有科研人員加強對生物質成型技術的深入研究，這種鍋爐一定能占有不錯的市場。（2）用技術經濟學來分析鍋爐，能得出一個大致結果就是，該鍋爐投資較大，但是長期看來，是經濟可行的，其效益也是符合投資要求的。只是和燃煤鍋爐比較起來，燃煤的價格占有優勢，但如果化石能源的價格上漲，并且環保力度加大，雙層爐排生物質成型燃料鍋爐會越來越占據優勢的一面。

參考文獻

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