熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐設(shè)計(jì)

摘要：根據(jù)秸稈成型燃料的元素分析、工業(yè)分析及其特性，采用熱管作為換熱設(shè)備，將熱管技術(shù)與鍋爐設(shè)計(jì)結(jié)合，設(shè)計(jì)了適合中國(guó)農(nóng)村秸稈特點(diǎn)的既能產(chǎn)生熱水又能產(chǎn)生熱風(fēng)，且可提高換熱效率的秸稈成型燃料熱管鍋爐，并按正、反平衡法進(jìn)行了該鍋爐熱性能與環(huán)保指標(biāo)試驗(yàn)。結(jié)果表明，熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐排放煙氣中SO2、NOx、CO2、CO、煙塵等污染物濃度符合GB13271，環(huán)保效益好；正、反平衡熱效率分別為81.6%、81.3%；熱水量、熱風(fēng)量、效率、溫度等指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)的熱性能要求，該鍋爐提高了設(shè)備效率與能源利用率，具有較好的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：熱水熱風(fēng)兩用；秸稈成型燃料；熱管；鍋爐；熱性能試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：S216.2；TK6；TK229.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）09-2245-03

水稻、小麥、玉米等農(nóng)作物的秸稈被破碎、加熱擠壓制成秸稈成型燃料，具有與原秸稈基本相同的微觀結(jié)構(gòu)、元素組成，強(qiáng)度增強(qiáng)明顯，密度大幅提高，燃燒特性大為改善，熱值略有提高，其灰分低，硫分少，可替代煤、薪材做燃料[1，2]。秸稈成型燃料燃燒技術(shù)正在發(fā)展，很多技術(shù)問(wèn)題有待解決。現(xiàn)有的秸稈燃料燃燒爐熱能利用率低，且大部分功能單一，僅能單一地產(chǎn)生熱水或者單一地產(chǎn)生熱風(fēng)。熱管是以真空相變?cè)砉ぷ鳎晒軞ぁ⑽盒尽鳠峁べ|(zhì)組成的一種高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，分為蒸發(fā)、絕熱、冷凝三個(gè)工作段[3，4]。本研究將熱管技術(shù)與鍋爐設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)第一熱管將煙氣室的煙氣熱量傳遞給水箱中的冷水并產(chǎn)生熱水，通過(guò)第二熱管將煙氣室的煙氣熱量傳遞給熱風(fēng)換熱室并產(chǎn)生熱風(fēng)，研制適合中國(guó)農(nóng)村秸稈特點(diǎn)的既能產(chǎn)生熱水又能產(chǎn)生熱風(fēng)，且可提高換熱效率的成型燃料燃燒設(shè)備，提高秸稈資源能源利用率，促進(jìn)農(nóng)村環(huán)保。

1 熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)

1.1 燃料特性

3種秸稈成型燃料的C、H、O、N、S、灰分、揮發(fā)分等含量及燃料發(fā)熱量等特性見(jiàn)表1。O含量與泥煤近似；N、S、灰分等含量低于煤，其SO2、NOx排放量、產(chǎn)生的飛灰量、造成的污染低于煤；揮發(fā)分遠(yuǎn)高于煤；其發(fā)熱量為煤的65%～70%，燃燒性能介于原秸稈與褐煤之間[5-7]。

1.2 結(jié)構(gòu)

熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐由爐體、出水口、水箱、絕熱隔墻、排煙管道、排煙口、煙氣室、冷風(fēng)進(jìn)口、鼓風(fēng)機(jī)、固定隔墻、熱風(fēng)換熱室、第二熱管、熱風(fēng)出口、豎直隔墻、下?tīng)t門(mén)、排渣口、爐排、上爐門(mén)、燃料進(jìn)口、爐膛、進(jìn)水管、煙氣通口、出蒸汽口、第一熱管等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐爐體內(nèi)設(shè)有絕熱隔墻、固定隔墻和豎直隔墻，絕熱隔墻和固定隔墻均為左右橫向水平延伸，絕熱隔墻左端固設(shè)于爐體上、右端固設(shè)于豎直隔墻頂端上側(cè)，固定隔墻間隔設(shè)于絕熱隔墻下方，固定隔墻左端固設(shè)于爐體上、右端固設(shè)于豎直隔墻上；豎直隔墻右側(cè)的爐體內(nèi)設(shè)置爐膛，絕熱隔墻上側(cè)的爐體內(nèi)設(shè)有水箱，水箱向右延伸至爐膛上方；絕熱隔墻上設(shè)有數(shù)個(gè)豎直的第一熱管，固定隔墻上設(shè)有數(shù)個(gè)豎直的第二熱管，第一、第二熱管的蒸發(fā)段均在煙氣室內(nèi)，第一、第二熱管的絕熱段分別是其插入絕熱隔墻內(nèi)的部分與插入固定隔墻內(nèi)的部分，第一、第二熱管的冷凝段分別向上伸入水箱內(nèi)、向下伸入熱風(fēng)換熱室內(nèi)；爐體對(duì)應(yīng)煙氣室設(shè)有與煙氣室連通的排煙口，豎直隔墻上設(shè)有連通煙氣室和爐膛的煙氣通口，排煙口位于煙氣通口的上側(cè)，排煙口與煙氣通口高低錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，可增加煙氣在煙氣室內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間，防止排煙口與煙氣通口正對(duì)使煙氣直接從排煙口排出，排煙口處連接有位于爐體外的排煙管道；熱風(fēng)換熱室設(shè)有冷風(fēng)進(jìn)口和熱風(fēng)出口，冷風(fēng)進(jìn)口設(shè)于爐體左側(cè)壁上，熱風(fēng)出口設(shè)置在爐體后側(cè)壁上，爐體外設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與冷風(fēng)進(jìn)口相對(duì)設(shè)置；爐膛內(nèi)設(shè)有爐排，爐排位于煙氣通口的下側(cè)，α為6°～12°。

1.3 工作過(guò)程

秸稈成型燃料在爐膛內(nèi)燃燒的煙氣通過(guò)煙氣通口進(jìn)入煙氣室，煙氣最終從排煙管道排出。爐膛內(nèi)秸稈成型燃料燃燒放出的熱量以及第一熱管從煙氣室得到的熱量共同加熱水箱，同時(shí)第二熱管將煙氣室的煙氣熱量傳遞給熱風(fēng)換熱室并產(chǎn)生熱風(fēng)，實(shí)現(xiàn)該鍋爐可同時(shí)產(chǎn)熱水以及熱風(fēng)的雙重功能。

1.4 設(shè)計(jì)參數(shù)

熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

2 熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐熱性能與環(huán)保指標(biāo)試驗(yàn)

2.1 燃料

收到基低位發(fā)熱量為15 581 kJ/kg、直徑（φ）80 mm、密度1.13 t/m3、含水率8%的液壓成型玉米秸稈圓柱狀燃料。

2.2 儀器

KM9106綜合燃燒分析儀、QF1901奧氏氣體分析儀；XRY-I A數(shù)顯氧彈式量熱計(jì)、SWJ精密數(shù)字熱電偶溫度計(jì)、IRT-2000A手持式快速紅外測(cè)溫儀、3012H型自動(dòng)煙塵（氣）測(cè)試儀、馬弗爐、烘干箱、蠕動(dòng)泵、水表、大氣壓力計(jì)、水銀溫度計(jì)、秒表、米尺、磅稱(chēng)。

2.3 方法

按《鍋爐煙塵測(cè)試方法》（GB5468-1991）、《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2001）、《工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》（GB/T15137-1994）、《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》（GB/T10180-2003）[8]進(jìn)行試驗(yàn)。

2.4 結(jié)果與分析

從表3可以看出，按正、反平衡法進(jìn)行熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐熱性能試驗(yàn)[9-11]，熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐排放煙氣中SO2、NOx、CO2、CO、煙塵等污染物濃度符合GB13271-2001，環(huán)保效益好；正、反平衡熱效率分別為81.6%、81.3%；熱水量、熱風(fēng)量、效率、溫度等指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)的熱性能要求。

3 小結(jié)

熱水熱風(fēng)兩用秸稈成型燃料熱管鍋爐將熱管技術(shù)與鍋爐設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)第一熱管將煙氣室的煙氣熱量傳遞給水箱中的冷水并產(chǎn)生熱水，通過(guò)第二熱管將煙氣室的煙氣熱量傳遞給熱風(fēng)換熱室并產(chǎn)生熱風(fēng)，是適合中國(guó)農(nóng)村秸稈特點(diǎn)的既能產(chǎn)生熱水又能產(chǎn)生熱風(fēng)，且可提高換熱效率的秸稈成型燃料熱管鍋爐，可更充分地利用熱量，縮小了鍋爐體積，環(huán)保、節(jié)能，市場(chǎng)前景好。

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