工業(yè)鍋爐2010年第6期(總第124期)文章編號(hào):10048774(2010)060603生物質(zhì)熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)與應(yīng)用劉巍(廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司,廣州510760)摘要:給出了一種基于潔凈型生物質(zhì)燃燒技術(shù)的新型生物質(zhì)熱風(fēng)爐,主要設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算公式以及計(jì)算示例。工業(yè)應(yīng)用實(shí)測(cè)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)參數(shù)與測(cè)試數(shù)據(jù)比較接近,可以應(yīng)用于工關(guān)鍵詞熱風(fēng)爐;生物質(zhì);潔凈燃燒;干燥中圖分類號(hào):TK22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A作者簡(jiǎn)介:劉巍(1983-),畢于山西Design of a Biomass Combustion Heated Air Furnace省中北大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè),學(xué)士LIU Wei學(xué)位,助理工程師,( Guangzhou Devotion Thermal Energy Technology Co.Ld, Guangzhou510760, China)現(xiàn)就職于廣州迪森熱能技術(shù)股份有限abstract: Offers a new type of Heated Air Furmace based on a clean biomass combustion technol公司新能源研究院ogs, computing formula of the main design parameters and the computing demonstration. The result of設(shè)計(jì)工程師,主要從industrial applied actual measurement shows that the design parameters approximate to measured data事生物質(zhì)成型燃料and can be applicable to engineering project生物油生產(chǎn)設(shè)備的Key words: heated afr furnace; biomass; clean combustion; drying設(shè)計(jì)研發(fā)工作。0引言根據(jù)我國(guó)國(guó)情提高熱風(fēng)爐效率和降低生物質(zhì)燃燒生物質(zhì)成型燃料加工的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵就是要將對(duì)環(huán)境污染是發(fā)展生物質(zhì)燃燒技術(shù)的有效方法。其原料的含水率降至8%~12%,應(yīng)用最廣泛的干燥方法是:采用生物質(zhì)熱風(fēng)爐,產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯蛹訜嵘镔|(zhì)原料。但是,目前使用的各種生物質(zhì)熱風(fēng)爐存在熱效率低、消煙除塵差等缺陷?；谶@些本文介紹一種新型生物質(zhì)熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)計(jì)算及其應(yīng)用1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)新型生物質(zhì)熱風(fēng)爐由爐體、風(fēng)管和沉降室組成(結(jié)構(gòu)如圖1)。其工作過(guò)程為:在固定爐排上的生物質(zhì)經(jīng)爐膛一次燃燒后,未燃盡碳粒和可燃?xì)怏w隨高溫?zé)煔饬鬟M(jìn)入副燃燒室進(jìn)行二次燃燒。燃燒后的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)沉降室除塵后,供干燥設(shè)備使用。11潔凈型生物質(zhì)燃燒技術(shù)目前,我國(guó)干燥用生物質(zhì)熱風(fēng)爐大都采用生圖1生物質(zhì)熱風(fēng)爐簡(jiǎn)物質(zhì)(樹皮廢木材等)作燃料。而生物質(zhì)普遍具有1-爐渣室2·爐門3-加料口4風(fēng)管5-爐膛含水率高燃料尺寸變化大和灰分含量高等特點(diǎn)。此外,層燃爐配風(fēng)不均勻、燃料不能完全燃燒、熱風(fēng)中國(guó)煤化工定妒排爐熱效率降低等綜合因素造成對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。CNMHG率高燃料尺寸變化大和灰分含量高的生物質(zhì)。所以,設(shè)計(jì)爐排時(shí)需收稿日期:20100617要保證燃料的均勻分布,灰層能覆蓋整個(gè)爐排面。研究與開發(fā)·生物質(zhì)熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)與應(yīng)用7此外,層燃爐的另一項(xiàng)重要技術(shù)是分階段燃燒。它氧氮、硫和灰分在燃料中所占的組分(%,干將燃燒區(qū)域分為初級(jí)燃燒室和二次燃燒室分離了基)3。氣化和氧化階段,避免了二次空氣過(guò)早混合。為了22理論空氣量煙氣理論容積計(jì)算減少紊亂、保持爐排上方燃料層的穩(wěn)定,空氣與煙氣理論空氣量按公式(3)計(jì)算在初級(jí)燃燒室沒(méi)有得到充分的混合,二次燃燒室的V=0.0889(C+0.375S。)+0.265H結(jié)構(gòu)和二次空氣的噴入方式應(yīng)盡可能地保證煙氣和次空氣良好的混合。煙氣與二次空氣混合得越充三原子氣體理論容積按公式(4)計(jì)算分,完全燃燒所需的過(guò)量空氣系數(shù)就越小,效率則越Vo=0.01866(Cu+0.375s)m3/kg(4)高。同時(shí)二次風(fēng)以較高的速度噴入,混合效果良好N2理論容積按公式(5)計(jì)算燃燒室最好采用旋風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)充分混合。12生物質(zhì)熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)v,=0.79+0.8Ny/100m3/kg(5)生物質(zhì)熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)必須采用適合于生物質(zhì)燃料H2O理論容積按公式(6)計(jì)算的結(jié)構(gòu)和措施。在設(shè)計(jì)中采用逆流燃燒方式,即燃燒o=0.IH+0.0124M+0.01611°m3/kg火焰方向與進(jìn)料方向相反,這種燃燒方式使熱煙氣流(6)經(jīng)過(guò)濕燃料表面促進(jìn)了燃料的干燥和水蒸氣輸送,理論煙氣量按公式(7)計(jì)算使燃料易于著火。同時(shí)二次風(fēng)以較高的速度沿著圓V形爐墻切向噴入,旋風(fēng)保證煙氣和二次空氣良好的混實(shí)際煙氣量按公式(8)計(jì)算合,延長(zhǎng)了未燃盡碳粒在爐膛的滯留時(shí)間。在爐膛后v,=V+2+。+(an-1)m/kg部設(shè)置副燃燒室,使?fàn)t膛內(nèi)未燃盡碳粒和可燃?xì)怏w完全燃燒減少了高溫缺氧不完全燃燒所產(chǎn)生的黑煙。式中M一燃料中水分的百分比含量燃燒后的高溫姻氣在經(jīng)過(guò)沉降室來(lái)進(jìn)一步捕捉煙塵爐膛過(guò)量空氣系數(shù)降低了煙氣中的含塵量。在配風(fēng)方面由于熱風(fēng)爐后2.4熱效率計(jì)算部配有引風(fēng)機(jī),爐膛燃燒方式為微負(fù)壓燃燒,一次空熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)熱效率按公式(9)計(jì)算氣通過(guò)爐排下的爐渣室吸入,二次空氣通過(guò)高壓鼓風(fēng)機(jī)沿兩側(cè)風(fēng)管切向噴入爐膛。這樣既有效地控制強(qiáng)η=[1-(q2+q3+q4+q5+q)]×100%(9)風(fēng)將爐排上的飛灰和未燃盡的碳粒吹走又保證了生式中q2—排煙熱損失g3-——?dú)怏w不完全燃燒熱損失物質(zhì)燃料完全燃燒所必須的大量空氣。由于上述技術(shù)和措施,所設(shè)計(jì)的熱風(fēng)爐燃燒效g4—固體不完全燃燒熱損失率明顯提高,燃料的消耗量與常規(guī)熱風(fēng)爐相比節(jié)約q3—散熱損失10%左右,而且冒黑煙的頻率明顯減少,達(dá)到了潔凈灰渣熱損失燃燒的目的這些熱損失可根據(jù)有關(guān)計(jì)算公式或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得2主要參數(shù)的確定2.5燃料消耗量計(jì)算2.1生物質(zhì)發(fā)熱量計(jì)算B=100Q1/(v7Qnx)kg/h(10)燃料發(fā)熱量又稱燃料的熱值,它有高位熱值(HV〕和低位熱值(LHV)之分,是衡量生物質(zhì)燃料式中Q,—額定熱流量,h燃燒性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。燃料燃燒裝置的熱m—燃料低位發(fā)熱量,k/kg力計(jì)算以低位發(fā)熱量為依據(jù)。生物質(zhì)熱值一般由實(shí)T—熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)熱效率驗(yàn)測(cè)定,也可以通過(guò)計(jì)算獲得2.6燃燒室容積計(jì)算高位熱值按公式(1)計(jì)算V=0.278BQnⅣv=0.3491C.+1.1783H+0.1005式中V—爐膛容積m30.10340-0.0151N。-0.02l1AM/kg地消托量kgh中國(guó)煤化工(1)量kW/kg低位熱值按公式(2)計(jì)算CNMHG/m式中C、H-、O、N、S,和A,分別代表碳、氫、kw/)"熱強(qiáng)度,其取值范圍為(300400LHV= HHV-25 08 (9H,+M) k/kg (2)爐膛容積工業(yè)鍋爐2010年第6期(總第124期)3計(jì)算示例表22.1MW生物質(zhì)熱風(fēng)爐主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果根據(jù)上述計(jì)算方法,設(shè)計(jì)負(fù)荷為21MW生物名稱數(shù)值爐膛內(nèi)徑質(zhì)熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)條件見(jiàn)表1,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。爐膛高度表1生物質(zhì)熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)條件爐膛容積9.42名稱單位數(shù)值處理量爐膛容積熱強(qiáng)度熱效率70燃料消耗量kg. h物料進(jìn)口含水量空氣量4960物料出口含水二次空氣流速物料入口煙溫水分蒸發(fā)量kg·h物料出口煙溫需要總熱量30874工業(yè)應(yīng)用爐的實(shí)際出力燃料消耗量、排煙溫度、過(guò)量空氣系廣州迪森生物質(zhì)能有限公司采用了5臺(tái)2.1數(shù)以及熱效率等指標(biāo)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試測(cè)試是在MW生物質(zhì)熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)如表1、表2所80%-10%負(fù)荷范圍內(nèi)進(jìn)行的部分測(cè)試結(jié)果見(jiàn)示。由廣州迪森熱能技術(shù)股份有限公司技術(shù)部對(duì)該表3表32.1MW生物月質(zhì)熱風(fēng)爐部分測(cè)試結(jié)果負(fù)荷物料水分蒸發(fā)量燃料消耗量干燥機(jī)進(jìn)山煙溫干燥機(jī)出口煙溫過(guò)量空氣系數(shù)熱效率/%/(th-)/(kg·h-)℃2.675051072由此可見(jiàn),2.1MW生物質(zhì)熱風(fēng)爐經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試燃燒與混合燃燒技術(shù)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,的排煙溫度和熱效率數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值比較接近,這說(shuō)明該計(jì)算方法可以應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中。[2]朱文學(xué)熱風(fēng)爐原理與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版5結(jié)論社,2005[3]朱錫鋒.生物質(zhì)熱解原理與技術(shù)[M].北京:中國(guó)科學(xué)技通過(guò)理論計(jì)算以及工業(yè)應(yīng)用表明,按本文介紹術(shù)大學(xué)出版社,2006的計(jì)算方法設(shè)計(jì)的生物質(zhì)熱風(fēng)爐的運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)[4]T業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法編委會(huì)工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法數(shù)據(jù)比較接近,說(shuō)明這些公式可以應(yīng)用于生物質(zhì)熱[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005風(fēng)爐的設(shè)計(jì)。身[5]中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)參考文獻(xiàn)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200[l] Siaak van loo, Jaap koppejan,田宜水,姚向君譯.生物質(zhì)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)推中國(guó)煤化工CNMHG利用