生物质锅炉设计

生物质颗粒燃料锅炉的结构特性分析

我国能源生产结构中煤炭比例始终在67％及以上．煤炭是我国能源的主体。我国年消耗燃煤约12亿。15亿吨。其中大多数直接作为燃料被消耗掉．以煤为主的能源结构直接导致能源活动对环境质量和公众健康造成了极大危害。生物质固体成型燃料(简称生物质燃料)是利用新技术及专用设备将农作物秸秆、木屑、锯末、花生壳、树枝叶、干草等压缩成型的现代化清洁燃料。无任何添加剂和粘结剂，既可以解决农村的基本生活能源，也可以代替煤炭直接用于城市传统的燃煤锅炉设备上。生物质成型燃料破碎率小于1.5％一2.0％。干基含水量小于15％。灰分含量小于1.5％，特别是硫和氯含量一般均小于0.07％．氮含量小于

0.5％，生物质燃料是我国大力提倡的可再生能源资源，

1、生物质成型燃料的特点

我们将要分析的是以松木为主要原料压制成型的生物质燃料，与传统的矿物能源燃料比，生物质成型燃料的成份及燃烧特点都有很大的不同。松木生物质颗粒燃料如下所示： 1.1生物质成型燃料的成份特点生物质燃料的化学组成是十分复杂的高分子物质．在作为燃料的工程技术应用中。大致可将其分为二部分，有机物(可燃部分)和无机物(可燃部分)。有机物中主要是挥发分(由C、H、O、N、S等元素组成的气态物质)和固定碳(由C元素组成的固态物质)，燃料中的挥发分及其热值对生物质的着火和燃烧情况都有较大影响，燃料中挥发分越多，易着火。燃烧越稳定。生物质和煤的挥发分范围及热值见表1。

另一个与着火和燃烧情况关系密切的参数是燃料的热值。不同的生物质种类，其主要组成元素也不同，热值也有差异。几种主要生物质的元素组成及热值见表2。由表1和表2可以看出．生物质成型燃料的挥发分高于煤炭，而灰分、氮和硫含量远小于煤炭，其热值也小于煤炭。

1.2生物质成型燃料的燃烧特性

生物质成型颗粒燃料是经过高压而形成的．其密度远远大于原生物质。成型燃料的结构与组织特征决定了挥发分的析出速度与传热速度都很低。生物质成型燃料的燃烧过程可分为干燥脱水、挥发分析出、挥发分燃烧、焦炭燃烧和燃烬几个阶段。加热初始阶段．生物质颗粒燃料中的水分蒸发，燃料干燥脱水；随着颗粒燃料温度的不断升高，挥发分开始析出，这一过程可认为是气化过程；随着燃料继续被加热，挥发分的温度也随之提高。当挥发分中可燃物达到一定温度和浓度，挥发分开始着火；同时挥发分没有燃烬时．木炭只能被加热而不能燃烧。只有当挥发分烧完后。氧气才能扩散到木炭表面。木炭才开始着火。

2、生物质成型燃料锅炉的结构设计

从生物质成型燃料的特性分析出发。本课题设计的锅炉为链条炉排炉。锅炉额定蒸发量D=2t/h额定工作压力只=0．8MPa，额定蒸汽温度t=175℃，给水温度k。=20℃。

2.1生物质成型燃料锅炉的总体设计

锅炉的燃烧技术采用层燃技术，与传统的链条炉排燃煤蒸汽锅炉相似。根据生物质燃料的燃烧特性．对链条炉排的送风系统和炉拱进行改进，以达到与传统的燃煤锅炉使用方法一致的且的。生物质成型颗粒燃料燃烧过程：首先将生物质成型颗粒燃料投入到料斗l。根据锅炉负荷及燃烧情况通过调节煤闸门2．来控制燃料层厚度。一次风从送风口3穿过炉排4和燃料层5进入炉膛，提供燃烧所需要的一次空气．燃料在炉排的带动下缓缓向炉后移动。成型颗粒燃料在热源和空气的共同作用下脱水、气化、燃烧，产生的含可燃物气体的高温烟气快速进入炉膛6。进行辐射换热；没有燃烬的可燃物进入燃烬室7后继续燃烧。然后高温烟气进入第一、二回程烟管8及锅炉尾部省煤器10进行对流换热．在引风机12的作用下经除尘器11后送入烟囱13。排到大气。燃料燃尽后形成的灰渣由炉排输送至出渣El由除渣机9排出炉体(图1)。根据生物质颗粒的燃烧特点。前拱部位存在大量的挥发分。因此在前拱出口部设置二次风，起到补充氧气助燃和扰动烟气的作用：二次风的设计应有一定的流速和一定的有效射程。考虑到生物质燃料的挥发分特别高，极易着火，锅炉的着火点应该向后移，同时将煤闸门改成水冷。以避免引燃料斗中的燃料。

2.2生物质成型燃料锅炉炉膛设计

生物质成型燃料锅炉炉膛设计，炉膛容积和炉排面积是锅炉炉膛设计的两个主要参数，根据标准推荐，该燃料的炉排面积热负荷为600，850kW／m2；炉膛容积热强度Qy230—350kW／m3。依据热平衡计算，该锅炉选用燃料的计算燃料

耗量为341.1kg／h，生物质成型颗粒燃料低位发热量Qnet，ar=18040kJ/kg；通过计算得出。锅炉炉膛容积为

2.3生物质成型燃料锅炉辐射受热面的设计

辐射受热面由锅筒和水冷壁管组成。水冷壁管采用Φ=63.5mm的单排无缝钢管，间距s=100mm。辐射受热面积所=5.26m2。依据我国层状燃烧及沸腾燃烧，锅炉热力计算方法、校核计算，对锅炉的辐射受热面进行了热力计算。计算得出炉膛出口烟温Q=1027.120℃，辐射受热面传热量佛=1700.25kcal／kg对辐射受热面进行热力校核，校核结果符合设计要求。

2.4生物质成型燃料锅炉对流受热面的设计

对流管柬的设计计算。对流受热面分两个区域。第一区由61支规格为

Φ57×3．5mm，L=3220mm的烟管组成。设计烟气流速为19.22m／s；第二区由41支规格为Φ57x3.5mm，L=3220mm的烟管组成，设计烟气流速为16.54m/s，符合标准推荐值。同时，为了能满足降低锅炉排烟温度的目的。在锅炉本体之外，加装了铸铁省煤器，受热面积为21．12m2。为了提高换热效果，第一、二对流烟管采用先进的螺纹管技术。并依据相关校核方法校核对流管束传热量，结果符合设计要求。

3、生物质成型燃料锅炉热力计算汇总

生物质成型燃料锅炉热力计算，生物质成型颗粒燃料锅炉燃料成份、热效率及热平衡计算分别见表3、表4。炉膛相关技术参数为：理论燃烧温度(瓦)：1634．95℃；炉膛出口烟温(矿)：1027．12℃；辐射吸热量(Qr)：1700．25kcal ／kg；炉膛出口烟焓(2)：2532.77kcal／kg；平均热容量(V。) 2.85kcal／kg．℃。锅炉各部位受热面积及烟气参数计算见表5。

4、锅炉风机选型设计

通风设备是锅炉的呼吸器官。通风是调整锅炉出力的手段．只有合理地设计通风系统和选用通风设备，才能保证锅炉的燃烧和传热过程正常进行。目前常用的机械通风方式有三种：即负压通风、平衡通风和正压通风。本文设计的锅炉选用平衡通风．即在锅炉设备中同时装有送风机和引风机，送风机是用于克服风道阻力．依据燃烧需要的空气量及适当的过量空气系数和风道全压降。选择送风机时，为了安全起见应考虑一定的储备，用储备系数加以修正。引风机是用于克服烟道阻力，依据燃烧产生的烟气量和烟道全压降以及一定的储备系数。来进行选择。送、引风机风量和风压可由计算确定，依据计算结果和锅炉辅机厂家提供的产品目录选择风机型号。通过对生物质成型燃料燃烧特性的分析，比较燃散煤锅炉的结构特点，改进燃散煤锅炉的结构，采用高且加长的炉膛。加强了颗粒燃料的气化效果，使燃烧更加充分，从而提高锅炉热效率；采用多点平衡配风法使炉膛过量空气系数减小而减少排烟损失：往复炉排的技术应用在生物质成型燃料锅炉上。使得炉膛燃烧强度增加，改善了燃料的着火状况．燃料燃烬率高。