生物质成型燃料热水锅炉的节能分析与评价.docx

生物质成型燃料热水锅炉的节能分析与评价摘要:根据生物质成型燃料特性并结合燃烧理论,对生物质成型燃料热水锅炉进行了节能分析和技术经济评价,揭示了设备节能的基本原理和途径。分析表明,生物质成型燃料热水锅炉效率高、用能清洁、运行费用低,技术上可行且经济上合理,具有良好的推广应用前景。关键词:生物质,成型燃料,热水锅炉,节能研究,经济评价概述我国从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆成型机以后[2],生物质压缩成型技术已经发展得比较成熟,但是,相应的专用生物质成型燃料燃烧设备的发展相对滞后。为燃用生物质成型燃料,出现盲目将原有的燃煤燃烧设备改为生物质成型燃料燃烧设备的现象,致使锅炉燃烧效率及热效率较低,污染物排放超标。燃烧设备成为生物质能源发展链的薄弱环节。因此,根据生物质成型燃料燃烧特性设计合理的生物质成型燃料燃烧专用设备,对能源节约有着重要的意义。生物质成型燃料热水锅炉作为燃用生物质燃料的主要设备之一,直接燃烧固体生物质颗粒燃料,主要用于家庭、宾馆、酒店、学校、医院等场所的热水、洗浴和取暖。由于燃料为生物质燃料且结构合理,此类锅炉基本达到无烟化完全燃烧的效果,排放达到环保要求,具有较好的经济、社会和环境效益。1、生物质成型燃料1.1生物质成型燃料的元素特性生物质原料经挤压成型后,密度可达1.1~1.4吨/立方米,能量密度与中质煤相当,而且便于运输和贮存。在压缩过程中以物理变化为主,其元素组成及微观结构与原生物质基本相同。各种生物质成型燃料中碳含量集中在35%~42%,氢含量较低,为3.82%~5%,而氮含量不到1%,硫的含量不到0.2%,因此,造成的污染程度极低。生物质成型燃料的挥发分均在60%～70%,因此在设计燃烧设备时应重点考虑挥发分的问题[3]。1.2生物质成型燃料的燃烧特性生物质成型燃料经高压形成后,密度远大于原生物质,燃烧相对稳定。虽然点火温度有所升高,点火性能变差,但比煤的点火性能好。由于生物质成型燃料是经过高压而形成的块状燃料,其结构与组织特征就决定了挥发分的逸出速度与传热速度都大大降低,但与煤相比显得更为容易[4,5]。因此,生物质成型燃料的挥发分特性指数大于煤的,其燃烧特性指数较煤的大。燃烧速度适中,能够使挥发分放出的热量及时传递给受热面,使排烟热损失降低;同时挥发分燃烧所需的氧与外界扩散的氧很好的匹配,燃烧波浪较小,减少了固体与排烟热损失[6]。2、生物质成型燃料热水炉2.1生物质成型燃料热水炉的结构目前我国拥有多种型号生物质成型燃料热水锅炉,按燃料品种可分为木质颗粒锅炉和秸秆颗粒锅炉,按应用场合可分为家用型和商用型。下吸式固定双层炉排热水炉是应用较广的一种结构形式,其充分考虑生物质燃料燃烧特性,由炉门、炉排、炉膛、受热面、风室、降尘室、炉墙、排汽管、烟道、烟囱等主要部分组成,结构布置如图1所示[7]。1.水冷炉排2.上炉门3.出灰口4.炉膛5.风室6.高温气流出口7.降尘室8.后置锅筒9.排污口10.进水口11.引风机12.烟囱13.排气管14.对流受热面15.出水口图1下吸式固定双层炉排热水炉示意图2.2生物质成型燃料热水炉的工作过程一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在炉排上,根据生物质容易着火的燃料特性,片刻就会燃烧起来,在引风机引导下进行下吸式燃烧;上炉排漏下的燃料屑和灰渣到下炉膛底部继续燃烧并燃烬,然后经出灰口排出;燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入下炉膛继续燃烧,并与下炉排上燃料产生的烟气一起经出高温气流出口流向后面的降尘室和对流受热面,在充分热交换后进入烟囱排向外界。3、节能原理由有关燃烧理论可知,保持燃料充分燃烧的必要条件为保持足够的炉膛温度,合适的空气量及与燃料良好的混合、足够的燃烧时间和空间。因此,本文将依据生物质成型燃料本身的特性,结合燃烧理论,针对锅炉结构进行节能分析。3.1炉排及炉膛燃料燃烧采用下吸式燃烧方式。成型燃料由上炉门加在上炉排上进行预热、燃烧,由于风机的引导,新燃料不会直接遇到高温过热烟气,延缓了挥发分的集中析出,从而避免了炉膛温度的波动,使燃烧趋于稳定;同时,挥发分必须通过高温氧化层,与空气充分混合,在焦炭颗粒间隙中进行着火燃烧;在完成一段燃烧过程后,上炉排形成的燃料屑和灰渣漏至下炉膛并继续燃烧,直到燃烬。采用双层炉排,实现了秸秆成型燃料的分步燃烧,缓解秸秆燃烧速度,达到燃烧需氧与供氧的匹配,使秸秆成型燃料稳定持续完全燃烧,在提高燃料利用率的同时起到了消烟除尘作用。3.2辐射受热面早期的部分生物质成型燃料热水锅炉设计布置不够合理,水冷炉排直接与水箱相连,使得炉膛温度过高,特别是上炉膛,致使上炉门附近炉墙墙体过热,增加了锅炉的散热损失。在不断优化设计中,水箱被上下两个锅筒所代替,上锅筒部分置于上炉膛上方,利用锅筒里的水吸收燃料燃烧在上炉膛的热量,