ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００９－３２３０.２０２１.０３.０１０
刘凤磊ꎬ万显君
(海伦市利民节能锅炉制造有限公司ꎬ海伦１５２３００)
摘㊀要：秸秆捆烧直燃生物质锅炉在国内一些地区已经有了应用ꎬ但目前现有秸秆捆烧锅炉存在一些弊端ꎬ如不能确保秸秆充分燃烧ꎬ秸秆在锅膛内只有能依靠炉排下面给风自然燃烧ꎬ燃烧速度不仅慢ꎬ而且秸秆燃料燃烧不充分ꎬ热效率低等ꎮ文中介绍了秸秆捆烧直燃生物质锅炉设计方法ꎬ可供锅炉设计者参考ꎮ 关键词：秸秆ꎻ秸秆捆ꎻ直燃ꎻ生物质锅炉
中图分类号:ＴＫ２２２㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀文章编号:１００９－３２３０(２０２１)０３－００３３－０３
ＤｅｓｉｇｎｏｆＳｔｒａｗＢｕｎｄｌｅＢｕｒｎｉｎｇＤｉｒｅｃｔＦｉｒｅｄＢｉｏｍａｓｓＢｏｉｌｅｒ
ＬＩＵＦｅｎｇ－ｌｅｉꎬＷＡＮＸｉａｎ－ｊｕｎ
(ＨａｉｌｕｎＬｉｍｉｎＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇＢｏｉｌｅｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＨａｉｌｕｎ１５２３００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＳｔｒａｗｂｕｎｄｌｅｂｕｒｎｉｎｇｄｉｒｅｃｔｆｉｒｅｄｂｉｏｍａｓｓｂｏｉｌｅｒｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｓｏｍｅａｒｅａｓｏｆＣｈｉｎａꎬｂｕｔｔｈｅｒｅａｒｅｓｏｍｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓｔｒａｗｂａｌｅｂｕｒｎｉｎｇｂｏｉｌｅｒ.Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅꎬｉｆｔｈｅｓｔｒａｗｃａｎｎｏｔｂｅｆｕｌｌｙｂｕｒｎｅｄꎬｔｈｅｓｔｒａｗｃａｎｏｎｌｙｂｅｎａｔｕｒａｌｌｙｂｕｒｎｅｄｂｙｔｈｅａｉｒｓｕｐｐｌｙｕｎｄｅｒｔｈｅｇｒａｔｅｉｎｔｈｅｂｏｉｌｅｒｃｈａｍｂｅｒ.Ｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｐｅｅｄｉｓｎｏｔｏｎｌｙｓｌｏｗꎬｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｓｔｒａｗｆｕｅｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｉｓｎｏｔｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔꎬａｎｄｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｌｏｗ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｒａｗｂｕｎｄｌｅｂｕｒｎｉｎｇｄｉｒｅｃｔｆｉｒｅｄｂｉｏｍａｓｓｂｏｉｌｅｒꎬｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｒｅｆｅｒｒｅｄｂｙｂｏｉｌｅｒｄｅｓｉｇｎｅｒｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｒａｗꎻｓｔｒａｗｂｕｎｄｌｅꎻｄｉｒｅｃｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎꎻｂｉｏｍａｓｓｂｏｉｌｅｒ
０㊀引㊀言
收稿日期:２０２０－１２－２６㊀㊀修订日期:２０２１－０２－０８作者简介：刘凤磊(１９９０－)ꎬ男ꎬ助理工程师ꎬ从事生物质锅
炉产品的设计与研发工作ꎮ
近年来ꎬ煤炭利用带来的环境问题日益突出ꎬ
根据国务院发布«大气污染防止行动计划»ꎬ逐步淘汰低容量ꎬ环保不达标的燃煤锅炉ꎬ因此当务之急是寻一种清洁环保的再生能源ꎬ然而生物质能是世界上一种可利用再生的绿环保能源ꎬ是煤炭理想的替代者ꎬ生物质具有挥发分比重大㊁碳活性强㊁燃烧后排放物对环境危害小ꎬ生物质能的应用得到世界范围的关注ꎮ
我国秸秆资源丰富ꎬ可用量大ꎬ生物质秸秆燃烧利用也逐渐被人们重视起来ꎬ生物质秸秆制成
成型燃料在进行燃烧ꎬ加工后燃料的密度大ꎬ单位体积热值高ꎬ由于成型燃料燃烧后灰熔点温度比其燃烧时的温度要低ꎬ所以极易产生结焦现象ꎬ而且大大的消耗了电力资源ꎬ成型设备造价和用来维修设备的费用也很高ꎻ秸秆燃料直接进行燃烧时ꎬ由于体积和密度小ꎬ运输也不方便ꎬ费工费力ꎬ限制了秸秆直接散烧的应用ꎬ秸秆捆烧直燃与上述两种情况相比ꎬ具有密度适中ꎬ秸秆捆运输方便ꎮ而打捆生物质水分一般高达３５％~４５％ꎬ直燃燃烧出现着火困难ꎬ燃烧不彻底ꎬ燃烧效率低ꎬ如果打捆生物质在燃烧
前干燥ꎬ将水分将至２５％以下ꎬ然后成捆秸秆直接送入炉内燃烧这种方法最经济ꎬ所以ꎬ秸秆捆烧直燃生物质锅炉有着广阔的发展前景ꎮ
３
３２０２１年第３期(总第２７９期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀应用能源技术㊀
过滤器球阀１㊀独特的秸秆捆烧直燃生物质锅炉
的结构
钢结硬质合金由于秸秆与煤燃烧比较相似ꎬ因此一些秸秆捆烧锅炉与燃煤锅炉结构也比较相似ꎬ层状燃烧锅炉也是秸秆捆烧直燃锅炉的最为相似炉型ꎬ根据生物质秸秆的燃烧特点ꎬ设计秸秆捆烧直燃生物质锅炉具有一些独特结构ꎬ可供参考ꎮ
(１)锅炉本体
锅炉本体是由锅壳和炉膛等组成ꎬ炉膛顶部设置有锅壳ꎬ后拱㊁前拱㊁隔离墙把炉膛分成三个燃烧室ꎬ分别是半气化燃烧室㊁强化燃烧室㊁固定碳燃烧室ꎻ后拱固定在炉膛后端ꎬ前拱固定在炉膛前端ꎬ隔离墙固定在后拱与前拱之间ꎬ半气化燃烧室是由隔离墙㊁前拱与炉膛围成的ꎬ强化燃烧室是由后拱顶壁㊁
隔离墙与炉膛围成的ꎬ固定碳燃尽室是由后壁下壁㊁隔离墙与炉膛围成ꎬ在固定碳燃尽室内设有拨料装置ꎬ喷火口设在隔离墙上ꎻ烟气出口设在后拱的前端ꎬ出烟口设在强化燃烧室的后上部ꎬ燃烧后的烟气由出烟口排向烟道ꎮ
在炉膛固定碳燃尽室内设置拨料装置ꎬ可以使未燃尽的秸秆在拨料装置的作用下充分燃烧ꎬ
同时半气化燃烧室㊁固定碳燃尽室和强化燃烧室实现了分级燃烧ꎬ不仅提高了燃烧效果ꎬ而且所产生的氮氧化物浓度低ꎬ达到了节能环保的效果ꎬ
(２)秸秆干燥破包室(炉前料斗)
锅炉本体的进料口前设置有秸秆干燥破包室(炉前料斗)ꎬ破包装置设在秸秆干燥破包室内ꎬ秸秆捆经破包装置破包后秸秆通过锅炉本体的进料口进入炉膛和链条炉排上ꎬ秸秆干燥破包室内可以放置秸秆捆２至３个ꎬ在第１个秸秆捆在秸秆干燥破包室内破包的同时第２和第３个秸秆捆受到烟气的辐射进行烘干ꎬ烘干后的秸秆其水分下降ꎬ有利于秸秆在炉膛内燃烧ꎬ破包后的秸秆密度小ꎬ燃烧时温度达不到结焦时的灰熔点ꎬ不易结焦ꎮ解决了打捆秸秆无需加工成成型燃料ꎬ省去中间加工环节ꎬ降低了成本ꎬ提高了经济效益ꎮ
(３)链条炉排
在秸秆干燥破包室和锅炉本体上面设置有链条炉排ꎬ其下方沿其输送方向设有多个等压风室ꎬ可实现连续向炉膛进料ꎬ连续向除渣机出渣ꎬ连续向炉膛给风
陶瓷展架
ꎮ
１.锅炉本体㊀２.锅壳㊀３.炉膛㊀４.后拱㊀５.前拱㊀６.隔离墙㊀７.半气化燃烧室㊀８.强化燃烧室㊀９.固定碳燃尽室１０.喷火口㊀１１.烟气出口㊀１２.链条炉排㊀１３.秸秆干燥破包室㊀１４.破包装置㊀１５.拨料装置㊀１６.等压风室
４３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀应用能源技术㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２１年第３期(总第２７９期)
㊀㊀(４)生物质锅炉炉膛容积㊁炉排面积㊁炉排速度由于生物质秸秆燃料燃烧的挥发分高ꎬ要求炉膛温度低ꎬ防止燃料在炉内结焦ꎬ减少ＮＯｘ的生成ꎬ所以要求生物质锅炉炉膛容积要与燃煤锅炉相比增大一些ꎮ
由于生物质秸秆燃料的特点ꎬ其含碳量较小ꎬ易着火燃烧ꎬ自然堆积密度很小ꎬ其热值偏小ꎬ所以秸秆捆烧锅炉与燃煤锅炉相比ꎬ炉排面积可适量减少ꎬ同时为了达到锅炉出力ꎬ需要提升生物质燃料的料层密度和加快炉排速度ꎬ但是不要过快的提高炉排速度会影响生物质秸秆中固定碳的完全燃尽ꎮ
燃煤和生物质燃料燃烧是的料层厚度和炉排速度
燃料名称低位热值Ｋｃａｌ/ｋｇ自然堆积密度ｋｇ/ｍ３料层厚度/ｍｍ炉排最快速度ｍ/ｈⅡ类燃煤４２００~４５００７５０~１０００８０~９０４
破包农作物秸秆２８００~３０００１００１８０~２００２０秸秆颗粒３２００~３４００>６００８０~１００５.２
㊀㊀(５)生物质锅炉炉拱㊁炉膛配风
秸秆捆烧直燃生物质锅炉通过前拱㊁后拱和隔离墙将锅炉炉膛隔成三个室ꎬ分别是半气化燃烧室㊁强化燃烧室和固定碳燃尽室ꎬ实现生物质燃料挥发分的析出㊁燃烧ꎻ固定碳的燃烧及燃尽ꎬ生物质秸秆燃料的特性ꎬ易着火燃烧ꎬ生物质炉膛的绝热燃烧温度相对比较可以低些ꎬ设计时要求前拱可以高一些ꎬ并且要短ꎬ后拱要求覆盖面要减少很多ꎬ中间隔离墙布置的合理ꎬ以延长烟气在炉膛内的燃烧时间ꎬ使炉膛内烟气达到充分燃烧燃尽ꎮ生物质秸秆突出的特点就是挥发份高ꎬ在炉膛内通过二次风可以对炉内的烟气进行扰动ꎬ使烟气和二次风中的氧气充分混合ꎬ挥发分得到完全燃烧ꎬ所以合理配置二次风是烧好秸秆捆烧锅炉的基本条件ꎮ
(６)生物质锅炉热效率及锅炉除尘
生物质秸秆易燃烧而且固定碳含量小等特点ꎬ造成生物质燃料在炉排前段燃烧激烈ꎬ炉排中㊁后段只有少量固定碳的燃烧ꎬ使生物质锅炉炉床的配风处理比较困难ꎬ要保证生物质燃料充分燃烧ꎬ供给生物质的空气量(过量空气系数)普遍较大ꎬ这样就增加了锅炉排烟热损失ꎮ由于生物质燃料灰分大ꎬ生物质锅炉受热面易积灰ꎬ导致锅炉受热面传热下降ꎬ是造成目前生物质锅炉热效率低的原因ꎬ因此ꎬ合理布置
一㊁二次风ꎬ控制好风量㊁风压㊁供风位置是最有效提高生物质锅炉热效率的措施ꎬ此外ꎬ合理布置炉拱㊁中间隔离墙延长燃烧后烟气在锅炉炉膛内的停留时间ꎬ保证燃料挥发分得到充分燃烧燃尽ꎬ换热面上的积灰得到及时清理ꎬ锅炉的热效率得到很大的提高ꎮ生物质燃料灰分大ꎬ生物质锅炉的烟尘㊁粉尘含量相对较大ꎬ硫化物和氮氧化合物含量较小ꎬ并且烟气中粉尘密度及颗粒都很小ꎬ除尘方法可以采用布袋除尘器ꎬ但是为了防止大颗粒火星进入ꎬ烧坏布袋除尘器ꎬ可以采用联合除尘ꎬ即离心除尘在前ꎬ后加布袋除尘ꎮ
２㊀结束语
秸秆捆烧直燃生物质锅炉的独特结构ꎬ生物质秸秆燃料在环保和经济方面等有诸多优点ꎬ使秸秆捆烧生物质锅炉得到越来越多的普及和应用ꎮ生物质捆烧直燃锅炉在我国起步比较晚ꎬ秸秆捆烧直燃技术不太成熟ꎬ但是通过锅炉技术人员的共同努力完善ꎬ秸秆捆烧直燃锅炉一定会有更好㊁更广阔的发展前景ꎮ
参考文献引流袋
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光触媒滤网
[３]㊀鲁㊀杰.秸秆打捆燃料锅炉的设计与研究[Ｄ].河南农业大学ꎬ２０１９.
延时冲洗阀５３
２０２１年第３期(总第２７９期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀应用能源技术㊀
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