怎么选取生物质颗粒机块状实验压力设备

生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究51
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生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究51
第42卷2008年;第1期2月;河南农业大学学报;JournalofHenanAgricultur;V01.42Feb.;No.12008;文章编号:1000―2340(2008)01―0;生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究;赵迎芳,梁晓辉,徐桂转,叶;芳,刘圣勇,孙建青;(河南农业大学机电工程学院,河南郑州450002;摘要:在对生物质成型燃料元素分析
第42卷2008年第1期2月河南农业大学学报JournalofHenanAgriculturalUniversityV01.42Feb.No.12008文章编号:1000―2340(2008)01―0108―04生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究赵迎芳,梁晓辉,徐桂转,叶芳,刘圣勇,孙建青(河南农业大学机电工程学院,河南郑州450002)摘要:在对生物质成型燃料元素分析及燃烧特性研究的基础上,设计生产了180kW生物质成型燃料热水锅炉,并进行了热性能试验.结果表明,在试验工况下锅炉燃烧效率达94.8%,热效率达78.2%,排烟损失为10.09%,气体不完全损失为0.522%,散热损失为7.9%.排烟中NO,,SO:及烟尘浓度远远低于燃煤锅炉,且符合国家工业锅炉大气中污染物排放标准要求.关键词:生物质成型燃料;锅炉;热性能中图分类号:s216.2;TK222文献标识码:A,DesignandExperimentalStudyofBiomassBriquetteBoilerZHAOYing―fang,LIANGXiao-hui,XUGui―zhuan,YEFang,LIUSheng-yong,SUNJian―qing(MechanicalandElectricalEngineeringCollege,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China)Abstract:Abiomassbriqutte―burningboilerwasdesignedandmanufacturedbasedontheanalysisoftheboilerarebiomassbriqutteselementsandtheburningcharacteristics.Theresultsofexperimentsonthattheburningefficiencyofboileris94.8%。thethermalefficiencyis78.2%,thelossofmoistureemissionis10.09%。thelossofgasburningincompletelyis0.522%,thelossofheatis7.9%.TheconcentrationofNO膏,S02andashintheemissionoftheboilerismuchlessthanthatofcoal-burningtoboilers,andmeasuredupboilers.Keywords:biomassthestateemissionstandardofairpollutantsforindustrializedcoal-burningbriqutte;boiler;thermal匹配,锅炉的受热面与生物质成型燃料不匹配,过剩空气系数与生物质成型燃烧不匹配等原因,致使锅炉燃烧效率及热效率较低,污染物排放超标旧’.因此,根据生物质成型燃料燃烧特性重新设计生物质成型燃料燃烧专用设备,对缓解农村能源紧张的局面,减轻温室效应,解决能源和环境协调发展问题都有重要的意义.11.1作物秸秆是来源于太阳能的一种可再生能源,具有资源丰富含碳量低的特点。加之在其生长过程中吸收大气中的CO:而被称为清洁能源….美国在20世纪30年代研制成了螺旋式压缩机及相应的燃烧设备;日本在20世纪50年代研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备.中国从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆成型机悼1.但是,相应的专用生物质成型燃料燃烧设备的研制还很少,一些单位为燃用生物质成型燃料,在未弄清生物质成型燃料燃烧特性的情况下,盲目把原有的燃煤燃烧设备改为生物质成型燃料燃烧设备,改造后的燃烧设备存在着炉膛的容积、形状与生物质成型燃烧不收稿日期:2007一06―1l基金项目:河南省科技攻关项目(624210003)设计依据生物质成型燃料与煤的元素分析比较生物质成型燃料由水稻、小麦、玉米等秸秆压缩成型而来,在压缩过程中以物理变化为主,其元作者简介:赵迎芳(1972一)。女.河南兰考人,实验师,硕士,从事生物质能转换技术研究;通讯作者:刘圣勇万方数据 第1期赵迎芳等:生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究109素组成与微观结构与原生物质秸秆基本相同.而煤是由远古植物遗体在地表湖沼或海湾环境中随着地壳的变动被埋入地下,长期处在温度、压力较高的环境中,原植物中纤维素、木质素经脱水腐蚀,其含氧量不断减少,而碳量不断增加,逐渐形成化学稳定性强、含碳量高的固体碳氢燃料.碳含量的规律是随煤的变质强度的加深而增加,一般含量50%~90%,在变质程度最高的无烟煤中则高达90%一98%,而在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%一5%;氮和硫对煤和生物质成型燃料而言都是有害物质.煤中氮含量在1%一3%,硫含量在1%一2%,而生物质成型燃料氮含量比煤低,不到1%,硫的含量更低,不到0.2%.因此,其造成的污染程度要低于煤;煤的挥发分含量随着煤的变质程度的加深而减少,烟煤中挥发分含量在10%~40%,秸秆成型燃料的挥发分均在60%一70%,远高于煤.因此,挥发分是设计锅炉时考虑的一个主要因素.由此,生物质成型燃料中硫、氮等元素含量较煤少。具有挥发分和炭活性高,同时生物质燃烧过程具有CO:零排放的特点。这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义p1.1.2生物质成型燃料的燃烧特性生物质成型燃料是经过高压而形成的块状燃料,其密度远远大于原生物质,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.但是与煤相比显得更为容易¨j1.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¨“1.2生物质成型燃料热水锅炉的设计2.1生物质成型燃料热水锅炉的结构生物质成型燃料热水锅炉由上炉门、中炉门、下炉门、上炉排、辐射受热面、下炉排、风室、炉膛、降尘室、对流受热面、炉墙、排汽管、烟道、烟囱等部分组成,其结构布置如图1所示.2.2生物质成型燃料热水锅炉的工作原理燃料通过中炉门在下炉排上点火成功后,成型块从上炉门进入上炉排,根据生物质容易着火的燃万 方数据1.上炉门;2.中炉门;3.下炉门,4.上水箱;5.水冷壁管;6.上炉排;7.风室;8.炉膛;9.下炉排;10.排汽管;11.对流受热面;12.降尘室;13.隔烟板;14.烟道;15.引风机;16.烟囱1.Updoor;2.Middledoor;3.Lowerdoor;4.Upbank;5.Waterwall;6.Upgrate;7.Fanroom;8.Hearth;9.Lowergrate;10.Steamdischargepipe;11.Convectionbank;12.Dustfall;13.Baffleplate;14.Smokeaisle;15.Blastblower;16.Chimney图1生物质成型燃料锅炉的结构Fig.1Thestructurefigureofbiomassbriquettehotwaterboiler烧特性,片刻就会燃烧起来.在引风机引导下下吸燃烧,上炉排漏下的生物质屑和灰渣到下炉排上继续燃烧和燃烬.成型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、灰渣层进入上、下炉排间的炉膛进行燃烧,并与下炉排上燃料产生的烟气一起,经后墙上的烟气出口流向降尘室和后面的对流受热面.降温对流受热面采用烟管并联。高温烟气在烟管中向上多回程流动,这样既能减少烟气的阻力,又能使气体在夹层内停留更多的时间,传热效率高,然后烟气流向烟道,此时温度都有很大的降低,再进入烟囱排向外界.这种燃烧方式,实现了生物质成型燃料的分步燃烧,缓解生物质燃烧速度,达到燃烧需氧与供氧的匹配,使生物质成型燃料稳定持续完全燃烧,起到了消烟除尘作用.2.3炉膛及炉排的设计炉排尺寸和炉膛尺寸是燃烧设备的两组主要参数,它们的大小直接关系着燃料燃烧的温度场、浓度场及空气流动场分布,直接影响着燃料的燃烧状况,参照锅炉设计手册∽。¨,选取炉膛容积热负荷吼=300kW?m~;炉排面积热强度gR=350kW?m一,炉膛容积(y)与炉排面积(A。)计算公式为V=BQ。。,/q。(1)A。=BQ。。,/qR(2)式中:曰为燃料消耗量;Q。。,为燃料收到基低位发热量;吼为炉膛容积热强度;g。为炉排面积热强度.2.4受热面的设计2.4.1辐射受热面的设计为了降低生物质成型燃料燃烧设备炉温度,并保证生物质成型燃料的充1lO河南农业大学学报第42卷分燃烧,在炉膛中上辐射受热面的布置如图1所示,上炉排、上炉膛上部及四周都布置了辐射受热面.其辐射受热面的大小与布置形式与燃料种类、燃烧设备形式等因素有关.其计算公式为0Ⅱ=N/(a”f+e)(3)平均温差.3生物质成型燃料热水锅炉热性能试验与分析为了说明该燃烧设备能够适用于生物质成型燃料,确实能代表生物质成型燃料专用燃烧设备的水平,且使试验得出主要设计参数具有一定的可靠性式中:0。为理论燃烧温度;a”,为炉膛出口过量空气系数,选取1.5;N为燃质系数;e为燃料系数.QI=(pⅡ一p”“)Q∥/(pⅡ一日∥)温;口,,为排烟温度;Q“为锅炉有效利用热量.有效辐射受热面积(日,)为日,=Q,/ql(5)(4)与合理性,根据GB/T15137―1994工业锅炉节能监测方法、GB5468―91锅炉烟尘测定方法及GBW-式中:Q,为辐射受热面吸热量;日”,i为炉膛出口烟PB3--1999锅炉大气污染物排放标准,对该生物质成型燃料燃烧设备进行热性能及环保指标试验.试验燃料为液压成型玉米秸秆,粒度为中70mm圆粒,密度为0.919t?m一,收到基净发热量为15658式中:9,为辐射受热面热强度.2.4.2对流受热面的设计对流受热面可分为降kJ?kg一,含水率为14%,环境温度为x尘对流受热面和降温对流受热面.降尘对流受热面采用圆弧矩型布置,降温对流受热面采用烟管并联布置。其计算公式为Q,=(0’一矿)/Qsl/(%一郇,)tt=Q。。/KAt(6)(7)11℃。大气压力为0.98105Pa.对生物质成型热水锅炉进行热性能试验,结果如表1所示.在试验工况下,热水锅炉热效率为78.2%,热水温度为82.55℃,平均热水量为2100kg?h~,平均燃料量为54kg?h~。排烟温度为157.3℃,排烟热损式中:Q,为锅炉烟管束吸热量;口’为进口温度;矿为出口温度;H为对流受热面积;K为传热系数;At为表1Tablel失10.09%,气体不完全燃烧损失0.522%,散热损失7.9%.生物质成型燃料热水锅炉热平衡试验Heatbalancetestofhot.Waterboiler万方数据 第1期赵迎芳等:生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究4结论1)根据生物质成型燃料的燃烧特性设计出的180kW生物质成型燃料热水锅炉的热效率、热水流量、热负荷,水温等热性能参数达到了设计要求,证明该设计方法正确性和科学性.2)热水锅炉燃烧效率最高达78.2%,烟尘含量为110mg-m一,远远低于燃煤锅炉,符合国家关于工业锅炉大气中污染物排放标准要求。且有较好的环保效益.3)该热水锅炉制造工艺简单,价格与同容量燃煤锅炉相当,试验时操作也比较容易,可大大提高生物质利用率,且有较高的经济效益与社会效益.参考文献:[1]邓可蕴,贺亮.我国农村地区能源形势分析[J].中国工程科学,2000,2(6):52―58.[2]刘圣勇,赵迎芳,张百良.生物质成型燃料燃烧理论分析[J].能源研究与利用,2002(6):26―28.[3]阴秀丽,吴创之,徐冰娥,等.生物质气化对减少CO:排放的作用[J].太阳能学报,2000,21(1):40一44.万 方数据[4]马孝琴.生物质(秸秆)成型燃料燃烧动力特性及液压秸秆成型机改进设计研究[D].郑州:河南农业大学.2002.[5]马孝琴.秸秆着火及燃烧特性的试验研究[J].河南职业技术师范学院学报,2002,16(2):69―73.[6]孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京:中国电力出版杜。2002.[7]沈伯雄,刘德昌,陆继东.石油焦着火和燃烧燃烬特性的试验研究[J].石油炼制与化工,2000,3l(10):60―65.[8]刘圣勇,张百良.杨群发,等.双层炉排生物质成型燃料锅炉设计与研究[J].农业工程学报,2003,19(6):268―271.[9]刘圣勇.生物质(秸秆)成型燃料燃烧设备研制及试验研究[D].郑州:河南农业大学,2003.[10]宋贵良.锅炉设计手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社。1995.[11]刘圣勇,袁超,张佰珍,等.秸秆成型燃料锅炉的研制[J].河南农业大学学报,2004,38(3):329―334.(责任编辑:蒋国良)生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:赵迎芳, 梁晓辉, 徐桂转, 叶芳, 刘圣勇, 孙建青, ZHAO Ying-fang, LIANG Xiao-hui, XU Gui-zhuan, YE Fang, LIU Sheng-yong, SUN Jian-qing河南农业大学机电工程学院,河南,郑州,450002河南农业大学学报JOURNAL OF HENAN AGRICULTURAL UNIVERSITY)0次 参考文献(11条) 1.邓可蕴.贺亮 我国农村地区能源形势分析[期刊论文]-中国工程科学 2000(06)2.刘圣勇.赵迎芳.张百良 生物质成型燃料燃烧理论分析[期刊论文]-能源研究与利用 .阴秀丽.吴创之.徐冰娥 生物质气化对减少CO2排放的作用[期刊论文]-太阳能学报 .马孝琴 生物质(秸秆)成型燃料燃烧动力特性及液压秸秆成型机改进设计研究 20025.马孝琴 秸秆着火及燃烧特性的试验研究[期刊论文]-河南职业技术师范学院学报 .孙学信 燃煤锅炉燃烧试验技术与方法 20027.沈伯雄.刘德昌.陆继东 石油焦着火和燃烧燃烬特性的试验研究[期刊论文]-石油炼制与化工 .刘圣勇.张百良.杨群发 双层炉排生物质成型燃料锅炉设计与研究[期刊论文]-农业工程学报 .刘圣勇 生物质(秸秆)成型燃料燃烧设备研制及试验研究[学位论文] 200310.宋贵良 锅炉设计手册 199511.刘圣勇.袁超.张佰珍 秸秆成型燃料锅炉的研制[期刊论文]-河南农业大学学报 2004(03) 相似文献(10条)1.期刊论文 刘圣勇.刘小二.王森.李荫.Liu Shengyong.Liu Xiao'er.Wang Sen.Li Yin Ⅱ型生物质成型燃料锅炉的研制 -农业工程学报)针对Ⅰ型生物质成型燃料锅炉中存在的炉膛温度高、排烟温度高、热损失大等问题,作者对其进行了改进设计,根据生物质成型燃料的燃烧特性,研制出了Ⅱ型生物质成型燃料锅炉.对Ⅰ型和Ⅱ型生物质成型燃料锅炉进行热性能及环保性能试验,结果表明改进后的Ⅱ型生物质成型燃料锅炉热效率更高,较好的解决了Ⅰ型生物质成型燃料锅炉存在的主要问题.2.期刊论文 杨小明.何屏.刘文光.夏家群.徐远纲.YANG Xiao-ming.HE Ping.LIU Wen-guang.XIA Jia-qun.XUYuan-gang 生物质成型燃料锅炉产业化可行性研究 -昆明理工大学学报(理工版))从环境政策、生物质成型技术的经济性、小型锅炉改造技术等方面,采用动态分析的方法,对小型燃用生物质成型燃料锅炉的产业化及可行性进行了研究和分析.结果表明燃用生物质成型燃料锅炉的各项指标均达到国家烟气排放标准,其运行具有一定的经济性和可行性.因此,燃用生物质成型燃料锅炉的产业化前景比较光明.3.期刊论文 岳建芝.李刚.徐桂转.王艳锦.张全国 价值分析在生物质成型燃料锅炉改进中的应用 -安徽农业科学)为了使生物质成型燃料锅炉能够顺利普及推广,应用价值分析的方法对其进行分析.从而得出结论,目前生物质成型燃料锅炉的进出水管道、烟道接头法兰和锅炉骨架成本过大,需要改进以降低成本.4.学位论文 李荫 生物质成型燃料热水锅炉的改进设计与试验 2006为了能够把生物质专用燃烧设备推向市场,实现其商品化生产,本研究从分析第一代生物质成型燃料热水锅炉的设计依据出发,针对第一代生物质成型燃料热水锅炉存在的炉膛温度高、排烟温度高等一些问题,进行了改进设计,并制造出一台42kw燃用生物质成型燃料的热水锅炉。在4种工况下对其进行热性能试验,各项热性能指标达到设计要求,弥补了第一代存在的不足,其中燃烧效率最高达94.84%,热效率最高达80.81%。与第一代生物质成型燃料热水锅炉相比,各项热损失、热效率和燃烧效率有着相似的变化规律,但其大小有着不同程度的改变:(1)改进后的锅炉散热损失有了明显降低。改进前4个工况下散热损失在7.64%~33.28%变化,改进后4个工况下散热损失在1.11%~10.32%变化,改进后散热损失比改进前降低了6.53~22.96个百分点;(2)改进后的锅炉排烟热损失有了明显降低。改进前4个工况下排烟热损失在10.65%~33.18%变化,改进后4个工况下排烟热损失在3.07%~16.11%变化,改进后排烟热损失比改进前降低了7.58~17.07个百分点;(3)改进后的锅炉热效率有了一定程度的提高。改进前4个工况下热效率在52.96%~70.13%变化,改进后4个工况下热效率在63.99%~80.81%变化,改进后热效率比改进前增加了10.68~11.03个百分点;(4)改进后的锅炉气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失和灰渣物理热损失有较小程度的增加。改进前4个工况下气体不完全燃烧热损失在0.522%~1.267%变化,改进后4个工况下气体不完全燃烧热损失在2.13%~6.72%变化,改进后气体不完全燃烧热损失比改进前增加了1.61~5.45个百分点;改进前4个工况下固体不完全燃烧热损失在1.275%~2.36%变化,改进后4个工况下固体不完全燃烧热损失在3.26%~4.44%变化,改进后固体不完全燃烧热损失比改进前增加了1.99~2.08个百分点;改进前4个工况下灰渣物理热损失在0.081%~0.091%变化,改进后4个工况下灰渣物理热损失在0.133%~0.139%变化,改进后灰渣物理热损失比改进前增加了0.052~0.048个百分点。最后应用商业软件Fluent对不加料冷态进行模拟,为以后更深入的模拟打下基础,为今后的改进设计提供参考依据。包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、文学作品欣赏、应用写作文书、专业论文、中学教育、生物质成型燃料热水锅炉的设计与试验研究51等内容。 
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