生物质热风炉的设计与应用

工业锅炉2010年第6期(总第124期)文章编号:10048774(2010)060603生物质热风炉的设计与应用刘巍(广州迪森热能技术股份有限公司,广州510760)摘要:给出了一种基于洁净型生物质燃烧技术的新型生物质热风炉,主要设计参数的计算公式以及计算示例。工业应用实测结果表明,设计参数与测试数据比较接近,可以应用于工关键词热风炉;生物质;洁净燃烧;干燥中图分类号:TK22文献标识码:A作者简介:刘巍(1983-),毕于山西Design of a Biomass Combustion Heated Air Furnace省中北大学热能与动力工程专业,学士LIU Wei学位,助理工程师,( Guangzhou Devotion Thermal Energy Technology Co.Ld, Guangzhou510760, China)现就职于广州迪森热能技术股份有限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设计工程师,主要从industrial applied actual measurement shows that the design parameters approximate to measured data事生物质成型燃料and can be applicable to engineering project生物油生产设备的Key words: heated afr furnace; biomass; clean combustion; drying设计研发工作。0引言根据我国国情提高热风炉效率和降低生物质燃烧生物质成型燃料加工的一个技术关键就是要将对环境污染是发展生物质燃烧技术的有效方法。其原料的含水率降至8%~12%,应用最广泛的干燥方法是:采用生物质热风炉,产生的高温烟气直接加热生物质原料。但是,目前使用的各种生物质热风炉存在热效率低、消烟除尘差等缺陷。基于这些本文介绍一种新型生物质热风炉的设计计算及其应用1结构特点及设计要点新型生物质热风炉由炉体、风管和沉降室组成(结构如图1)。其工作过程为:在固定炉排上的生物质经炉膛一次燃烧后,未燃尽碳粒和可燃气体随高温烟气流进入副燃烧室进行二次燃烧。燃烧后的高温烟气通过沉降室除尘后,供干燥设备使用。11洁净型生物质燃烧技术目前,我国干燥用生物质热风炉大都采用生图1生物质热风炉简物质(树皮废木材等)作燃料。而生物质普遍具有1-炉渣室2·炉门3-加料口4风管5-炉膛含水率高燃料尺寸变化大和灰分含量高等特点。此外,层燃炉配风不均匀、燃料不能完全燃烧、热风中国煤化工定妒排炉热效率降低等综合因素造成对环境的严重污染。CNMHG率高燃料尺寸变化大和灰分含量高的生物质。所以,设计炉排时需收稿日期:20100617要保证燃料的均匀分布,灰层能覆盖整个炉排面。研究与开发·生物质热风炉的设计与应用7此外,层燃炉的另一项重要技术是分阶段燃烧。它氧氮、硫和灰分在燃料中所占的组分(%,干将燃烧区域分为初级燃烧室和二次燃烧室分离了基)3。气化和氧化阶段,避免了二次空气过早混合。为了22理论空气量烟气理论容积计算减少紊乱、保持炉排上方燃料层的稳定,空气与烟气理论空气量按公式(3)计算在初级燃烧室没有得到充分的混合,二次燃烧室的V=0.0889(C+0.375S。)+0.265H结构和二次空气的喷入方式应尽可能地保证烟气和次空气良好的混合。烟气与二次空气混合得越充三原子气体理论容积按公式(4)计算分,完全燃烧所需的过量空气系数就越小,效率则越Vo=0.01866(Cu+0.375s)m3/kg(4)高。同时二次风以较高的速度喷入,混合效果良好N2理论容积按公式(5)计算燃烧室最好采用旋风来实现充分混合。12生物质热风炉的结构和特点v,=0.79+0.8Ny/100m3/kg(5)生物质热风炉设计必须采用适合于生物质燃料H2O理论容积按公式(6)计算的结构和措施。在设计中采用逆流燃烧方式,即燃烧o=0.IH+0.0124M+0.01611°m3/kg火焰方向与进料方向相反,这种燃烧方式使热烟气流(6)经过湿燃料表面促进了燃料的干燥和水蒸气输送,理论烟气量按公式(7)计算使燃料易于着火。同时二次风以较高的速度沿着圆V形炉墙切向喷入,旋风保证烟气和二次空气良好的混实际烟气量按公式(8)计算合,延长了未燃尽碳粒在炉膛的滞留时间。在炉膛后v,=V+2+。+(an-1)m/kg部设置副燃烧室,使炉膛内未燃尽碳粒和可燃气体完全燃烧减少了高温缺氧不完全燃烧所产生的黑烟。式中M一燃料中水分的百分比含量燃烧后的高温姻气在经过沉降室来进一步捕捉烟尘炉膛过量空气系数降低了烟气中的含尘量。在配风方面由于热风炉后2.4热效率计算部配有引风机,炉膛燃烧方式为微负压燃烧,一次空热风炉的设计热效率按公式(9)计算气通过炉排下的炉渣室吸入,二次空气通过高压鼓风机沿两侧风管切向喷入炉膛。这样既有效地控制强η=[1-(q2+q3+q4+q5+q)]×100%(9)风将炉排上的飞灰和未燃尽的碳粒吹走又保证了生式中q2—排烟热损失g3-——气体不完全燃烧热损失物质燃料完全燃烧所必须的大量空气。由于上述技术和措施,所设计的热风炉燃烧效g4—固体不完全燃烧热损失率明显提高,燃料的消耗量与常规热风炉相比节约q3—散热损失10%左右,而且冒黑烟的频率明显减少,达到了洁净灰渣热损失燃烧的目的这些热损失可根据有关计算公式或经验数据得2主要参数的确定2.5燃料消耗量计算2.1生物质发热量计算B=100Q1/(v7Qnx)kg/h(10)燃料发热量又称燃料的热值,它有高位热值(HV〕和低位热值(LHV)之分,是衡量生物质燃料式中Q,—额定热流量,h燃烧性能优劣的一个重要指标。燃料燃烧装置的热m—燃料低位发热量,k/kg力计算以低位发热量为依据。生物质热值一般由实T—热风炉的设计热效率验测定,也可以通过计算获得2.6燃烧室容积计算高位热值按公式(1)计算V=0.278BQnⅣv=0.3491C.+1.1783H+0.1005式中V—炉膛容积m30.10340-0.0151N。-0.02l1AM/kg地消托量kgh中国煤化工(1)量kW/kg低位热值按公式(2)计算CNMHG/m式中C、H-、O、N、S,和A,分别代表碳、氢、kw/)"熱强度,其取值范围为(300400LHV= HHV-25 08 (9H,+M) k/kg (2)炉膛容积工业锅炉2010年第6期(总第124期)3计算示例表22.1MW生物质热风炉主要参数计算结果根据上述计算方法,设计负荷为21MW生物名称数值炉膛内径质热风炉的设计条件见表1,计算结果见表2。炉膛高度表1生物质热风炉设计条件炉膛容积9.42名称单位数值处理量炉膛容积热强度热效率70燃料消耗量kg. h物料进口含水量空气量4960物料出口含水二次空气流速物料入口烟温水分蒸发量kg·h物料出口烟温需要总热量30874工业应用炉的实际出力燃料消耗量、排烟温度、过量空气系广州迪森生物质能有限公司采用了5台2.1数以及热效率等指标进行了现场测试测试是在MW生物质热风炉热风炉设计参数如表1、表2所80%-10%负荷范围内进行的部分测试结果见示。由广州迪森热能技术股份有限公司技术部对该表3表32.1MW生物月质热风炉部分测试结果负荷物料水分蒸发量燃料消耗量干燥机进山烟温干燥机出口烟温过量空气系数热效率/%/(th-)/(kg·h-)℃2.675051072由此可见,2.1MW生物质热风炉经现场测试燃烧与混合燃烧技术手册[M].北京:化学工业出版社,的排烟温度和热效率数据与设计值比较接近,这说明该计算方法可以应用于工程设计中。[2]朱文学热风炉原理与技术[M].北京:化学工业出版5结论社,2005[3]朱锡锋.生物质热解原理与技术[M].北京:中国科学技通过理论计算以及工业应用表明,按本文介绍术大学出版社,2006的计算方法设计的生物质热风炉的运行参数与设计[4]T业锅炉设计计算方法编委会工业锅炉设计计算方法数据比较接近,说明这些公式可以应用于生物质热[M].北京:中国标准出版社,2005风炉的设计。身[5]中国石化集团上海工程有限公司化工工艺设计手册参考文献[M].北京:化学工业出版社,200[l] Siaak van loo, Jaap koppejan,田宜水,姚向君译.生物质建设节约型社会推中国煤化工CNMHG利用