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          生物質鍋爐設計

          發布時間:2020-04-10人氣:10

          一、燃燒方式與燃燒設備選擇

          燃燒方式的選擇應根據燃料的水分大小、尺寸、大小、灰分高低及其結渣性選擇。

          (1) 燃料的收到基水分低于 15% 、尺寸小于 3 mm、灰分小于 3% 時,應采用風力噴播的懸浮燃燒

          方式; 如果其灰分結渣性 Rz≤1. 5 可采用鑄鐵固定爐排,灰分結渣性 Rz> 1. 5 可采用水冷固定爐

          排。

          (2) 燃料的收到基水分低于 15% 、尺寸在 5 ~50 mm、灰分在 4% ~ 20% 時,應采用機械進料

          的層燃或沸騰燃燒方式,燃燒設備可選擇鏈條爐排、灰分結渣性 Rz> 2. 0 應選用往復爐排。鍋爐容量

          大于 14 MW、負荷變化且灰分結渣性 Rz< 1. 5 的可選擇鼓泡流化床、循環流化床。

          (3) 燃料的收到基水分為 20% ~ 50% 、尺寸≤10 mm、灰分在 1% ~ 5% 時,應采取風力噴播

          加層燃的方式。其燃燒設備可用鑄鐵固定爐排或鏈條爐排。鍋爐容量大于 14 MW 且負荷變化且灰分結渣

          性 Rz< 1. 5 的可選擇鼓泡流化床、循環流化床。

          (4) 尺寸為 50 ~ 150 mm 的,灰分結渣性 Rz<1. 5 時采用鏈條爐排或傾斜水冷爐排,灰分結渣

          性Rz> 1. 5 采用往復爐排。

          (5) 秸稈類生物質應先行切碎,使其尺寸小于 50 mm,再投入鍋爐燃燒; 灰分結渣性 Rz< 1. 5 時

          采用鏈條爐排,灰分結渣性 Rz> 1. 5 時宜采用往復爐排。

          二、爐膛建議設計方法

          設計生物質鍋爐前必須清楚知道擬燃生物質燃料的元素成分及灰的焦渣特征。

          (1)爐膛出口溫度的選擇: 爐膛出口溫度應根據燃料灰的變形溫度 DT 選擇。燃煤鍋爐一般應低于變

          形溫度 50 ℃。燃生物質鍋爐爐膛出口溫度應低于灰的變形 100 ℃。為降低氮氧化物排放,爐膛出口溫

          度應低于 850 ℃。

          ( 2) 燃燒區溫度: 燃燒區溫度的選擇應根據燃料各成分活化能高低選取,以使其既順利燃燒,又不大量

          形成 NOx。生物質揮發分中以甲烷 CH4 和一氧化碳 CO 為主,其活化能 50 ~ 125 k J/mol,遠低于

          煙煤和無煙煤,而生物質燃料中固定碳含量極低,故燃燒區溫度應控制在 1 200 ~ 800 ℃。首先應計算

          絕熱燃燒溫度,此時應取過量空氣系數 1. 2 ~ 1. 4,若絕熱燃燒溫度在此范圍內,應將爐膛設計成絕

          熱爐膛。絕熱燃燒溫度高于 1 400 ℃ 時應適當開降溫窗,讓火焰通過降溫窗向上部水冷壁輻射散熱降溫,

          開窗面積與爐膛截面積之比與 [( 絕熱燃燒溫度- 1 400 ℃ ) /1 400 ℃]成正比關系。

          2

          Fkc= k Flj( Tll- 1 400) /1 400

          ( 1)式中 k———控溫系數,一般取 3 ~ 4

          Flj———爐膛截面積,m2

          Tll———絕熱燃燒溫度,℃

          Fkc———降溫窗面積( 為燃燒區火焰向輻射受熱區通過輻射熱的通光面積) ,m2

          1 400———生物質順利燃燒的最低絕熱燃燒溫度。℃

          當絕熱燃燒溫度大于 1 450 ℃ 時應采用開式爐膛。燃燒區溫度與燃料水分有關,燃料全水分小于 30%

          時應在燃燒區壁面布置水冷壁并適度涂覆衛燃帶,以保證燃燒區溫度維持在 800 ~ 1 200 ℃。燃料全水

          分大于 30% 時則燃燒區不布置水冷壁。

          (3) 爐膛容積、爐膛截面積: 生物質顆粒比重輕,飛灰中有較大的未燃盡顆粒,需要較長的爐膛內燃燒

          時間( 一般需要 2 ~ 3 s) 。因此需要布置較大的爐膛容積,即較低的爐膛容積熱負荷( 應≤160k W /

          m3) 。爐膛截面應比燃煤鍋爐大,以使煙氣流速控制在 1. 5 ~ 3 m/s,爐膛截面熱負荷控制在 1. 5~

          1. 7 MW / m2。沸騰爐膛的懸浮段爐膛截面積也應按灰碳粒子的臨界流化速度 wlj 選取。循環流化床鍋

          爐的爐膛截面積應按灰碳粒子的帶出流速 wdc 確定。臨界流化速度 wlj 和帶出流速 wdc 應由實驗確定。

          (4) 熱力計算參數的選擇: ①爐膛過量空氣系數建議取 α = 1. 2 ~ 1. 3。因生物質固定碳含量少,

          揮發分含量高達 70% 左右,可不考慮氧氣向碳粒深層擴散影響碳粒燃盡問題,只要空氣與揮發分充分混

          合即可充分燃盡。爐膛過量空氣系數取 α = 1. 2~ 1. 3 即可保證燃燒效率在 98% 以上。②水冷壁

          污染系數建議取 ζ = 0. 5。運行證明該系數在燃生物質成型燃料鍋爐上與運行工況符和較好。③爐排可

          見熱負荷應根據燃料水分、燃料灰分、爐排特性系數和燃料表征尺寸確定,建議用式( 2) 計算。

          qR=300Mar× A × Fcc× klpk W / m2

          (2)式中 Mar———燃料全水分小數值

          A———燃料灰分小數值

          Fcc———燃料粒度尺寸,mm( 圓柱形為直徑 +長度的一半,片、塊狀為長 + 寬 + 厚的 1 /3)

          kl P———爐排特性系數,鏈條爐排取 1. 2、往復爐排取 0. 9、固定爐排取 0. 9


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