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生物质成型燃料链条锅炉风烟系统设计和排烟特性研究

王鹏晓  
【摘要】:近年来生物质成型燃料技术发展迅速,生物质成型燃料作为燃煤替代燃料也逐渐被人们认可。目前燃煤工业锅炉改烧生物质成型燃料,存在挥发分难以在炉膛中完全燃烧、固定碳燃烧不完全易结渣、污染物超标排放等问题,这些问题导致锅炉热效率低下且污染物超标排放。本文设计了与生物质成型燃料的燃烧特性适应的链条锅炉炉膛结构以及风烟系统,风烟系统主要涉及对生物质高效燃烧有关键作用的送风系统(一次风和二次风)。对锅炉热效率和降低污染物排放进行研究,以实现生物质成型燃料锅炉高效燃烧和环保运行。本文主要研究内容及结果有以下几个方面:(1)对生物质成型燃料的物理化学特性、燃烧特性、污染物排放特点等方面进行系统的分析,并分析了对其代替煤炭作为一种工业锅炉燃料的几个重要特征,以及总结现有生物质层燃设备存在问题。为生物质成型燃料燃烧设备的设计改进、燃烧效率提高以及污染物控制提供理论和计算依据。(2)根据生成物成型燃料特点以及工业锅炉的使用目的,设计的锅炉选择为额定蒸发量为1t/h、蒸汽压力为0.7MPa的单锅筒纵置式水火管锅壳蒸汽链条锅炉。对锅炉进行整体布局设计以及新型多拱结构炉膛设计,并在炉膛结构基础上对风烟系统进行设计。一次供风设计特点是:设置四个等压密闭风室、分仓双侧送风,一次风采用推迟配风的方式送风;二次风设计特点是:在前拱和中拱上分别对向设置8个二次风口,二次风口有一定角度并且彼此错开。风烟系统和炉膛结构相互配合实现炉膛内挥发分充分燃烧和固定碳低强度燃烧,在炉膛内形成不同的局部富料燃烧区和富氧燃烧区以减少NO_X和颗粒物生成及排放。经计算得出设计锅炉烟道的全压降为943.053Pa,风道的全压降为968.743Pa,依此选定的引风机型号为Y5-47-4C,送风机型号为4-72-No3.6A,送、引风机都配备变频器并接入控制柜。(3)锅炉完成设计制造后,对锅炉进行热性能试验和主要污染物排放测试。首先在锅炉设计的排烟含氧量6.5%的条件下,计算锅炉的各项热损失,得出二次风风率为40%时锅炉热损失最小。然后在二次风风率为40%条件下进行了污染物排放测试,并研究了污染物排放与不同排烟含氧量的关系以及锅炉热效率与不同排烟含氧量的关系。最终得出二次风风率为40%,排烟处烟气含氧量在7%时,锅炉的最佳热效率为83.5%;烟气含氧量在6%~8%范围内,锅炉的热效率为82.9%~83.5%,锅炉的大气污染物(颗粒物、氮氧化物、二氧化硫)基于含氧量折算的最高排放浓度都低于GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》规定限值,有较好的环保效益并且能够经济运行。


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