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秸秆打捆燃料锅炉的设计与研究

鲁杰  
【摘要】:如今能源短缺以及环境污染成为制约我国发展的主要因素,而我国作为一个农业大国,农作物秸秆资源丰富,这些秸秆资源作为一种重要的储备能源对于缓解我国的能源危机有重大意义。而打捆后的秸秆,具有密度适中,运输存储方便等特点,是很好的燃料,若应用于中小型锅炉中可以减少对化石能源的依赖,同时减少温室气体的排放,有很好的环保和社会效益。国内目前的生物质锅炉主要是燃用生物质成型燃料的,且大都是在原有燃煤锅炉的基础上改造而来,或者是机械化程度较低的燃烧单捆燃料的固定炉排锅炉,还没有真正意义上的能应用于生产生活中的连续进料式秸秆打捆燃料锅炉。本文首先利用热天平简要研究了典型生物质秸秆的燃烧特性,了解了生物质秸秆的燃烧失重规律和其燃烧特性参数,接着在现有捆烧实验台上研究了打捆秸秆燃料的燃烧特性,得出打捆燃料较厚实,不易烧透的缺点。并针对其燃烧特点设计出了一种适用于秸秆打捆燃料的锅炉。该锅炉机械化程度高,并且根据打捆燃料的燃烧特性对炉膛、炉排等进行了改进设计,选用适宜的倾斜往复炉排,配合多拱炉膛,克服了大尺寸打捆燃料不易烧透和灰分易在炉排上结渣的缺点,锅炉热效率高,且污染排放达标。该锅炉为单锅筒纵置式往复炉排蒸汽锅炉,设计蒸发量为1 t/h,设计热效率为81%,配备有燃尽室、烟尘沉降室、省煤器和两级除尘装置。最后以小麦秸秆打捆燃料为实验原料对该锅炉进行热性能实验,分别在100%、80%、60%额定负荷下进行热效率,燃烧效率,烟气成分等相关实验,得到的主要结果如下:1)在三个工况下该锅炉都能正常运行,热效率分别为80.49%、79.35%和78.42%,高于GB/T 15317中关于1 t/h锅炉效率大于等于65%的考核指标。2)该锅炉在额定工况下,蒸汽输出量达到970 kg/h,蒸汽压力达到0.7 MPa,蒸汽温度达到170.5 基本满足设计要求,可应用于生产生活中作为热源或动力源使用。3)在最佳工况下,该锅炉燃烧效率达到97.5%,锅炉热效率为80.49%,固体不完全燃烧损失和气体不完全燃烧损失低,实现了秸秆打捆燃料高效、稳定的燃烧。4)三个工况下打捆燃料燃烧后的灰分结渣率分别为10.1%、9.26%、7.25%,并且炉排上的灰渣粘结情况很轻,灰渣结构较为疏松,灰渣块也较为细碎,质地较软。5)该锅炉排烟中的NOx、SO2、烟尘含量分别为125、42、26 mg/m3,林格曼黑度小于1,各项环保指标远远低于燃煤锅炉,符合国家工业锅炉大气污染物排放要求。6)额定工况下,通过在炉膛内不同过量空气系数下的实验对比,得出在过量空气系数为1.5时,该锅炉的燃烧效率最高,可燃物质燃烧完全,此时炉膛内温度最高,气体和固体热损失最小,锅炉处于最佳工作状态。


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