生物质颗粒燃料燃烧炉的设计.docx

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1、生物质颗粒燃料燃烧炉的设计摘要：生物质颗粒燃料燃烧炉，燃料为玉米秆、木屑、棉杆、稻壳、花生壳等的生物质颗粒燃料，主要用途是为乡镇居民家庭采暖。该燃烧炉主要由进料系统、点火系统、燃烧系统、送风系统、换热系统、清灰装置、控制系统七大部分组成，部件结构齐全及状况稳定。关键词：生物质；燃烧炉；气化燃烧；换热器；颗粒燃料0引言生物质能源属于清洁可再生能源，因为在其能源化利用过程中释放的碳与其生长过程中固定的碳相等，即可以实现二氧化碳的零排放，受到了世界各国的普遍关注。在生物质炉具的研究方面，国外研究的起步较早，技术较为成熟，但是国外的炉具主要燃烧木屑生物质颗粒，对秸秆类生物质颗粒燃烧不使用。更加高效的生

2、物质炉具的开发，对生物质能的高效利用和环境问题的解决具有重要的意义。1燃烧炉的工作原理本燃烧炉燃烧过程采用两段燃烧的方法。两段燃烧包含一个热解过程、一个气相燃烧过程和一个固相燃烧过程。其中，热解过程发生在炉排上方；气相燃烧过程发生在气相火焰处；热解层热解出的生物质挥发分在风机的作用下，与二次风混合，并发生气相燃烧过程。固相燃烧过程发生在灰炭层处。气相燃烧火焰的热量与固定炭燃烧热量汇合，形成高温烟气排至换热器中。2燃烧炉的结构设计2.1燃烧炉的设计参数本颗粒燃料燃烧炉，考虑到用途是为一般的个体家庭采暖热源，并结合采暖系统的实际工况，及其燃料的燃烧状况，确定燃烧炉的参数如表1。燃料的选择方面，不仅

3、可以选用热值高的木屑颗粒，也可以选用热值低的棉杆颗粒等。在本文中，选用热值低的棉杆做为最不利燃烧工况，棉杆的热值为12.12MJ/kg。换热器中的热水得到的热量为12kW，则进入换热器的热量为：15.6kW；在燃烧炉的炉膛处，向外损失5%的热量，则炉膛散热前的热量为16.42kW。经计算，需要的燃料放热量为17.5kW，每小时需要消耗的燃料量为5.2kg。在炉子的进料系统、燃烧器、炉膛的设计时，均按照该燃烧质量设计。2.2燃烧炉的结构设计燃烧炉设计时，综合考虑了生物质颗粒两段燃烧的特点，及燃烧层的易结渣特性，并考虑到燃烧炉工作时的调节和控制系统的实施，然后进行了本燃烧炉的设计。燃烧炉由进料系统

4、、点火系统、燃烧系统、送风系统、换热系统、清灰装置、控制系统七大部分组成。进料系统的设计：进料仓的储料量为50kg，在燃烧炉完全满负荷运转时，可满足10小时的用料量。料仓中的燃料，在进料动力装置的作用下，经进料管进入点火装置，进入气化燃烧的燃烧器。点火装置：点火装置位于气化燃烧器的上方，进料管的出口处有一个封闭的空间，封闭空间内设置一个点火棒。在风机的作用下，产生热风，用热风点火的原理实现点火。燃烧系统和送风系统：燃烧系统包括气化燃烧器、炉排、炉膛。送风系统包括一次风系统和二次风系统。下面进行燃烧系统与送风的设计与计算。1）棉杆完全燃烧生成烟气量的计算。计算结果见表2。2）燃烧系统与送风系统的

5、设计参数。燃烧系统与送风系统的设计与计算参数见表3。其中的炉排的孔的尺寸、灰炭搅拌装置的动作方式、一次风二次风的开度、风机的频率等，需通过试验确定。换热系统：本燃烧炉的换热系统由换热器、清灰杆、风机。其中换热装置，采用的是壳管式换热器，水走壳程，烟气走管程。考虑到生物质颗粒燃料燃烧时，烟气中会含有烟尘及焦油成分，因此经过长时间的运行后，会在壳管式换热器的管程内壁积累，严重影响换热效率。因此，在换热器的烟管内，设计清灰杆，可以清除灰层。经计算，换热器所需的换热面积为0.142m2，因此设计换热器的尺寸为，300mm某140mm的矩形外壳，内有10根内径为40mm的烟管。风机的选型为，根据以上计算

6、，选择风机流量为60m3/h，风压为150Pa。清灰装置：清灰装置位于炉膛的下部，气化燃烧后，剩余的固定炭成分在此部件中完成燃烧，并将燃烧剩余的灰分沉积在清灰抽屉中。控制系统：该燃烧炉可以实现完整的控制，包括对进料系统的变频控制、启停控制，对点火棒的启停、加热时间的控制，对搅拌装置的启停控制，对一次风、二次风的开度控制，对风机的变频控制等。经过以上设计过程，可得到本燃烧炉的总体结构，见图1。3燃烧炉的试验对燃烧炉进行燃烧试验，试验条件：炉排上燃料层的总厚度为不变，保持正常进料，搅拌连续转动。试验方法：通过调节进风口的开度大小，控制进入燃烧室的空气量，燃烧稳定后，取连续4min的工作工况数据，比

7、较不同阀门开度的情况下，炉膛温度的变化及燃烧炉工况的稳定性。经过试验，得到在不同的阀门开度的情况下，炉膛温度的变化，见图2。经过以上实验得出，本生物质颗粒燃料燃烧炉的炉膛温度，与燃烧时供给的空气量有一定的关系，且空气供给的量太多或太少，都会导致炉膛温度降低。当空气供给的量适度，即阀门开度为0.6时，炉膛温度最高，为900左右。而且，在此工作条件下，燃烧炉工作状况稳定，整个燃烧过程无结渣现象。在常规的燃烧炉燃烧时，当燃料为生物质秸秆材料时，会出现结渣现象。生物质的结渣，会堵塞炉排，阻碍燃烧的持续进行。本燃烧炉在进行燃烧试验时，整个燃烧过程无结渣现象，并且燃烧稳定持续进行。4小结经过本文的研究及计算，设计了该燃烧炉，主要由进料系统、点火系统、燃烧系统、送风系统、换热系统、清灰装置、控制系统七大部分组成。通过对该燃烧炉进行燃烧试验得到，燃烧炉在工作时，炉膛温度可达到900摄氏度，且燃烧过程无结渣，克服了常规的燃烧炉燃烧结渣问题。该燃烧炉属于实验产品，需要对其进行投入大量的实验研究，并对不合理的部件进行设计及改造。因此，该燃烧炉对于燃烧设备的初期研究，对生物质燃烧设备的研究具有一定的指导意义。