生物質(zhì)燃燒器燃燒與傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算

1、本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè)論論 文文 （2014 屆）屆） 題題 目目生物質(zhì)燃燒器燃燒與傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算 學(xué)學(xué) 院院理學(xué)院 專專 業(yè)業(yè)應(yīng)用物理 班班 級(jí)級(jí) 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名吳仁東 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師丁寧 完成日期完成日期2014.5 摘 要 近年來(lái)，新能源的研究熱度不斷上升，相比較于其他的新型能源而言，生物質(zhì)能 源能夠先后成為世界各國(guó)研發(fā)的重點(diǎn)科目，不無(wú)道理，它擁有的優(yōu)點(diǎn)有：1.資源分布十 分廣泛，獲取簡(jiǎn)單方便。2.它的使用對(duì)環(huán)境幾乎沒有污染，綠色無(wú)害。3.可再生而無(wú)需 擔(dān)心能源供應(yīng)的枯竭。4.符合可持續(xù)開發(fā)使用的先進(jìn)理念。5.使用方法簡(jiǎn)單便捷，全民 皆宜。6.應(yīng)用面十分寬廣，能夠發(fā)展多型產(chǎn)

2、業(yè)。 直接燃燒乃是最早同時(shí)也是最為簡(jiǎn)單的從生物質(zhì)體中獲取生物質(zhì)體中所蘊(yùn)含的能 量的方法，因而得到絕大部分致力于生物質(zhì)的開發(fā)和研究的專家和學(xué)者們的青睞。在 自然條件下，直接燃燒因受到各方面的影響（譬如供氧不足、熱量容易散失） ，生物質(zhì) 能的利用率十分低下，生產(chǎn)的能量也就僅僅只夠維持日常生活的使用。這樣的生物質(zhì) 能利用方式，不僅會(huì)導(dǎo)致資源的極大浪費(fèi)，同時(shí)也因不完全燃燒而衍生出眾多的有害 物質(zhì)（譬如二噁英） ，這與現(xiàn)今要求節(jié)約、高效和安全的社會(huì)形態(tài)是格格不入的，這也 就是直燃技術(shù)不能大規(guī)模大范圍施行的原因所在。因此，我們需要一種更加科學(xué)的方 式去改善直燃技術(shù)，使之能夠?yàn)槲覀冎\求福利，生物質(zhì)燃燒器的出

3、現(xiàn)，正是契合了這 種要求。對(duì)于生物質(zhì)燃燒器而言，運(yùn)用科學(xué)而有效的方法，在直接燃燒的情況下，尋 求生物質(zhì)能源能夠高效、安全的轉(zhuǎn)變成我們所需要的能量的方法，無(wú)疑成為了生物質(zhì) 燃燒器的宿命。人們對(duì)于生物質(zhì)燃燒器技術(shù)的期盼，更是堅(jiān)定了致力于開發(fā)和使用生 物質(zhì)燃燒器技術(shù)的先輩們的決心，同時(shí)也激起了我們這群后輩獻(xiàn)身其中的美好愿望。 本文將結(jié)合熱化學(xué)和熱物理的知識(shí)，基于各位致力于生物質(zhì)能源的開發(fā)和使用的 先驅(qū)們的研究之下，附加本人對(duì)于生物質(zhì)燃燒器的一些見解，針對(duì)于生物質(zhì)燃燒器的 最為重要的燃燒和傳熱這兩個(gè)方面，運(yùn)用理論計(jì)算和現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)結(jié)合的方法，評(píng)價(jià)此次 設(shè)計(jì)與計(jì)算的合理性，這必將對(duì)以后的生物質(zhì)能的研究和發(fā)展

4、提供一定的助力。 關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃燒器；燃燒；傳熱 ABSTRACT New energy researchs heat is rising in recent years, compared with other new energy, biomass energy has become the focus of the subject of research and development of all countries in the world, makes sense, it has several advantages: 1. The resource distribution i

5、s very extensive, for easy and convenient.2. It is almost no pollution to the environment, the use of green harmless.3. Renewable without having to worry about energy supplies to dry up.4. Accord with sustainable development to use the advanced idea.5. Using the method is simple and convenient, is s

6、uitable for universal.6. Application is very wide, can develop more type of industry. Direct combustion is the earliest and most simple from biological plastid contained in the biological plastid of energy method, and thus get the most committed to the development of biomass and the research of expe

7、rts and scholars.Under natural conditions, direct combustion under the influence of various aspects, such as lack of oxygen, heat is easy to lost), biomass energy utilization ratio is very low, the production of energy has lasted only for the use of everyday life.Such way of biomass utilization, not

8、 only results in great waste of resources, but also because of incomplete combustion and spawned many harmful substances (such as dioxin), it has to do with saving, high efficiency and safety of society today is, that is direct combustion technology cant large-scale wide range for the cause.Therefor

9、e, we need a more scientific way to improve the direct combustion technology, to seek benefits for us, the emergence of biomass burner, it is fit for the request.For biomass burner, using scientific and effective method, in the case of direct combustion, seeking biomass energy efficiently, safely in

10、to the energy we need method, undoubtedly become the fate of biomass burner.Hope of biomass burner technology for people, but also established the is committed to the development of the technology and the use of biomass burner predecessors determination, but also aroused our this group of junior ded

11、icated to one of the good wishes. This article combined with thermal chemical and thermal physics knowledge, based on your commitment to the development of biomass energy and use under the research of pioneers, additional himself for some opinions of the biomass burner, for biomass burner of the mos

12、t important combustion and heat transfer these two aspects, using the combined method of theoretical calculation and practical test, evaluate the rationality of the design and calculation, it will be for future research and development of biomass energy to provide certain help. Keywords: biomass bue

13、ner; burn; conduct heat 目 錄 1引言.1 2生物質(zhì)的發(fā)展及其開發(fā)利用方式的介紹.2 2.1 國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能的發(fā)展歷程 .2 2.1.1 生物質(zhì)能源在國(guó)外的發(fā)展歷程.3 2.1.2 國(guó)內(nèi)對(duì)生物質(zhì)能源開發(fā)和使用的政策與現(xiàn)狀 .4 2.3 生物質(zhì)燃燒器的研究意義 .5 2.4 生物質(zhì)能的應(yīng)用展望 .6 3生物質(zhì)燃燒器燃燒與傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn).8 3.1 生物質(zhì)燃料的特性 .8 3.2 生物質(zhì)燃燒器的主要結(jié)構(gòu) .8 3.2.1 進(jìn)料系統(tǒng).8 3.2.2 送風(fēng)系統(tǒng).9 3.2.3 燃燒系統(tǒng).9 3.3 生物質(zhì)燃燒器的幾種燃燒形式.11 4生物質(zhì)燃燒器改造試驗(yàn).13 4.1 試驗(yàn)背

14、景.13 4.2 燃燒器的燃燒測(cè)試試驗(yàn) .14 4.2.1 試驗(yàn)步驟.14 4.2.2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備注意事項(xiàng).14 4.2.3 試驗(yàn)結(jié)果的分析.15 5結(jié)論與展望.17 致謝.18 參考文獻(xiàn).19 附錄.20 1引言 在化石能源日益枯竭的今天，發(fā)展和使用替代能源必然是重中之重，因?yàn)檫@是關(guān) 系到人類是否能夠繼續(xù)向前發(fā)展的重大決策。在眾多可替代化石能源的新興能源里， 太陽(yáng)能因適用性廣泛而得以嶄露頭角，在近幾年的發(fā)展之中，由于其轉(zhuǎn)化效率處于瓶 頸階段，發(fā)展勢(shì)頭不再?gòu)?qiáng)盛；風(fēng)能，水能，地?zé)崮艿?，則因地理所限，開發(fā)有限。在 上述新興能源遇到瓶頸之時(shí)，生物質(zhì)能源的出現(xiàn)，給探索替代能源的先驅(qū)們帶來(lái)了一 絲光亮。

15、生物質(zhì)能，簡(jiǎn)而言之，就是生物體所蘊(yùn)含的能量，除了非生物體之外，這世 界上的所有事物都可以充當(dāng)生物質(zhì)能，來(lái)源十分廣泛，而且蘊(yùn)含量驚人，并且生物質(zhì) 能是可再生的綠色能源，符合環(huán)境友好的條件和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。 生物質(zhì)能源是新興能源的一員，但是我們對(duì)他的研究和使用則是可以追溯待我們 祖先發(fā)現(xiàn)火并加以使用之時(shí)。現(xiàn)階段，生物質(zhì)能源在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并不如石油等 化石能源寬廣，但在日常的生活中，特別是農(nóng)村，卻是離不開他的身影，例如燒火做 飯等?，F(xiàn)如今已經(jīng)是21世紀(jì)了，科學(xué)的發(fā)展也已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)新的高度，使得我們不 用像祖先們一樣簡(jiǎn)陋的使用這些可貴的能源，在各種能源利用技術(shù)的帶動(dòng)下，各種新 型能源利用設(shè)備層

16、出不窮。對(duì)于生物質(zhì)能源而言，最為重要的利用途徑就是燃燒，這 也就促生了生物質(zhì)燃燒器的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于工業(yè)革命之后，人們的注意力都放在了 石油等不可再生的化石能源，致使生物質(zhì)能源的使用和研究出現(xiàn)斷層，現(xiàn)如今，在各 方人員的努力鉆研之下，有望在各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。在燃燒器的研究方向，有趙明勤 同志對(duì)粉狀生物質(zhì)燃燒器的研究的一些努力1，李小二同志對(duì)生物質(zhì)捆綁燒鍋爐的設(shè)計(jì) 與研究2，值得一提的是是向衡等人研究設(shè)計(jì)的脈動(dòng)燃燒器3，是在分析了脈動(dòng)燃燒的 優(yōu)點(diǎn)與生物質(zhì)燃燒的特點(diǎn)后產(chǎn)生的靈感，該款設(shè)備能夠維持穩(wěn)定的脈動(dòng)燃燒，并且它 的出氣口很是潔凈，幾乎見不到黑煙的形成，燃燒也比較充分，爐膛溫度維持在 8001

17、000的特點(diǎn)，用途廣泛，為生物質(zhì)能源的使用提供了一個(gè)新的途徑。 基于各位致力于發(fā)展生物質(zhì)能的開發(fā)和利用的前輩們的研究，我才有機(jī)會(huì)結(jié)合我 現(xiàn)今所學(xué)的知識(shí)和所接觸到的試驗(yàn)，針對(duì)于生物質(zhì)燃燒器的燃燒和傳熱這兩個(gè)方面， 給出我的設(shè)計(jì)和計(jì)算理念。本文將會(huì)從生物質(zhì)燃料燃燒的特性和熱物理的基礎(chǔ)入手， 并結(jié)合鍋爐原理去解剖生物質(zhì)燃燒器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，結(jié)合熱化學(xué)理論和物理的傳 熱的知識(shí)，以生物質(zhì)的燃燒和燃燒器傳熱為切入點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)去分析設(shè)計(jì)方案的可行 性。 2生物質(zhì)的發(fā)展及其開發(fā)利用方式的介紹 2.1 國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能的發(fā)展歷程 自從 19 世紀(jì) 70 年代開始，第二次工業(yè)革命的發(fā)生，化石能源相比較于其他能源

18、（主要是生物質(zhì)能）的優(yōu)越性，在世人的面前顯露無(wú)疑，從而導(dǎo)致了人們對(duì)化石能源 的需求與日俱增，消耗量也是逐年攀升。并且，世界范圍內(nèi)的各個(gè)地區(qū)與國(guó)家之間， 存在著嚴(yán)重的需求不平衡關(guān)系，這必然將會(huì)導(dǎo)致物價(jià)上漲，以及增加戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)的可能 性。人類社會(huì)已經(jīng)步入 21 世紀(jì)，在這個(gè)新的世紀(jì)里，人們對(duì)化石能源的需求與依賴性， 并沒有呈現(xiàn)出一絲減弱的跡象，反而表現(xiàn)出持續(xù)遞增的發(fā)展趨勢(shì)(特別是在一些發(fā)展中 國(guó)家中，比如中國(guó))。同時(shí)，在另一方面，傳統(tǒng)的化石能源（如石油，煤炭和天然氣等） 乃是不可再生能源，他們現(xiàn)今的存儲(chǔ)量都是一定，用一點(diǎn)就少一點(diǎn)，終有一日會(huì)被我 們使用完全的，以及我們對(duì)它們的使用，在這個(gè)使用過(guò)程中會(huì)

19、對(duì)我們的生存的環(huán)境制 造難以估計(jì)的損失。以上這些化石能源的局限性，對(duì)于當(dāng)今追求綠色健康、可持續(xù)發(fā) 展的新型社會(huì)形態(tài)而言，開發(fā)和使用可再生、環(huán)境友好的新型能源勢(shì)在必行，一度成 為現(xiàn)今社會(huì)和世界各國(guó)的的研究熱點(diǎn)。 在尋求新型能源來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的愿景下，除了風(fēng)能、水能和太陽(yáng)能等被人 熟知并大規(guī)模使用的新能源外，生物質(zhì)能也得以在世人面前嶄露頭角。生物質(zhì)能的應(yīng) 用和利用，主要是使用農(nóng)林業(yè)的副產(chǎn)物如秸桿、麥草等原料，經(jīng)過(guò)物理轉(zhuǎn)變或化學(xué)處 理甚至生物轉(zhuǎn)化等方法，使之從低品位的能源形態(tài)一躍成為可供人們輕易使用的高品 位的能源。與化石能源相比，合理的發(fā)展和使用生物質(zhì)能源，對(duì)環(huán)境幾乎不會(huì)造成任 何影響，更不會(huì)

20、有污染環(huán)境，生物質(zhì)能源乃是源于生物，生生不息，是一種可再生的 能源，不會(huì)出現(xiàn)像傳統(tǒng)的化石能源枯竭的現(xiàn)象，同時(shí)發(fā)展和使用生物質(zhì)能源，將會(huì)對(duì) 現(xiàn)在的環(huán)境狀況進(jìn)行改善，并且保護(hù)現(xiàn)在的環(huán)境狀況，是人類目前所能掌握并使用的 最為理想的能源形態(tài)。 從根源上來(lái)看，我們所使用的所有能源，都是太陽(yáng)能在地球上的一種表現(xiàn)形態(tài)， 生物質(zhì)能源也不例外，同時(shí)它也是我們這個(gè)世界上，唯一的可再生的含碳物質(zhì)的能源， 是人類賴以生存的重要能源。從人類的角度來(lái)講，生物質(zhì)能的使用是整個(gè)人類社會(huì)進(jìn) 步的根本所在，從地球生命的軌跡來(lái)講，從出現(xiàn)捕食生物的出現(xiàn)開始，生物質(zhì)能就推 動(dòng)著整個(gè)世界的生命的演化，生物質(zhì)能不可謂不重要。雖然在工業(yè)革命

21、之后，在人們 的生產(chǎn)之中，舍棄了最為原始的生物質(zhì)能源使用形式，改而使用煤炭、石油和天然氣 等更加便捷和高效的能源，但是我們應(yīng)該知道的是，煤炭等高效能源的產(chǎn)生，正是來(lái) 自于生物質(zhì)能基于某種特定條件下的轉(zhuǎn)換。生物質(zhì)能源在能源家族中的地位極關(guān)重要， 據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，生物質(zhì)能源的消耗占能源總消耗的第四位，預(yù)計(jì)到下個(gè)世紀(jì)中期， 生物質(zhì)能源的消耗會(huì)因新技術(shù)的突破而達(dá)到總能耗的40%，這其中的差額巨大，發(fā)展 前景廣闊。 2.1.1 生物質(zhì)能源在國(guó)外的發(fā)展歷程 20世紀(jì)所爆發(fā)的能源（特別是石油）危機(jī)，給了世界各國(guó)一個(gè)明確的警示，同時(shí) 也堅(jiān)定了人們尋求替代化石能源的綠色能源的決心。與此同時(shí)，堅(jiān)持科學(xué)的可持續(xù)發(fā)

22、展觀的提出，并且保護(hù)我們的生存環(huán)境不再被破壞的理念也深入人心，人們渴望去尋 求可循環(huán)再生的發(fā)展模式，可再生能源方案的提出，給予除與黑暗無(wú)助的人們以黎明 曙光，生物質(zhì)能源也就理所當(dāng)然的浮出水面，并受到人們的重視與禮待?，F(xiàn)如今，已 經(jīng)到21世紀(jì)，人類社會(huì)也已步入新紀(jì)元，而能源危機(jī)卻并未因科技和文明的進(jìn)步而消 失，反而有越演越烈之勢(shì)。發(fā)展替代能源的呼聲越來(lái)越高，特別是可再生、無(wú)污染的 綠色能源的開發(fā)與研究，已成為國(guó)際社會(huì)所關(guān)注的重點(diǎn)。 歐洲聯(lián)盟就提出，2010年的能源總消量的15%將由生物質(zhì)能源提供；日本在支持 可再生能源上，也是不遺余力：02年的12月27日，日本內(nèi)閣研究決定，通過(guò)日本生 物質(zhì)綜合

23、戰(zhàn)略，從此以后，生物質(zhì)能源作物將被允許作為商品，使用也將變得更加 靈活；可再生能源促進(jìn)法（于1997年通過(guò)）正式生效，日本政府鼓勵(lì)發(fā)展可再生 能源，并計(jì)劃到2010年為止，消耗的可再生能源在能源總消耗中的比例，由1.1%調(diào)升 到3.1%，生物質(zhì)能源的供應(yīng)量要達(dá)到新能源總供應(yīng)量的70%乃至以上4。 美國(guó)作為世界上的超級(jí)強(qiáng)國(guó)，他們對(duì)待生物質(zhì)能源的研發(fā)，不可謂不狂熱。早在 1997年，美國(guó)國(guó)會(huì)就已經(jīng)決定把投入與生物質(zhì)能的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，由最初的1.9億上調(diào)到了 4.42億，并表示將會(huì)再追加投入高達(dá)2.4億美元，研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入的增加幅度，令在驚訝； 美國(guó)國(guó)會(huì)還提出鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的政策：未來(lái)10年，減少或者減免農(nóng)

24、業(yè)賦稅高達(dá)21億美 元。僅僅只過(guò)了3年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部和能源部就將發(fā)展和推進(jìn)生物質(zhì)基產(chǎn)品和生物能源 的報(bào)告遞交給了總統(tǒng)，2000年的6月份，“生物質(zhì)研發(fā)法案”通過(guò)了，同時(shí)決定展開利 用生物質(zhì)來(lái)制得能源物質(zhì)、工業(yè)用品和化學(xué)制品原料的相關(guān)工作：計(jì)劃生物質(zhì)燃料的 供應(yīng)占比由01年的0.5%，攀升到10年的4%，2020年的份額還要增加6個(gè)百分點(diǎn)，這三 級(jí)跳的上升幅度很是驚人；以生物和生物副產(chǎn)品為原料制得的化學(xué)品份額規(guī)劃，也將 從2001年的5%增加到了10年的12%，到2030年，將會(huì)達(dá)到驚人的4分之1。在緊接著的 2002年，美國(guó)還專門設(shè)立了兩個(gè)機(jī)構(gòu)：“生物質(zhì)項(xiàng)目辦公室”和“生物質(zhì)技術(shù)咨詢委 員會(huì)”，

25、規(guī)劃了生物質(zhì)發(fā)展路線圖：到2020年，美國(guó)生物質(zhì)能源制品的總量，將增加20 倍，農(nóng)民也將因此增加200億美元的收入，現(xiàn)今社會(huì)最為關(guān)注的碳排放問題也將得到緩 解，將以每年1億噸的形式進(jìn)行消減。同年，美國(guó)環(huán)保署與能源部和農(nóng)業(yè)部，配合擬定 了生物質(zhì)材料的研發(fā)方案。生物質(zhì)能源的研發(fā)也受到了美國(guó)總統(tǒng)布什的重視，并在 2006年的全國(guó)致辭大會(huì)中指出，生物質(zhì)能的開發(fā)和利用技術(shù)的相關(guān)研究要在未來(lái)的六 年內(nèi)完成，確保至2025年，75個(gè)百分點(diǎn)的進(jìn)口石油江北美國(guó)自產(chǎn)的生物質(zhì)燃料替代。 2004年9月，“世界經(jīng)合組織”的報(bào)告就指出：世界各國(guó)及地區(qū)政府，有責(zé)任為生 物質(zhì)能源的研發(fā)和使用提供支持和鼓勵(lì)，使之與傳統(tǒng)化石能

26、源的價(jià)格相當(dāng)，從而實(shí)現(xiàn) 替代的最終目的5。 在以上所提到的幾個(gè)致力于生物質(zhì)能開發(fā)和使用的國(guó)家中，對(duì)于生物質(zhì)能的研發(fā) 工作，主要聚集在氣化、直燃、固化和液化等這幾個(gè)方向6。 在生物質(zhì)氣化方向較為成功的案例有奧地利的以木材剩余物為主要燃料的區(qū)域供 電計(jì)劃；加拿大建設(shè)了12個(gè)實(shí)驗(yàn)室致力于生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究；瑞典和丹麥實(shí)行的 生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)的計(jì)劃。值得一提的是，弗瑞爾和巴里的專利：生物質(zhì)循環(huán)流化床的 快速熱解技術(shù)及其配套設(shè)備，終于在1998年發(fā)布了，這無(wú)異于給生物質(zhì)能源行業(yè)打了 一針興奮劑。就目前而言，已被成功開發(fā)的直接燃燒技術(shù)有：能夠使用林副產(chǎn)品（如 枯枝落葉）和林產(chǎn)品加工剩余的廢棄物（如家具廠的

27、邊角料）的燃燒蒸汽鍋爐。至于 固化成型技術(shù)，主要有以下三大類：螺旋擠壓成棒狀（以日本為主），活塞擠壓成圓 柱型（歐洲各國(guó)），內(nèi)壓滾筒成顆粒狀（美國(guó)）。生物質(zhì)也可以在特定條件下，液化 成其他利用性更廣泛的原材料，如乙醇，就是利用生物發(fā)酵或酸水解的技術(shù)而生產(chǎn)， 可作為汽車的燃料使用，同時(shí)他還是一種重要的工業(yè)原料。各個(gè)國(guó)家，因地理和國(guó)家 情況的不同而導(dǎo)致使用原料上的差異，譬如加拿大使用的是木質(zhì)材料，比利時(shí)則是使 用甘蔗，美國(guó)卻是使用農(nóng)林生物質(zhì)和玉米。 2.1.2 國(guó)內(nèi)對(duì)生物質(zhì)能源開發(fā)和使用的政策與現(xiàn)狀 對(duì)于當(dāng)今社會(huì)而言，國(guó)家擁有的石油的存儲(chǔ)量，直接關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的發(fā)展。我 國(guó)乃是一個(gè)石油嚴(yán)重貧缺的國(guó)

28、家，已探明的僅占世界石油存儲(chǔ)量的2%。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯 示，2006年，我國(guó)的石油消耗量約為3.5億噸，而我國(guó)的進(jìn)口原油就已經(jīng)達(dá)到了1億4千 萬(wàn)噸以上，成品油也接近了3700萬(wàn)噸，進(jìn)口石油占了我國(guó)石油總消耗量的一半以上， 預(yù)計(jì)這個(gè)份額在未來(lái)還會(huì)增加，情勢(shì)十分嚴(yán)峻。就是由于這個(gè)，國(guó)家對(duì)于生物質(zhì)能的 研發(fā)投入，真的是不遺余力，己經(jīng)連續(xù)4次列入國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，現(xiàn)在已經(jīng)展開 的生物質(zhì)研發(fā)和應(yīng)用項(xiàng)目有農(nóng)村沼氣池建設(shè)、節(jié)柴炕灶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、生物質(zhì)壓塊成 型、生物質(zhì)液體燃料的制取等。 2005年的第十屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議，決策通過(guò)了可再 生能源法，于2006年開始實(shí)施，與之相關(guān)的決策將

29、會(huì)陸續(xù)出臺(tái)，從法律上確定了可 再生能源在現(xiàn)有能源體系中的戰(zhàn)略地位。我國(guó)用來(lái)提取乙醇的主要原料是玉米，據(jù)不 完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2005年的燃料乙醇產(chǎn)量就已經(jīng)達(dá)到了102萬(wàn)噸。其它原料譬如小麥和木 薯等，鑒于提取成本較為高昂，中央財(cái)政研究決定通過(guò)出售國(guó)債、減免稅收、經(jīng)濟(jì)補(bǔ) 貼等鼓勵(lì)政策，來(lái)支持燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。燃料乙醇2006年的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)是1373元每 噸，同時(shí)國(guó)家對(duì)于以玉米為原料的企業(yè)，將減免5個(gè)百分點(diǎn)的消費(fèi)稅和增值稅的17%。 在支持燃料乙醇生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，國(guó)改委研究決定，在2006到2007年期間，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì) 高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，力圖在“十一五”末達(dá)到生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)替代1*107噸石油和5*106 萬(wàn)

30、噸標(biāo)準(zhǔn)煤的成效7。 雖然我國(guó)的生物質(zhì)能研發(fā)工作起步較其他國(guó)家略晚，但是隨著我國(guó)科技的發(fā)展和 水平的提高，生物質(zhì)能的研發(fā)工作正有條不紊的進(jìn)行著，并且取得了一些耀眼的成績(jī)。 自80年代起，生物質(zhì)的研究與開發(fā)就被列入國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃，并投入不菲，特別是在氣 化、固化、熱解和液化領(lǐng)域，已初步形成了中國(guó)特色社會(huì)主義的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)。 相比較于其他的生物質(zhì)能研發(fā)領(lǐng)域，氣化算是在我國(guó)發(fā)展較為迅捷的了，生物質(zhì) 燃料的氣化應(yīng)用在供熱、供氣和發(fā)電上。致力于氣化研究的機(jī)構(gòu)有中國(guó)林科院，山東 能研所和廣州能研所，此外，北京農(nóng)機(jī)院和浙江大學(xué)等也都擁有自己的生物質(zhì)氣化研 究項(xiàng)目。中國(guó)林科院的研發(fā)成果有上吸式氣化爐（在80年代研

31、發(fā)成功，主要用于集中 供熱、供氣，并在黑龍江、福建得到了有效地應(yīng)用）、可民用的氣化系統(tǒng)（以枝椏為 原料，需要對(duì)枝椏進(jìn)行削片處理）、應(yīng)用內(nèi)循環(huán)的流化床的氣化系統(tǒng)（以秸稈為原料， 氣化熱效率高達(dá)70%，制得煤氣的熱值接近于中等程度）。山東省能源研究研制的是 下吸式氣化爐，該設(shè)備乃是用于處理農(nóng)業(yè)廢棄物，在農(nóng)民聚集的地區(qū)發(fā)展較快，現(xiàn)已 成產(chǎn)業(yè)。廣州能源研究所研發(fā)成功的是應(yīng)用外循環(huán)流化床氣化技術(shù)的氣化發(fā)電系統(tǒng)， 產(chǎn)能達(dá)180Kw,該系統(tǒng)所使用的原料乃是木粉和木屑，制取的煤氣既可以作為干燥熱源 又可以用于發(fā)電8。 于80年代中期開始研發(fā)的生物質(zhì)固化成型技術(shù)，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn) 工業(yè)化生產(chǎn)，主要以

32、木屑為原材料制作棒狀成型物為主。在生物質(zhì)固化成型技術(shù)方面 建樹最多的還是中國(guó)林科院，在1990年，在與江蘇東海糧機(jī)廠的合作下，研發(fā)出了單 雙頭兩種型號(hào)的棒狀成型機(jī)，8年后，江蘇正昌集團(tuán)主動(dòng)尋找到了中國(guó)林科院并尋求合 作，內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)也就理所應(yīng)當(dāng)?shù)难邪l(fā)成功了。 2.3 生物質(zhì)燃燒器的研究意義 在礦物資源日益枯竭的今天，已經(jīng)不允許我們像以前那樣鋪張浪費(fèi)現(xiàn)有資源了， 反而有了幾分使命感去堅(jiān)決履行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，并以保護(hù)自然資源和生態(tài)環(huán)境為出 發(fā)點(diǎn)，以科學(xué)的態(tài)度去尋求以循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)為指導(dǎo)的綠色可再生能源。生物質(zhì) 能源不僅能夠符合這些要求，同時(shí)它還擁有多功用、多效益、簡(jiǎn)便易得等特點(diǎn)，能夠

33、支持國(guó)家重大戰(zhàn)略的實(shí)施。生物質(zhì)燃燒器作為最為成熟和廣泛的開發(fā)生物質(zhì)能的一種 方式，它的科學(xué)研發(fā)和使用并將給我們帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)而重大的影響，具體的表現(xiàn)如下： 2.3.1 有利于解決“三農(nóng)”問題 “三農(nóng)”問題一直是我國(guó)社會(huì)形態(tài)的重大研究課題，也是關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)能否健 康發(fā)展和是否能夠全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵性問題，是直接關(guān)系到8億多農(nóng)村居民和1 億多農(nóng)民工人切身利益的重大決策性問題。生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)作為一種多功用的新興產(chǎn)業(yè)， 不僅占據(jù)著食品、醫(yī)藥、家具等領(lǐng)域，并逐步開始向能源、生物基材料、林木化工等 眾多領(lǐng)域擴(kuò)展。對(duì)于以后的農(nóng)民而言，他們的工作不僅僅是為了生產(chǎn)食物，同時(shí)也在 生產(chǎn)能源和化學(xué)制品等的基礎(chǔ)材料。以一

34、家四口擁有10畝地，1畝地每年生產(chǎn)的秸稈 （秸稈的收購(gòu)價(jià)為200元每噸）的平均水平來(lái)計(jì)算，農(nóng)民的人均收入將增加500元左右， 同時(shí)，農(nóng)戶還可以承包山頭和土地來(lái)種植經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物來(lái)增加收入，將有效的解決農(nóng)民收 入偏低的現(xiàn)狀。 2.3.2 有利于保證國(guó)家能源安全 所謂的能源安全，指的是對(duì)一國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防至關(guān)重要的能源的供應(yīng)安全，其 實(shí)，能源安全還應(yīng)包括能源生產(chǎn)與使用過(guò)程的安全。我國(guó)地域?qū)拸V，物資豐饒，但是 轉(zhuǎn)向能源這一塊上，卻非如此。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)自產(chǎn)的能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì) 發(fā)展的需求，特別是石油，乃是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，僅2006，進(jìn)口石油的總量就達(dá) 到了1.8億噸，占我國(guó)石油消耗量的50%還

35、多一點(diǎn)，極度依賴于進(jìn)口。我國(guó)的這種變態(tài) 的能源供應(yīng)狀態(tài)，無(wú)異于玩火自焚，無(wú)異于將自己的心臟交到他人的手上，能源安全 迫在眉睫。據(jù)有關(guān)專家推測(cè)，我國(guó)所擁有的煤炭?jī)H供再利用150年，而存儲(chǔ)的石油將極 有可能在2037全部耗盡。由此可見，在沒有進(jìn)口的情況下，我國(guó)的能儲(chǔ)量將難以支持 我國(guó)未來(lái)幾十年的發(fā)展，能源的需求與供給已經(jīng)出現(xiàn)斷層。結(jié)合我國(guó)現(xiàn)狀可知，將國(guó) 家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展依靠化石能源的做法是不可行的，有且只有發(fā)展新型的替代能源，才能 有效地解決能源安全問題。我國(guó)大部分地域處于氣候溫潤(rùn)的亞熱帶，生物資源豐饒， 分布寬廣，可供開發(fā)使用的物質(zhì)也不在少數(shù)，如能大力開發(fā)使用生物質(zhì)能源，就可改 善我國(guó)的能源消費(fèi)架構(gòu)

36、，降低我國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴性，保障能源安全。 2.3.3 有利于改善環(huán)境 自建國(guó)以來(lái)，煤炭的使用量就一直占據(jù)我國(guó)能源消費(fèi)總量的大頭，接近70多年的 開發(fā)和使用，已經(jīng)對(duì)我們的生存環(huán)境帶來(lái)了巨大的影響，例如城市霧霾天氣，酸雨現(xiàn) 象，屢見不鮮。說(shuō)到酸雨，值得人們注意的是受酸雨影響的區(qū)域面積總和已超我國(guó)國(guó) 土總面積的三分之一，直接經(jīng)濟(jì)損失占到國(guó)民生產(chǎn)總值的兩個(gè)百分點(diǎn)。以此同時(shí)，生 態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)異常（區(qū)域性的生物滅絕）、大氣問題（PM2.5）日益嚴(yán)重，己嚴(yán)重影響我 國(guó)的社會(huì)發(fā)展和人民生活的健康。由此可見，在未來(lái)的能源發(fā)展規(guī)劃中，我們有必要 兼顧能源的清潔性和對(duì)環(huán)境的無(wú)害性，力圖不再給滿目瘡痍的生存環(huán)境再添

37、傷疤。生 物質(zhì)能來(lái)于環(huán)境，使用之后又可回歸于環(huán)境，是一種能夠滿足當(dāng)今社會(huì)要求的優(yōu)質(zhì)能 源。生物質(zhì)能的開發(fā)和使用，不但有利于改善環(huán)境，還可以變廢為寶（如垃圾發(fā)電）， 增加自然資源的利用率。因此，加快生物質(zhì)能源的開發(fā)利用進(jìn)程，是有效保護(hù)和改善 環(huán)境、實(shí)現(xiàn)科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展和替代化石能源的重大舉措。 2.3.4有利于發(fā)展新型原材料 在我們的日用生活品中，幾乎都是與石油副產(chǎn)品有所關(guān)聯(lián)，如果石油的供應(yīng)出現(xiàn) 短缺，必將導(dǎo)致石油副產(chǎn)品的供應(yīng)量不足，與之相關(guān)的物品，如化學(xué)材料、工程材料、 電子材料等也會(huì)紛紛告急，從而引起物價(jià)上漲，擾亂市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，影響社會(huì)的和平與發(fā) 展。開發(fā)和使用可替代石油副產(chǎn)品的新材料，將是僅次

38、于開發(fā)和使用新能源，關(guān)系到 國(guó)家發(fā)展的重要決策。生物質(zhì)材料的適用性廣，可用范圍也大，將是替代石油副產(chǎn)品 的不二之選。鑒于生物質(zhì)材料的多樣性，他的開發(fā)和使用，將會(huì)是一場(chǎng)曠日持久的大 戰(zhàn)役，在此過(guò)程之中，極有可能爆發(fā)技術(shù)革命，引領(lǐng)新的潮流發(fā)展。 2.4 生物質(zhì)能的應(yīng)用展望 生物質(zhì)能是能源家族中的重要成員，據(jù)估計(jì)，下個(gè)世紀(jì)的能源消費(fèi)比例中，生物 質(zhì)能將獨(dú)占鰲頭，達(dá)到40%，這對(duì)于生物質(zhì)資源豐富的我國(guó)來(lái)說(shuō)，既是機(jī)遇，同時(shí)也 是巨大的挑戰(zhàn)。 我國(guó)擁有充沛的生物質(zhì)自然資源，僅我國(guó)農(nóng)村，秸桿的年產(chǎn)量就可高達(dá)6億噸，如 果我國(guó)的生物質(zhì)資源能夠充分有效地的利用，不但能滿足國(guó)內(nèi)的能源消耗和改善能源 消費(fèi)結(jié)構(gòu)，而且

39、還能夠向外出口生物質(zhì)能產(chǎn)品，增加國(guó)家的外匯存儲(chǔ)，這是機(jī)遇。而 挑戰(zhàn)就是：雖然我國(guó)已經(jīng)擁有一批長(zhǎng)期從事生物質(zhì)能研發(fā)的專家學(xué)者，研發(fā)工作也已 成體系，同時(shí)也取得了一批具有較高水平的研究成果，甚至部分技術(shù)已形成產(chǎn)業(yè)化， 但是相比較于英美日等國(guó)而言，我國(guó)對(duì)于生物質(zhì)能的投入力度還是不夠，取得的成果 也還不足以讓我們欣慰。因此，在未來(lái)，科學(xué)有效地使用生物質(zhì)能源，加緊應(yīng)用技術(shù) 的研發(fā)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)的戰(zhàn)略性復(fù)興，具有十分重要的意義。 3生物質(zhì)燃燒器燃燒與傳熱設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn) 生物質(zhì)燃燒器，顧名思義，乃是使用生物質(zhì)為主要燃料，采用直接燃燒的技術(shù)實(shí) 現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化的裝置。 3.1 生物質(zhì)燃料的特性 生物質(zhì)燃料所蘊(yùn)含的物質(zhì)

40、主要包括有可燃燒的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和不可 燃燒的灰分和水分。揮發(fā)分是由燃燒中的纖維素和半纖維素釋放而出，燃燒后遺留下 的黑色物質(zhì)是木質(zhì)素燃燒后的產(chǎn)物。水分按存在位置可以分為內(nèi)在水和外在水，內(nèi)在 水是指原本就存在于細(xì)胞和組織中的水分，很難完全去除，外在水是指附著在原料表 面和間隙中的游離外在水9-10。生物質(zhì)燃料中所蘊(yùn)含的水含量直接關(guān)系到燃燒狀況，多 時(shí)甚至能阻止燃燒的進(jìn)行。生物質(zhì)燃料燃燒殘留下的固體物質(zhì)乃是灰分，是燃料中存 有的不可燃物質(zhì)在高溫的作用下分解氧化而形成的，灰分在生物質(zhì)燃料中的含量因生 物質(zhì)種類的差異而不一而同11。在影響生物質(zhì)燃料燃燒的眾多因素（如供氧，供熱等） 中，燃料

41、中所蘊(yùn)含的灰分和水分的份額，將是至關(guān)重要的，甚至他們能夠決定一類生 物質(zhì)能否夠格成為生物質(zhì)能源材料。 3.2 生物質(zhì)燃燒器的主要結(jié)構(gòu) 3.2.1進(jìn)料系統(tǒng) 進(jìn)料系統(tǒng)的作用是控制物料進(jìn)入爐膛，他的設(shè)計(jì)需要考慮到生物質(zhì)燃料的品種特 性和生物質(zhì)燃燒器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，針對(duì)不同的物料和生物質(zhì)燃燒器系統(tǒng)，進(jìn)料器的選擇 要在科學(xué)理論上可行，同時(shí)還需要在實(shí)踐過(guò)程中不斷完善。進(jìn)料器參數(shù)的設(shè)定，乃是 進(jìn)料系統(tǒng)的重中之重，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之時(shí)，我們需要考慮到常規(guī)生物質(zhì)燃燒器設(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)參數(shù)，同時(shí)還需要針對(duì)燃燒器所實(shí)現(xiàn)的目的和它的特異性，考慮到與之相關(guān)的情況 的評(píng)定，例如進(jìn)料的速率和均勻度以及是否需要密封和提前加熱等特殊要求。

42、在我們所接觸到的生物質(zhì)燃燒器所采用的的進(jìn)料方式，一般的會(huì)有三種，分別是 有上口進(jìn)料、水平進(jìn)料和下層進(jìn)料。保證定量供給是上口進(jìn)料所擁有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)燃 料因受重力的作用，在自上而下的途中就與空氣接觸發(fā)生燃燒反應(yīng)，壓力幅值的變化 難以預(yù)測(cè)，極易導(dǎo)致燃料燃燒的不穩(wěn)定，對(duì)于穩(wěn)定性要求高的就不適用，例如脈動(dòng)燃 燒器；下層進(jìn)料和水平進(jìn)料都能夠很好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，同時(shí)也因燃料個(gè)體與空氣 的接觸程度不是很大，容易導(dǎo)致燃燒的不完全和產(chǎn)能偏低，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)回火的現(xiàn)象， 選用此類進(jìn)料方式，需增加另外的除灰裝置，避免回火現(xiàn)象的出現(xiàn)。 我所參與的生物質(zhì)顆粒燃料直燃技術(shù)與燃燒器開發(fā)的項(xiàng)目，采用就是最為常見的 使用螺旋輸送

43、機(jī)（圖1）的上口進(jìn)料方式。它的運(yùn)作原理如下：處于料倉(cāng)的生物質(zhì)顆粒 燃料在螺旋槳機(jī)的推送下，連續(xù)不斷下落至爐排，燃料在下落的過(guò)程中就已經(jīng)進(jìn)行燃 燒，直到在爐排上燃燒殆盡。此種輸送方式能夠有效地保證燃燒的持續(xù)性，同時(shí)也因 燃料在下落過(guò)程中就以受熱燃燒，因此物料燃燒會(huì)比較充分，同時(shí)螺旋輸送機(jī)可以通 過(guò)變頻器來(lái)調(diào)控轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)料工況的調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)多工況運(yùn)行提供了基礎(chǔ)。 圖1. 螺旋輸送機(jī) 3.2.2送風(fēng)系統(tǒng) 送風(fēng)系統(tǒng)的作用是為了實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)和二次風(fēng)的供給，由兩個(gè)送風(fēng)機(jī)組構(gòu)成，如圖2 所示，送風(fēng)機(jī)可以與變頻器結(jié)合，從而達(dá)到變頻調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量的控制與 調(diào)整。送風(fēng)量的測(cè)量可以通過(guò)渦輪氣體流量計(jì)測(cè)

44、得，但是由于資金原因，故而在試驗(yàn) 中，我們所采用是較為簡(jiǎn)陋的畢托管。 圖2 送風(fēng)機(jī) 3.2.3燃燒系統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)最為重要的兩個(gè)成員那是爐排及爐膛，兩者的結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)生物質(zhì)燃燒 器熱效率起著至關(guān)重要的影響。程顯辰指出：對(duì)于生物質(zhì)燃燒器而言，在爐膛容積不 變化的情況下，細(xì)長(zhǎng)型與短粗型相比，更加容易實(shí)現(xiàn)燃料的燃燒放熱。同時(shí)向衡等人 也證明了燃料燃燒的自激脈動(dòng)能夠有效地增加燃燒熱效率。考慮到生物質(zhì)燃料的特異 性，我們的設(shè)計(jì)不能只追求單方面的最大化，同時(shí)也要考慮到燃燒器的換熱面積、燃 燒組織和燃料的影響，根據(jù)其所要達(dá)到的目標(biāo)而進(jìn)行。對(duì)于一個(gè)燃燒器而言，適合的 爐排和爐腔的設(shè)計(jì)，可以有效地提高燃料燃燒熱效

45、率，并且可以是燃料燃燒的尾氣更 加清潔，有利于該燃燒設(shè)備的推廣。圖3是該燃燒器爐體的實(shí)物圖。 圖3.燃燒器爐體實(shí)物圖 一般情況下，爐排是由一系列圓鋼組成，圓鋼兩端套絲，并用螺母固定，而我們 試驗(yàn)所采用的爐排是圓形開條的形狀，圖4乃是試驗(yàn)用爐排的同參數(shù)樣板。 圖4.爐排樣板實(shí)物圖 在對(duì)比生物質(zhì)燃料形態(tài)的燃燒試驗(yàn)，分析可以得出以下結(jié)論：燃液和燃?xì)馊紵鳎?因燃料的熱值高和容易燃燒，即使在小容積的狀態(tài)下，也能獲得較高的爐膛容積熱強(qiáng) 度，但是相比較而言，固體燃料的燃燒熱值低、物料中還含有影響燃料燃燒的物質(zhì)， 使得絕大部分的固體燃料的燃燒都是發(fā)生在爐排，因此在設(shè)計(jì)固體燃料燃燒器的爐膛 容積時(shí)，應(yīng)該把設(shè)計(jì)

46、計(jì)算爐排面積熱強(qiáng)度放在首位，具體公式如下所示： （1.1） 1.1式中R為爐排面積，單位為m2；B表示為燃料消耗量，kg/h；Q是燃料的低位發(fā) 熱量，kJ/kg；qR是爐排面積熱負(fù)荷，kw/m212。 爐排面積熱負(fù)荷的取值是有講究的，并不是越大越好：qR越大，單位面積爐排的 放熱就會(huì)越多，從而導(dǎo)致高溫的形成，致使?fàn)t排上的燃燒條件變差，也可能會(huì)因溫度 的過(guò)高致使?fàn)t排變形，引起通風(fēng)不勻，引誘“火口”現(xiàn)象的形成，最終導(dǎo)致的結(jié)果就 是爐膛溫度的降低，排煙熱損失的增加。 爐腔設(shè)計(jì)所采用的是圓形，爐膛內(nèi)襯的保溫材料選用粘土，爐膛體積由式1.2計(jì)算: （1.2） 1.2式中的V代表的是爐膛的體積,m3；qv

47、為爐膛容積熱負(fù)荷，kw/m3。 qv是決定燃料及其燃燒產(chǎn)物在爐腔內(nèi)停留時(shí)間是重要參數(shù)。在相同條件下，qv越 大，就表示爐膛容積將會(huì)越小，鍋爐也將會(huì)變得緊湊，煙氣的流動(dòng)速率也會(huì)變大，因 而燃料及其燃燒產(chǎn)物，在爐腔內(nèi)的停留時(shí)間就會(huì)越短，不能確保燃料的充分燃盡，使 得燃燒熱效率減低，同時(shí)造成資源的浪費(fèi)。同時(shí)，爐膛體積的變小必會(huì)致使?fàn)t膛面積 的減少，對(duì)于設(shè)計(jì)有較多水冷壁的鍋爐而言可不是福音，當(dāng)爐膛面積難以滿足水冷壁 的布置時(shí)，就意味著整體設(shè)計(jì)重頭來(lái)過(guò)；同理，qv的變小，爐膛容積就會(huì)越大，燃料 在爐膛內(nèi)停留時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，越有利于燃料的燃盡，同時(shí)也會(huì)使?fàn)t壁的結(jié)渣可能性降 低很多，但是qv過(guò)小也不是個(gè)好事，

48、它會(huì)導(dǎo)致爐膛容積過(guò)大，使得爐內(nèi)平均溫度降低， 燃盡將會(huì)變得困難，更有甚者，導(dǎo)致燃料著火困難，使得耗材量同步增加。鑒于此， 我們?cè)谠O(shè)計(jì)爐膛時(shí)，qv的選擇應(yīng)根據(jù)情況而定，首先要保證燃料的充分燃燒，其次才 是減少耗材。 3.3 生物質(zhì)燃燒器的幾種燃燒形式 根據(jù)生物質(zhì)在燃燒器中的燃燒方式，可以大致將其劃分為三種：層燃、流化床燃 燒和懸浮燃燒。在對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠的統(tǒng)計(jì)報(bào)告中可知，層燃技術(shù)使用最為廣泛，占所 有燃燒設(shè)備的47%，采用流化床燃燒方式的也達(dá)到了29個(gè)百分點(diǎn)，懸浮燃燒僅占14%， 而剩余的10%則為氣化燃燒13。 層燃燃燒技術(shù)14可適用于水分及灰分含量高的生物質(zhì)燃料，其燃燒設(shè)備擁有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、運(yùn)行

49、可靠、操作便捷以及投資少等優(yōu)點(diǎn)。燃燒時(shí)，燃料平鋪在爐排上，空氣從 燃料的下層送入，同時(shí)，為了燃料和灰渣層的均勻分布，燃燒空氣的供給必須適量， 否則可能導(dǎo)致結(jié)渣及排煙熱損失的增加。層燃根據(jù)爐排安裝的形式又可分為：固定爐 排、鏈條爐排和振動(dòng)爐排。固定爐排所運(yùn)用的是傾角的重力作用，使燃料從干燥區(qū)逐 步移動(dòng)到燃燒區(qū)，燃燒后的產(chǎn)物自動(dòng)落到灰斗之內(nèi)，燃燒過(guò)程不易受到控制。造就鏈 條爐排的是可運(yùn)動(dòng)的環(huán)形鏈條，運(yùn)動(dòng)的鏈條的作用就是運(yùn)輸，使燃料在爐膛移動(dòng)的過(guò) 程中就開始燃燒，并到達(dá)爐腔尾部之前燃燒完全，而鏈條上的灰渣會(huì)在鏈條的運(yùn)動(dòng)下 自動(dòng)落入灰斗之中，可通過(guò)控制鏈條的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)控制燃料的供給15。振動(dòng)爐排，顧名思

50、義，是通過(guò)爐排的振動(dòng)來(lái)使燃料均勻的分布在爐排上，此種燃燒方式能夠使燃料與空 氣有良好的接觸，從而實(shí)現(xiàn)完全燃燒，燃燒效果在這三種之中最好。我們?cè)囼?yàn)采用的 燃燒方式是固定爐排的層燃與懸浮燃燒的結(jié)合，物料在進(jìn)入爐膛的瞬間就被加熱，部 分在下落的過(guò)程中就已開始燃燒，最終的燃燒在爐排上進(jìn)行的模式，有利于燃料實(shí)現(xiàn) 完全燃燒。 如果按鍋爐進(jìn)氣的方式來(lái)分的話，可以分為上進(jìn)風(fēng)式和下進(jìn)風(fēng)式，就目前而言， 大部分燃燒器所使用的都是爐排下進(jìn)風(fēng)，煙氣由爐膛上部排出的燃燒方式，由于這是 符合氣流流動(dòng)的方向，稱之為正向燃燒。使用正向燃燒的優(yōu)點(diǎn)就在于燃燒器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，容易操作，對(duì)燃料的要求也不是很高，但是，如果燃料不能完全

51、燃燒的話，就極 易產(chǎn)生黑煙，能源的利用率也不是很高。如果采用爐排上部送入空氣、下部排出煙氣 的逆向燃燒，在理論上就能避免正向燃燒出現(xiàn)的問題，李凱16的正逆向燃燒對(duì)比試驗(yàn) 就證明了這一點(diǎn)，圖5是該試驗(yàn)的灰渣實(shí)物圖。 圖5.正逆向燃燒灰渣 從實(shí)物圖中可以看出，黑色的可燃性焦炭十分明顯，這是正向燃燒的結(jié)果，而同 樣條件下只改變一次風(fēng)供應(yīng)方向的逆向燃燒所產(chǎn)生灰渣則較為均勻，這說(shuō)明逆向燃燒 對(duì)燃料的利用較高，燃燒比較完全。燃料采用上進(jìn)料式，空氣從燃料上方的送風(fēng)口進(jìn) 入，新燃料在進(jìn)入爐膛就受著火的燃料層的預(yù)熱和干燥，進(jìn)而達(dá)到著火點(diǎn)燃燒。逆向 燃燒可以加快燃料水分的蒸發(fā)和揮發(fā)分的釋放速率，因而能夠加快燃料的

52、熱化學(xué)進(jìn)程。 至于燃燒產(chǎn)生的焦炭顆粒，會(huì)在重力以及爐排的振動(dòng)的作用下，落到爐排下，因有氧 氣的供給，因此能夠繼續(xù)燃燒。由于煙氣是由下口排出，所以揮發(fā)分在經(jīng)過(guò)爐排時(shí)， 就能夠燃燒殆盡。逆向燃燒的氣流流動(dòng)是自上而下的，氣流擾動(dòng)相當(dāng)劇烈，可以明顯 提高鍋爐對(duì)燃料的利用率。但與此同時(shí)，逆向燃燒是需要克服爐內(nèi)熱氣流方向流動(dòng)方 向做功的，導(dǎo)致爐內(nèi)氣壓明顯偏高，同時(shí)它對(duì)于送風(fēng)機(jī)的要求要高于平常，同時(shí)鍋爐 的設(shè)計(jì)理論也需要有所改變，這就是我們的項(xiàng)目沒有采用逆向燃燒的原因所在。 4生物質(zhì)燃燒器改造試驗(yàn) 2013年，受他人委托，丁寧副教授開始接手生物質(zhì)顆粒燃料直燃技術(shù)與燃燒器開 發(fā)的項(xiàng)目，我有幸能夠參與其中。該項(xiàng)

53、目主要分為以下幾個(gè)部分進(jìn)行：1.測(cè)試平臺(tái)和設(shè) 備的改造2.設(shè)備的標(biāo)定與布料的測(cè)試3.燃燒器的燃燒測(cè)試。1、2部分乃是試驗(yàn)前的必要 準(zhǔn)備，很遺憾，我并沒有參與其中，至于燃燒器的燃燒測(cè)試，我則有跟蹤到底，從當(dāng) 最初的點(diǎn)火到試驗(yàn)結(jié)束后的分析討論和方案的給出。在此次試驗(yàn)過(guò)程中，我們所使用 到的儀器主要有畢托管，微壓計(jì)以及自制的煙氣水冷取樣槍、顆料水冷取樣槍、溫度 水冷測(cè)試槍各1支，熱電偶和色譜儀等。 4.1 試驗(yàn)背景 試驗(yàn)用的生物質(zhì)顆粒燃燒器的系統(tǒng)圖如圖6所示，該燃燒器乃是采用上進(jìn)料下送風(fēng) （定義為一次風(fēng)）的處理方式，能夠兼具層燃與流化燃燒的特點(diǎn)。進(jìn)料和主配風(fēng)點(diǎn)位 于爐膛的一側(cè)，進(jìn)料斜向插入爐膛，能夠

54、依靠重力和流化風(fēng)助流進(jìn)行進(jìn)料。配風(fēng)點(diǎn)有 以下幾處：自爐排底部進(jìn)入的風(fēng)量；流化物料的流化風(fēng)；爐膛出口煙道的冷卻周界風(fēng)； 爐側(cè)壁觀察孔的保護(hù)風(fēng)。高溫?zé)煔獾某隹趧t位于另外一側(cè)。爐膛內(nèi)壁有保溫裝置，材 料為粘土，厚度為200mm。 圖6.試驗(yàn)用的生物質(zhì)燃燒器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 4.2 燃燒器的燃燒測(cè)試試驗(yàn) 生物質(zhì)燃燒器的燃燒測(cè)試試驗(yàn)，與2013年12月10號(hào)開始進(jìn)行，于2013年12月11號(hào) 結(jié)束，耗時(shí)3天。為了此次的試驗(yàn)，我們?yōu)橹冻隽俗銐蚨嗟暮顾?，從最初的考察考?現(xiàn)場(chǎng)，到中期的設(shè)備準(zhǔn)備直至這次試驗(yàn)的展開。為了此次試驗(yàn)，我們還特別邀請(qǐng)了浙 江大學(xué)的燃燒器專家，在與之相處的過(guò)程中，我受益頗多。為了此次試驗(yàn)，

55、我們還準(zhǔn) 備的一些儀器和設(shè)備設(shè)備，清單如下所示： 煙氣成分含量測(cè)試儀 1 畢托管 1 微壓計(jì) 1 煙氣過(guò)濾器 1 自制煙氣水冷取樣槍 1 自制顆料水冷取樣槍 1 自制溫度水冷測(cè)試槍 1 真空泵 1 除了我們所攜帶的儀器外，參與試驗(yàn)的公司也提供了儀器和設(shè)備（具體見附錄表 1）。針對(duì)于該次試驗(yàn)，我們還專門設(shè)計(jì)了工況表（具體見附錄二），這次的試驗(yàn)將測(cè) 試并記錄該設(shè)備在80%和100%兩種工況下運(yùn)行的數(shù)據(jù)。 4.2.1試驗(yàn)步驟 我們的試驗(yàn)分以下幾步進(jìn)行： 1、清理測(cè)試平臺(tái)周邊環(huán)境及爐內(nèi)環(huán)境（爐排上無(wú)料），無(wú)雜物影響，關(guān)閉各設(shè)備 （含爐門）； 2、向生物質(zhì)爐膛布料并加入引燃物，下達(dá)點(diǎn)火指令，著火后，適量

56、配風(fēng)，直到燃 燒穩(wěn)定后，試驗(yàn)開始； 3、先按試驗(yàn)工況表調(diào)節(jié)給料量，將螺旋給料機(jī)調(diào)至給定位置； 4、按照配風(fēng)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，待燃燒穩(wěn)定后，以及煙氣的氣體和顆粒采樣工作；進(jìn) 行數(shù)據(jù)的記錄工作； 5、重復(fù)步驟4直至該實(shí)驗(yàn)工況各種配風(fēng)子工況全部結(jié)束； 6、試驗(yàn)結(jié)束后，停料，鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行1小時(shí)后停止； 7、試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)預(yù)燃燒室進(jìn)行清掃，爐底取樣，并檢察積灰結(jié)焦?fàn)顩r。 4.2.2試驗(yàn)前準(zhǔn)備注意事項(xiàng) 試驗(yàn)前準(zhǔn)備需要注意的事項(xiàng)如下所示： （1）提前準(zhǔn)備好煙氣取樣槍、顆粒取樣槍以及測(cè)試儀表等設(shè)備； （2）準(zhǔn)備試驗(yàn)生物質(zhì)顆粒燃料100包，每包25公斤，共2.5噸。試驗(yàn)時(shí)間考慮為1- 2天，生物質(zhì)顆粒燒完后停爐檢

57、查； （3）準(zhǔn)備取樣袋若干； （4）燃燒試驗(yàn)前兩小時(shí)將爐渣清空，結(jié)焦去除。因生物質(zhì)顆?；胰埸c(diǎn)在1500度以 上，不容易結(jié)焦，但還是密切關(guān)注爐內(nèi)溫度水平； （5）生物質(zhì)顆粒燃燒完畢，參數(shù)記錄結(jié)束，進(jìn)行停爐操作，停爐后對(duì)爐膛、床料、 受熱面積灰結(jié)焦進(jìn)行檢查。 （6）現(xiàn)有爐膛考慮從觀察孔伸入內(nèi)部測(cè)量中心與爐壁溫度，新建爐膛預(yù)留溫度測(cè) 量裝置。 4.2.3試驗(yàn)結(jié)果的分析 試驗(yàn)用的生物質(zhì)燃燒器的燃燒現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。從噴火口形成火焰長(zhǎng)度，我們可以 看出該生物質(zhì)燃燒器的產(chǎn)熱能力很好，形成的火舌長(zhǎng)達(dá)2-3米，足以滿足一些中小型需 熱設(shè)備的要求。 圖7 生物質(zhì)燃燒器的燃燒現(xiàn)場(chǎng) 但是噴火口中有高溫的固體物質(zhì)，同時(shí)

58、還具有一定的速度，這會(huì)對(duì)于使用該設(shè)備 的某些裝置形成影響，這必將局限該生物質(zhì)燃燒器的使用。圖 8 乃是該生物質(zhì)燃燒器 燃燒 3 個(gè)小時(shí)候形成的局域噴灰分布現(xiàn)場(chǎng)圖，由圖可見，該生物質(zhì)燃燒器的噴灰現(xiàn)象 很是嚴(yán)重，同時(shí)也說(shuō)明了他對(duì)燃料的利用率不高，有待改進(jìn)。 圖8 生物質(zhì)燃燒器燃燒產(chǎn)生的噴灰 圖9是該生物質(zhì)燃燒器燃燒后的爐排上的灰渣分布，比較均勻，這說(shuō)明上進(jìn)料下進(jìn) 風(fēng)的供給方方式是科學(xué)有效的，燃燒結(jié)果令人滿意。 圖9 生物質(zhì)燃燒器燃燒后的爐排 圖 10-13 都是對(duì)比 80%和 100%工況的差異，總體分析過(guò)后可以得出，機(jī)器在 80%工 況下運(yùn)行的狀況要比 100%工況好得多，建議將機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)定

59、位 80%工況下的參數(shù)。 80%工況下的燃料進(jìn)料速率為 250kg/hr，空氣的過(guò)量系數(shù)為 1.39，排出的尾氣中的成分 如 NOx，SO2等的狀況要比 100%狀況下燃燒的要好，特別是在 NOx的含量上，但同時(shí) O2的含量卻是明顯的超標(biāo)，這表明供給的空氣與燃料燃燒所接觸到的并不多，空氣供 給嚴(yán)重過(guò)量，會(huì)導(dǎo)致燃燒所產(chǎn)生熱能的損耗；出口的煙氣溫度達(dá)到了 1150，低于灰 渣的開始變形溫度，使得 80%工況下運(yùn)行的燃燒器的出口灰分成膠的現(xiàn)象明顯改善； 從燃料燃燒后的產(chǎn)物，如煙氣灰、爐底渣和地面灰的含碳量的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，80%工 況下的燃燒要比較充分；爐底渣是燃料燃燒后的形成的主要物質(zhì)，含碳量最低，

60、燃燒 最為充分，而所謂的地面灰是隨這煙氣噴出的未完全燃燒的燃料，可以反映出燃料在 爐膛內(nèi)的燃燒完全狀況，煙氣灰的組成成分乃是絕大部分燃料燃燒剩余的燃料粉末和 燃燒完全的灰分，由于取樣方式的關(guān)系，導(dǎo)致絕大部分的煙氣灰都是未燃燒或燃燒未 完全的燃料粉末，因此他的含碳量是最高的。 圖 10 配風(fēng)與工況的關(guān)系表 圖 11 不同工況的煙氣成分含 圖 12 燃燒產(chǎn)物含碳量 圖 13 爐渣熔點(diǎn) 5結(jié)論與展望 試驗(yàn)用的生物質(zhì)燃燒器，采用上進(jìn)料下進(jìn)風(fēng)的供給模式，從理論分析上，可以得 出，該生物質(zhì)燃燒器的供給設(shè)計(jì)，能夠有效提高該燃燒器對(duì)于生物質(zhì)燃料的利用率。 但是在實(shí)際使用過(guò)程中，卻跟理論差距甚遠(yuǎn)，該生物質(zhì)燃燒器