生物質(zhì)成型燃料鍋爐設(shè)計(jì)原理

1、第一章緒論11生物質(zhì)能源的研究背景煤炭，石油，天然氣和其他化石燃料是工業(yè)社會(huì)的核心能源，但它們是不可再生的，儲(chǔ)量是很有限的。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，開(kāi)采煤炭，石油，天然氣供人類使用的年限最多只有240年，40年和50年。人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展使消耗能源速率越來(lái)越快，尤其是化石燃料的消耗不斷增加，導(dǎo)致對(duì)它們開(kāi)采過(guò)度，使得價(jià)格上漲并趨于用盡；同時(shí)，高強(qiáng)度的利用，從而使多余的能量和碳大量釋放，打破了能源和碳平衡的性質(zhì)，導(dǎo)致臭氧層遭到破壞，帶來(lái)了全球變暖和酸雨等災(zāi)難，引起國(guó)際社會(huì)的極大關(guān)注。如果沒(méi)有新能源來(lái)替代常規(guī)能源，21世紀(jì)將會(huì)有一個(gè)嚴(yán)重的，災(zāi)難性的能源和環(huán)境危機(jī)。在一體化的國(guó)際環(huán)境下，中國(guó)的能源形

2、勢(shì)十分嚴(yán)峻。由于改革開(kāi)放，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)方式由粗放型轉(zhuǎn)向集約型，但仍在增長(zhǎng)化石能源的需求量，而中國(guó)的常規(guī)能源儲(chǔ)量潛力和發(fā)展不被看好，每年都將從國(guó)外進(jìn)口大量的石油，潛在的能源危機(jī)將逐步威脅到中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。與此同時(shí)，中國(guó)的環(huán)境壓力也越來(lái)越大。生態(tài)循環(huán)能源的開(kāi)發(fā)利用已被提出在重要的發(fā)展議程上，環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)也已被納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。為了緩解雙重危機(jī)，目光被聚焦到可再生能源上。雖然太陽(yáng)能，風(fēng)能，小水電和其他可再生能源，但不能進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)，而生物質(zhì)能不僅可以提供能量，也可像煤炭和石油一樣生產(chǎn)千百種化工產(chǎn)品。如燃料乙醇和普通汽油相比，一氧化碳的排放可以降低7，碳?xì)浠衔锟梢詼p少48，生

3、物柴油富含氧，與普通柴油混合，燃燒將會(huì)更充分，由檢測(cè)得出，生物柴油無(wú)毒，可生物降解，如果添加20的生物柴油，可以減少二氧化硫排放量70，空氣毒性90，使用生物塑料，白色污染的問(wèn)題就可以得到解決。生物質(zhì)能源以畜禽糞便，作物秸稈，農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物，城市有機(jī)垃圾為原料，使其無(wú)害和資源化，將植物蓄存的光能與物質(zhì)資源深度開(kāi)發(fā)和回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。因此，生物質(zhì)能源不僅能緩解能源危機(jī)，而且還保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是中國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)利用的必然選擇。生物質(zhì)能是由植物通過(guò)光合作用固定在地球上的太陽(yáng)能。生物通過(guò)光合作用，吸收太陽(yáng)能、土壤里的水和空氣中的二氧化碳，產(chǎn)生氧氣和碳水化合物。煤、

4、石油和天然氣等化石燃料也由生物質(zhì)變化而來(lái)。生物質(zhì)與化石燃料相比較，具有以下特點(diǎn)：1)生物質(zhì)的生產(chǎn)和分布范圍廣，使用方法多。2)生物質(zhì)里的氮、硫含量和灰分含量少，所以在燃燒過(guò)程中，粉塵排放比化石燃料低，是一種清潔的燃料。3)生物質(zhì)能利用過(guò)程中零排放二氧化碳是最突出的特點(diǎn)，由于生物質(zhì)在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的量相當(dāng)于生物質(zhì)在利用過(guò)程中排放的量，因此在大氣中接近零排放，可以有效地減少溫室效應(yīng)。4)生物質(zhì)的熱值低，生物質(zhì)含水量高，從而使其熱解和燃燒特性較差。5)由于生物質(zhì)的分布比較分散，對(duì)其收集，運(yùn)輸工作和預(yù)處理的成本會(huì)比較高。6)可再生能源。生物質(zhì)通過(guò)光合作用可以再生，屬于可再生能源，它的資源豐富，可以保證

5、能源的可持續(xù)利用。在世界能源消費(fèi)中，生物質(zhì)能源約占14左右，而在欠發(fā)達(dá)地區(qū)則占60以上。全球大概有25億人生活所用的能源90以上都是生物質(zhì)能源。中國(guó)是人口最多的國(guó)家，同時(shí)又處在一個(gè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展的時(shí)期，能源的需求和消費(fèi)尤為巨大。日益短缺的化石燃料資源，以及燃燒化石燃料造成大氣污染，已成為人們關(guān)注和憂慮的焦點(diǎn)。21世紀(jì)，中國(guó)將會(huì)面對(duì)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的雙重壓力。因此，轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的模式，開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能和其他可再生能源和清潔能源，建立新的可持續(xù)發(fā)展的能源生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)利用體系，為保障和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有著顯著和深遠(yuǎn)的意義。生物質(zhì)能是人類利用最早的能源在20世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)生物質(zhì)

6、進(jìn)行大規(guī)模的研究。中東戰(zhàn)爭(zhēng)所造成的世界能源危機(jī)使人們開(kāi)始關(guān)注和重視開(kāi)發(fā)和利用可再生能源，其中包括生物質(zhì)能源。人們清醒的認(rèn)識(shí)到石油，天然氣和煤等化石燃料不可再生和所造成的環(huán)境等一系列問(wèn)題使人類的可持續(xù)發(fā)展受到了阻礙。使用化石燃料會(huì)產(chǎn)生“酸雨”，“臭氧耗破壞”，“溫室效應(yīng)”和其他環(huán)境問(wèn)題，人類的生存和可持續(xù)發(fā)展正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而為了解決因?yàn)槭褂没茉此斐傻囊幌盗协h(huán)境問(wèn)題，人類正積極探索和研究可再生清潔能源以替代化石燃料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在生物質(zhì)能消費(fèi)占世界總能耗的14左右，位于煤，石油，天然氣之后，位居第四。其中，發(fā)展中國(guó)家占總生物質(zhì)能的生物能源的使用量的75，發(fā)達(dá)國(guó)家占25左右。發(fā)展中國(guó)家的主

7、要利用方式是直接燃燒，為居民提供生活上的能源需求，能源利用低，會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。據(jù)可靠預(yù)測(cè)，全世界供應(yīng)的生物質(zhì)能源依賴于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地利用水平等不確定性，二十一世紀(jì)中葉大概會(huì)達(dá)到至。在世界許多國(guó)家，包括發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家都在促進(jìn)和發(fā)展生物質(zhì)能利用技術(shù)，而且還制定了相關(guān)的發(fā)展目標(biāo)，實(shí)施激勵(lì)政策。蘇丹是農(nóng)業(yè)國(guó)家，且擁有非常有限的石油和天然氣資源，生物質(zhì)能源作為最重要的利用能源，占該國(guó)總能源消費(fèi)的87，所以蘇丹十分重視生物質(zhì)能源的研究開(kāi)發(fā)技術(shù)，研究發(fā)展，并且認(rèn)為生物質(zhì)是解決可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的關(guān)鍵。印度非常重視生物質(zhì)氣化和液化技術(shù)，生物質(zhì)的能源消費(fèi)占總消費(fèi)的36.2-46.5，大規(guī)模利用生物質(zhì)能，

8、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，創(chuàng)造大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，逐步實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能，生物質(zhì)燃料發(fā)電替代化石燃料發(fā)電。芬蘭在1994年年初，總能耗為MJ，其中生物質(zhì)（包括泥煤）為MJ，大概占到20。芬蘭政府曾鑒于生物質(zhì)能的重要地位發(fā)布一份關(guān)于能源政策的白皮書(shū)。芬蘭的目標(biāo)是到2005年，利用生物質(zhì)能的比例達(dá)到25以上。德國(guó)提供了一系列的法律措施和政府的補(bǔ)貼和支持，以支持生物燃料的使用。德國(guó)2000年4月頒布了一項(xiàng)法律，有關(guān)于可再生能源方面的發(fā)電。它規(guī)定根據(jù)各類可再生能源和裝機(jī)容量的不同，要求電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商都要購(gòu)買固定價(jià)格的綠色電力;。規(guī)定到2010年，在德國(guó)生物能源消費(fèi)要翻一番。土耳其的石油，天然氣非常稀缺，主要的利用能源是水電

9、，可是其生物質(zhì)資源非常豐富，最近土耳其不斷地增加生物質(zhì)能使用情況，生物質(zhì)能已經(jīng)占到家庭能源消費(fèi)的52。世界各國(guó)政府與科學(xué)家已經(jīng)非常注重生物質(zhì)能技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，它已成為世界非常熱門的課題之一。很多國(guó)家都制定了相應(yīng)的研究和發(fā)展計(jì)劃，例如印度的綠色能源項(xiàng)目，巴西的酒精能源計(jì)劃，美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)和日本的陽(yáng)光計(jì)劃，他們當(dāng)中生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)有了相當(dāng)大的比例。直到2007年，國(guó)外的生物質(zhì)能技術(shù)和設(shè)備以實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，可以達(dá)到大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)程度，比如瑞典、美國(guó)和奧地利，高品位能源利用量已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，分別占各國(guó)一次能源消費(fèi)的16、4和10。在美國(guó)，生物質(zhì)能發(fā)電單機(jī)容量有10至25MW，裝機(jī)總?cè)?/p>

10、量超過(guò)10000MW;美國(guó)史泰登垃圾處理站投資了2000萬(wàn)美元，使用濕式處理廢棄物垃圾，回收利用沼氣，以此來(lái)發(fā)電和生產(chǎn)化肥；美國(guó)還開(kāi)發(fā)了從纖維素廢料中生產(chǎn)酒精的技術(shù)，建立了年產(chǎn)酒精2500噸的1MW的利用稻殼發(fā)電的示范基地。燃料乙醇在巴西的發(fā)展和應(yīng)用是最有特色的，擁有世界上最大的乙醇開(kāi)發(fā)計(jì)劃，到2007年的執(zhí)行情況是燃料乙醇占該國(guó)汽車燃料消耗量的50。中國(guó)擁有著豐富的生物質(zhì)資源，我國(guó)目前使用的生物質(zhì)資源在可收集利用的條件下主要是常規(guī)的生物質(zhì)，其中包括作物秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾、工業(yè)中的有機(jī)廢水和廢渣等。秸稈年產(chǎn)約6億噸，約3億噸可作為燃料使用，相當(dāng)于2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，它占農(nóng)業(yè)總的產(chǎn)出物的5

11、1%；農(nóng)林廢棄物年產(chǎn)約8.9億噸，約2.8億噸可作為燃料使用，相當(dāng)于2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。麻瘋樹(shù)、黃連木、甜高粱、油桐等能源作物種植面積超過(guò)2000多萬(wàn)公頃，可以滿足年產(chǎn)量大概有5000萬(wàn)噸的生物液體燃料的原料需求量。畜禽業(yè)和工業(yè)有機(jī)廢水理論上可以產(chǎn)生沼氣約800億立方米每年。據(jù)估計(jì)，在中國(guó)理論的生物質(zhì)能源約為50億噸左右的標(biāo)準(zhǔn)煤，大概為目前中國(guó)能源消耗總量的4倍。生物燃料不僅有利于促進(jìn)能源來(lái)源的多樣化，以幫助我們擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源的嚴(yán)重依賴，還能減少溫室氣體排放量，減輕對(duì)環(huán)境的壓力。因此，它被看成替代化石燃料之一，對(duì)于加強(qiáng)能源安全具有積極意義。 生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)和利用在中國(guó)的廣大農(nóng)村地區(qū)，具有更為顯

12、著。中國(guó)人口80生活在農(nóng)村地區(qū)，秸稈，薪柴和其他生物質(zhì)是在農(nóng)村地區(qū)最重要的燃料。雖然煤炭，石油和其他商品的能源使用是在生物能源在農(nóng)村的迅速增加，仍然占有重要地位。 1998年農(nóng)村生活的總額為207萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，秸稈和薪柴365萬(wàn)噸，占56.7。開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能技術(shù)，提高生物質(zhì)能源的利用效率，以幫助農(nóng)村擺脫貧困，以實(shí)現(xiàn)建立社會(huì)主義小康社會(huì)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略任務(wù)。 可再生能源和新能源開(kāi)發(fā)框架的基礎(chǔ)上，中國(guó)將建立生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)基地，并提高生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)體系，使生物質(zhì)發(fā)揮更重要的角色，在整個(gè)能源供應(yīng)系統(tǒng)的變化，以促進(jìn)生物質(zhì)能先進(jìn)技術(shù)在農(nóng)村的能源結(jié)構(gòu)，優(yōu)化農(nóng)村能源，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展;到二

13、十一世紀(jì)二十年代，中國(guó)的農(nóng)業(yè)和林業(yè)生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)電容量24000MW，2000MW總發(fā)電量的垃圾焚燒，填埋氣體的總發(fā)電能力1000MW，總發(fā)電量達(dá)到3000MW。生物質(zhì)固體成型燃料便利金額在2020年達(dá)到50噸。因此，生物量不僅是解決我國(guó)能源問(wèn)題，而且還保護(hù)生態(tài)環(huán)境，以確保中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。在生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)方面中國(guó)也取得了很大的成績(jī)，但也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到，生物質(zhì)能在中國(guó)的發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有一定的差距。1）開(kāi)發(fā)不到位且技術(shù)比較單一 中國(guó)早期重點(diǎn)發(fā)展沼氣，近年來(lái)，越來(lái)越重視對(duì)熱解氣化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也取得了一些突破，但由于其他方面的技術(shù)的進(jìn)步非常緩慢，比如酒精生產(chǎn)、直燃技術(shù)、熱

14、解和速生林的種植方面，沒(méi)有特別大的突破。2）企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)效益低我國(guó)生物質(zhì)能源項(xiàng)目不僅資源分散，開(kāi)發(fā)手段落后從而使規(guī)模比較小，大多數(shù)的項(xiàng)目使用簡(jiǎn)單的技術(shù)工藝且操作設(shè)備落后，利用率很低，轉(zhuǎn)換效率不好，導(dǎo)致效益非常低，很難有相當(dāng)大的規(guī)模。3）缺乏標(biāo)準(zhǔn)，管理較為混亂秸稈氣化集中供氣和沼氣工程的發(fā)展，沒(méi)有嚴(yán)格明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督，很多單位和個(gè)人參與沼氣工程承包和秸稈氣化集中供氣設(shè)備的生產(chǎn)，但他們根本不具備相關(guān)的技術(shù)，從而導(dǎo)致設(shè)備技術(shù)不過(guò)關(guān)，甚至?xí)?lái)許多的安全問(wèn)題，為生物質(zhì)能利用的后期發(fā)展工作帶來(lái)許多不好的影響。4）技術(shù)落后投入產(chǎn)出少在研究方面，投資太少，重復(fù)研究多，一些關(guān)鍵技術(shù)得不到突破，從而

15、使研究的技術(shù)含量低下。例如：輔助技術(shù)設(shè)備不配套，厭氧消化導(dǎo)致天然氣產(chǎn)量低，設(shè)備和管理自動(dòng)化程度較低;氣化焦油無(wú)法徹底地解決，使得在以后很多技術(shù)研究方面帶來(lái)更多嚴(yán)重的影響;生物質(zhì)液化中，雖然有關(guān)人員在做一些研究，但該技術(shù)的關(guān)鍵方面還沒(méi)有得到很好的突破；氣化發(fā)電的效率還是很低的，并且它的二次污染問(wèn)題沒(méi)有得到解決，導(dǎo)致許多工程系統(tǒng)中往往處在維修或故障條件下，造成很多的經(jīng)濟(jì)損失。12生物質(zhì)燃燒技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀生物質(zhì)是一種清潔的能源，但若是采用直接燃燒的方式會(huì)造成能源的浪費(fèi)，而目前中國(guó)的農(nóng)村正普遍在使用這種方式來(lái)獲取生物質(zhì)的能量，從而造成了國(guó)內(nèi)大量的生物質(zhì)能源的浪費(fèi)。所以人們?cè)诜e極研究生物質(zhì)的燃燒方

16、式，基本上生物質(zhì)的燃燒方式分為幾類，比如層燃技術(shù)，懸浮燃燒技術(shù)和流化床技術(shù)。 生物質(zhì)和生物質(zhì)燃燒鍋爐燃料燃燒的鍋爐先進(jìn)的燃燒技術(shù)，可以提高利用效率。鍋爐燃燒的生物量更集中，大規(guī)模應(yīng)用。更多類型的生物質(zhì)燃料鍋爐，生物質(zhì)能鍋爐燃燒分為不同的類型：柴爐，秸稈爐，垃圾焚燒爐;生物質(zhì)燃料鍋爐根據(jù)燃燒方式的不同分為：層燃燃燒鍋爐，懸浮燃燒和循環(huán)流化床鍋爐。1.2.1層燃技術(shù)傳統(tǒng)的層燃技術(shù)是指生物質(zhì)燃料被放在金屬支撐物上，在其上形成一定厚度的分層，然后與從下部上來(lái)的風(fēng)混合逐漸干燥，達(dá)到一定溫度后熱解反應(yīng)析出大量的可燃?xì)怏w，與空氣混合分布在爐排以上空間中混合燃燒。鍋爐主要分布以鏈條爐的形式自動(dòng)給及燃料和除渣。

17、這種生物質(zhì)層燃技術(shù)被廣泛使用在開(kāi)發(fā)和利用農(nóng)林廢棄物和城市垃圾焚燒上面，比較適合燃燒水分含量高，生物質(zhì)燃料顆粒大小的變化比較大，并且通常是額定功率小于20兆瓦，投資成本不大而且經(jīng)濟(jì)環(huán)保操作簡(jiǎn)單。在丹麥，已開(kāi)發(fā)出一種特殊焚燒秸稈方式的燃燒鍋爐，利用液壓活塞將一大捆生物質(zhì)燃料，通過(guò)一定的傳輸通道不斷傳遞給水冷式移動(dòng)爐排。由于生物質(zhì)燃料很低的灰熔點(diǎn)從而可以使用水冷爐壁等其他方式來(lái)控制生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)的溫度不超過(guò)900。丹麥有公司通過(guò)改造鍋爐，使其可以在兩個(gè)階段都可以被加熱。四個(gè)平行饋線供應(yīng)材料，秸稈，木屑可以完全爐排燃燒爐，還設(shè)立了一個(gè)纖維過(guò)濾器，以減少設(shè)備磨損和腐蝕煙氣中有害物質(zhì)的管道。通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐

18、證明，生物質(zhì)能鍋爐的改造，運(yùn)行穩(wěn)定，并取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在中國(guó)，有許多科研單位，用于發(fā)展生物質(zhì)能層燃燒器的各類生物燃料的特點(diǎn)，實(shí)際效果是好的。對(duì)于原料使用的材料和結(jié)構(gòu)層燃燒器，爐體結(jié)構(gòu)，包括雙燃燒室結(jié)構(gòu)，封閉爐的結(jié)構(gòu)，和其他結(jié)構(gòu)的有效優(yōu)化的燃燒特性，這些都是同一層燃燒生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)爐的設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)指出，生物質(zhì)燃燒與國(guó)外的技術(shù)層，仍有很大的差距之間的研究和開(kāi)發(fā)工作，應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)具有中國(guó)特色的，先進(jìn)的生物質(zhì)層燃技術(shù)，以提高我周圍的生物質(zhì)燃燒技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力領(lǐng)域。1.2.2懸浮燃燒技術(shù)煤粉燃燒類似的生物懸浮燃燒技術(shù)用于絕大多數(shù)的大型鍋爐。大暫停燃煤系統(tǒng)，燃燒完全，效率高。作為燃

19、料懸浮燃燒系統(tǒng)，生物預(yù)處理，水分含量低于15，粒徑小于2mm。年12月26日，2005年，在棗莊市十里泉電力廠煤粉煤和農(nóng)作物秸稈混合燃燒鍋爐正式運(yùn)行，采用的丹麥公司的技術(shù)和設(shè)備項(xiàng)目的改造升臺(tái)14KW機(jī)組鍋爐預(yù)計(jì)秸稈消耗1070萬(wàn)/年可節(jié)約煤炭約81300 t。1.2.3流化床技術(shù)流化床燃燒熱和傳質(zhì)性能，高燃燒效率和減少有害氣體的排放，熱容量和一系列優(yōu)點(diǎn)，它是適合燃燒水，生物燃料的熱值低。流化床燃燒技術(shù)是一種相當(dāng)成熟的技術(shù)，已進(jìn)入清潔燃燒化石燃料等領(lǐng)域的商業(yè)用途。發(fā)展和利用生物量中使用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，在國(guó)內(nèi)和國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究，并已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)作。目前，國(guó)外使用流化床燃燒技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用生

20、物質(zhì)能具有相當(dāng)規(guī)模。愛(ài)達(dá)荷州能源產(chǎn)品已發(fā)展到生產(chǎn)流化床鍋爐燃燒生物質(zhì)蒸汽鍋爐出力為4.5-50噸/小時(shí)，供熱鍋爐出力36.67兆瓦; CE公司利用魯奇技術(shù)。的大型木材循環(huán)流化床床功率100/，蒸汽8.7兆帕的壓力鍋爐輸出廢物焚燒的發(fā)展;木材，發(fā)射流化床床由美國(guó)乙W公司在20世紀(jì)80年代末投入運(yùn)行初期20世紀(jì)90年代制造的鍋爐。此外，瑞典的樹(shù)枝，樹(shù)葉和其他農(nóng)林廢棄物作為大型循環(huán)流化床鍋爐燃料使用，鍋爐熱效率可以達(dá)到80;按照比例高倍率，干草和煤炭丹麥循環(huán)流化床鍋爐6:4作為禮物送給燃燒爐，鍋爐輸出的100噸/小時(shí)，熱功率80兆瓦。中國(guó)自20世紀(jì)80年代末，生物質(zhì)流化床燃燒技術(shù)也進(jìn)行了深入的研究，

21、科研單位和燃料的生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的各類鍋爐廠，聯(lián)合開(kāi)發(fā)，投入生產(chǎn)運(yùn)行后，促進(jìn)了許多出口到了國(guó)外，從而起到了重要的角色，在促進(jìn)中國(guó)生物質(zhì)能利用。華中科技大學(xué)的物理和化學(xué)特性和燃燒特性，流化床燃燒設(shè)計(jì)輔以懸浮燃燒和固定床燃燒燃燒流化床鍋爐的組合，對(duì)水稻稻殼的基礎(chǔ)上，試點(diǎn)研究已經(jīng)表明了鍋爐具有良好性能的流化床燃燒穩(wěn)定，不易焦化，而目前已獲得國(guó)家專利。13生物質(zhì)顆粒燃料的研究現(xiàn)狀131生物質(zhì)顆粒燃料概念生物質(zhì)顆粒燃料（成形）高壓加熱條件下，秸稈，木屑?jí)嚎s成固體顆粒成型材料的質(zhì)地和其他林業(yè)殘留的燃料，可以用于民用爐灶，工業(yè)鍋爐，家庭取暖爐。在另外一個(gè)小灰，零排放，儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便，沉重，燃燒穩(wěn)定，熱效

22、率高，如生物燃料，生物質(zhì)顆粒燃料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是一種理想的可再生的清潔燃料，具有十分廣闊的市場(chǎng)。132生物質(zhì)燃料成型技術(shù)簡(jiǎn)介1321熱壓成型機(jī)理熱壓成型是將生物質(zhì)配合料高速加熱到大量形成膠質(zhì)體的溫度下成型的工藝。主要是利用加熱加工模具后，注入試料，以壓力將模型固定于加熱板，控制試料之熔融溫度及時(shí)間，以達(dá)融化后硬化、冷卻，再予以取出模型成品即可。材料在熱壓過(guò)程中需特別注意，有些在成型時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)在的塑性記憶應(yīng)力而無(wú)法得到理想的產(chǎn)品。因此，成型溫度及壓力皆有一定的范圍、限制。而且在熱壓成型中，亦會(huì)產(chǎn)生某種程度的延伸作用，因此，在選擇材料時(shí)，必須要注意其成型溫度。在做熱壓成型時(shí)，最好在較小范圍的時(shí)間及溫

23、度范圍內(nèi)操作。1.3.2.2 國(guó)內(nèi)情況 生物質(zhì)成型方面，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)科研院所，加大科研力度，顯著的進(jìn)步已經(jīng)可以看得到。清華大學(xué)清潔能源研究與教育中心已經(jīng)開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃料冷成型技術(shù)和設(shè)備，并舉辦了一個(gè)示范項(xiàng)目在北京懷柔區(qū)（環(huán)境科學(xué)與工程研究所）。浙江大學(xué)生物學(xué)院機(jī)電清潔能源利用，在形成理論的生物質(zhì)型煤燃燒技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所江蘇正昌集團(tuán)，牧羊集團(tuán)等國(guó)內(nèi)知名的機(jī)械和設(shè)備制造商的設(shè)備研究生物質(zhì)的使用，山東大學(xué)機(jī)械工程，化學(xué)和華中科技大學(xué)化學(xué)工程系學(xué)校，北京林業(yè)大學(xué)理工學(xué)院等生物質(zhì)型煤。從20世紀(jì)80年代，中國(guó)科學(xué)院林業(yè)發(fā)展木本生物質(zhì)原料和農(nóng)業(yè)廢料成型技術(shù)化學(xué)工業(yè)研究所。

24、東南大學(xué)，中國(guó)中科院廣州能源轉(zhuǎn)換研究所，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，可再生能源與環(huán)境研究所還開(kāi)展了一些研究的特點(diǎn)。一些國(guó)內(nèi)生產(chǎn)顆粒飼料制造商已經(jīng)開(kāi)始密集的生物質(zhì)型煤生產(chǎn)，對(duì)原有設(shè)備的基礎(chǔ)上。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，1992年，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部可再生能源的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)液壓，軋輥和螺旋生物質(zhì)致密成型機(jī)，小批量生產(chǎn)，并取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。1.3.2.3 國(guó)外情況 成型燃料技術(shù)研究，其燃燒技術(shù)，美國(guó)在1930年專門研制開(kāi)發(fā)螺桿式壓縮機(jī)和燃燒設(shè)備。而在1940年后，日本開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)相關(guān)的機(jī)械活塞緊湊的成型技術(shù)用來(lái)處理農(nóng)業(yè)和城市垃圾，并且在1980年建立了有關(guān)煤和生物質(zhì)成型燃料加工的工廠，年產(chǎn)固體原

25、料600噸以上（其中處理煤75，而生物質(zhì)能占25）。還建立了一個(gè)密集的生物質(zhì)成型燃料。在亞洲，比如在泰國(guó)，印度和其他國(guó)家都有投產(chǎn)的生物質(zhì)燃料成型的生產(chǎn)廠。目前，德國(guó)有超過(guò)100顆粒型煤廠，鋸末，木屑，樹(shù)枝，廢鋼為原料的其他生物。瑞典有生物質(zhì)顆粒成型燃料加工廠，年生產(chǎn)能力超過(guò)20萬(wàn)噸以上的，可以很好的生產(chǎn)生物質(zhì)燃料，為企業(yè)單位和個(gè)人家庭提供生物質(zhì)能源。1.4生物質(zhì)燃燒的相關(guān)設(shè)備141國(guó)外生物質(zhì)燃燒設(shè)備情況 生物質(zhì)燃燒設(shè)備，根據(jù)燃料類型分為：柴灶，柴爐，顆粒燃料鍋爐，秸稈鍋爐;分為：目前熱電聯(lián)產(chǎn)已經(jīng)成為大趨勢(shì)，相關(guān)的鍋爐是大型的鍋爐，而目前生物質(zhì)鍋爐一般很難應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)中。二十世紀(jì)中葉以來(lái)，日本

26、相繼開(kāi)發(fā)關(guān)于生物質(zhì)可以在其中燃燒的鍋爐設(shè)備;在二十世紀(jì)下半葉美國(guó)又開(kāi)發(fā)出了利用生物質(zhì)制成顆粒燃料然后燃燒的更為進(jìn)步的鍋爐設(shè)備;1970年后，一些西歐國(guó)家通過(guò)合作制作有關(guān)成型燃料燃燒的先進(jìn)設(shè)備;二十世紀(jì)末期，一些亞洲國(guó)家也由于能源緊缺和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題而對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行研究，研發(fā)相關(guān)可以讓生物質(zhì)燃燒的設(shè)備，緊緊追隨西方國(guó)家的腳步。在經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，美國(guó)，日本和一些歐洲國(guó)家，在加熱領(lǐng)域廣泛使用的生物質(zhì)型煤燃燒設(shè)備，供熱，發(fā)電，已產(chǎn)業(yè)化。生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備自動(dòng)化程度高，熱效率高，污染少。對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，這些燃燒設(shè)備的價(jià)格太高，功耗的缺點(diǎn)，不適合引進(jìn)。東南亞一些國(guó)家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備是焦炭的燃燒爐，炭化

27、爐，減少直接燃燒生物質(zhì)型煤設(shè)備，這些勞動(dòng)密集型的燃燒設(shè)備，熱效率高，污染嚴(yán)重，需要進(jìn)一步研究，改進(jìn)，提高，因此不適合在中國(guó)引進(jìn)。142國(guó)內(nèi)生物質(zhì)燃燒設(shè)備情況 我們的國(guó)家從1980年后，通過(guò)引進(jìn)關(guān)于生物質(zhì)成型燃料（秸稈類生物質(zhì)）的螺旋槳式秸稈成型機(jī)，在生物質(zhì)燃燒設(shè)備方面也形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。例如，陜西省輕工機(jī)械廠的螺旋推進(jìn)式成型機(jī)，由遼寧省能源研究所研制的顆粒成型機(jī)開(kāi)發(fā)的秸稈成型機(jī)，南京化工森林工程研究所開(kāi)發(fā)了具有多功能的生物質(zhì)成型機(jī)，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，機(jī)械和電氣工程開(kāi)發(fā)活塞式液壓機(jī)，在全國(guó)已形成了產(chǎn)業(yè)化。成型設(shè)備，制造工藝的引進(jìn)和設(shè)計(jì)都不同程度，有技術(shù)和工藝方面的問(wèn)題，這需要去深入研究和探索，試

28、驗(yàn)，開(kāi)發(fā)。生物質(zhì)壓塊設(shè)備也存在一些問(wèn)題，但生物質(zhì)蜂窩煤，有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）便于儲(chǔ)存，運(yùn)輸;（2）易于使用，高生（3）燃燒效率;是清潔能源，環(huán)保。因此，在中國(guó)一些地區(qū)的生物質(zhì)成型燃料的大規(guī)模生產(chǎn)和形成的研究，生產(chǎn)，發(fā)展勢(shì)頭良好。中國(guó)未來(lái)的能源消費(fèi)量煤球?qū)⒄加性絹?lái)越大的份額。我國(guó)現(xiàn)今對(duì)于生物質(zhì)成型燃燒特性展開(kāi)了更深入的研究，科研人員也比較多，但優(yōu)于還缺乏一些系統(tǒng)的理論，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和相關(guān)設(shè)備試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)還在借鑒國(guó)外的成果。一些生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的使用者，由于沒(méi)有了解研究生物質(zhì)成型燃料燃燒的特點(diǎn)，擅自改變生物質(zhì)成型燃料燃燒的設(shè)備。然而，燃燒設(shè)備由于改造后的燃燒

29、室容積，大小形狀不匹配，從而導(dǎo)致燃燒設(shè)備的燃燒效率和熱效率非常低，污染物排放增多。劉圣勇通過(guò)做了很多相關(guān)生物質(zhì)成型燃料燃燒的試驗(yàn)，例如單一獨(dú)立的設(shè)計(jì)的雙層爐排生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的熱性能測(cè)試，氣流測(cè)試，溫度場(chǎng)中升溫速率影響試驗(yàn)，爐內(nèi)氣體濃度變化試驗(yàn)的測(cè)試，對(duì)設(shè)備的主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定從而得到了一系列寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究經(jīng)驗(yàn)成果，為我國(guó)的生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)和改造生物質(zhì)成型燃燒設(shè)備的開(kāi)發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)并具有非常重要的指導(dǎo)作用。而趙迎芳通過(guò)研究生物質(zhì)燃料燃燒的相關(guān)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)精心研究最后設(shè)計(jì)制造了一種功率達(dá)到 的生物質(zhì)成型燃料鍋爐。通過(guò)最后試驗(yàn)測(cè)試表明鍋爐的熱效率約為 ，相較于其他的鍋爐，例

30、如燃煤鍋爐，其燃燒后所產(chǎn)生的污染物非常少，顯示出了生物質(zhì)優(yōu)于煤炭作為燃料的前景和優(yōu)勢(shì)。1.5本章小結(jié)本章通過(guò)查閱許多相關(guān)文獻(xiàn)了解了生物質(zhì)在今后能源發(fā)展中的意義和目前生物質(zhì)成型技術(shù)，燃燒設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r和我國(guó)目前在此方面的研究水平與國(guó)外的進(jìn)行對(duì)比。研究的主要目的是：1) 對(duì)生物質(zhì)成型燃料（玉米秸稈顆粒）進(jìn)行試驗(yàn)，了解和掌握了生物質(zhì)成型燃料直燃鍋爐的結(jié)構(gòu)，工作原理，燃料燃燒過(guò)程和生物質(zhì)鍋爐與其他鍋爐相比的優(yōu)缺點(diǎn)；2) 對(duì)生物質(zhì)成型燃料（玉米秸稈顆粒）進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了生物質(zhì)直燃鍋爐；3) 對(duì)燃燒后產(chǎn)生的污染物進(jìn)行了分析歸類并給與了一些相關(guān)的處理措施，減少污染物的產(chǎn)生和排放。第二章生物質(zhì)成型燃料直

31、燃鍋爐目前，我國(guó)乃至世界上大多數(shù)的鍋爐都是使用燃煤，但由于煤不可再生且優(yōu)質(zhì)煤的缺少，從而導(dǎo)致一系列的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，比如大氣污染造成酸雨，城市空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，影響了人們的生活質(zhì)量和身體健康，所以找出替代燃煤的燃料勢(shì)在必行。而生物質(zhì)成型燃料作為一種清潔再生的能源，環(huán)保而經(jīng)濟(jì)，是作為替代燃煤提供能量的能源之一。但一般的燃煤鍋爐無(wú)法燃燒生物質(zhì)，故而生物質(zhì)成型燃料直燃鍋爐被人們高度關(guān)注并在積極開(kāi)發(fā)研究中。2.1生物質(zhì)成型燃料鍋爐結(jié)構(gòu)如下圖所示，生物質(zhì)成型燃料鍋爐包括幾個(gè)部分（1）1-上爐門，2-中爐門，3-下?tīng)t門；可以將燃料從爐門填入爐膛。（2）4-上爐排，6-下?tīng)t排；爐排片固定在鏈條上部的支架或支

32、座上，是鍋爐中堆置固體燃料并使之有效燃燒的部件。（3）5-輻射受熱面，10-對(duì)流受熱面；通常按煙氣側(cè)換熱方式中輻射換熱所占比例的大小而把鍋爐受熱面分為“輻射受熱面”和“對(duì)流受熱面”兩種，以輻射換熱為主的受熱面就叫輻射受熱面，以對(duì)流換熱為主的受熱面叫做對(duì)流受熱面。（4）7-風(fēng)室，8-爐膛，9-燃盡室，11-爐墻；風(fēng)室是提供一次風(fēng)，二次風(fēng)的地方；爐膛是由爐墻包圍起來(lái)供燃料燃燒的立體空間，爐膛的作用是保證燃料盡可能地燃燒，并使?fàn)t膛出口煙氣溫度冷卻到對(duì)流受熱面安全工作允許的溫度。（5）12-排汽管，13-煙道，14-引風(fēng)機(jī)，15-煙囪；引風(fēng)機(jī)是用于克服煙道阻力將煙氣送入煙囪的風(fēng)機(jī)。圖1 生物質(zhì)成型燃料

33、鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2生物質(zhì)成型燃料在鍋爐中的燃燒過(guò)程生物質(zhì)成型燃料由于本身成分的復(fù)雜性，從而其燃燒過(guò)程也很復(fù)雜，主要分為四個(gè)燃燒階段：（1）預(yù)熱和干燥階段，當(dāng)溫度達(dá)到100度時(shí)，生物質(zhì)燃料進(jìn)入干燥階段，水分開(kāi)始蒸發(fā)。（2）揮發(fā)分析出及木炭形成階段，即干餾，當(dāng)已經(jīng)干燥的原料持續(xù)加熱時(shí)，揮發(fā)份開(kāi)始析出，揮發(fā)完畢后，最后剩下的就是木炭。（3）揮發(fā)份燃燒階段，生物質(zhì)燃料高溫?zé)峤馕龀龅膿]發(fā)份在高溫下開(kāi)始燃燒，同時(shí)，釋放大量的熱。（4）固定炭燃燒階段，這是最后的階段，最后剩余灰分。圖2-2生物質(zhì)成型燃料直燃鍋爐2.3生物質(zhì)成型燃料鍋爐的工作原理如上圖所示的生物質(zhì)直燃鍋爐，其工作原理對(duì)應(yīng)燃燒過(guò)程也有以下的四個(gè)

34、階段：（1）第一階段（初始階段），溫度從室溫到200300。首先將生物質(zhì)成型燃料加入鍋爐氣化室（也叫做第一燃燒室），接著點(diǎn)火開(kāi)始，而燃料由于重力作用從上落下，在這個(gè)過(guò)程中蒸發(fā)水分，燃料干燥。（2）第二階段，溫度從300上升到500600。干燥后的燃料向下移動(dòng)進(jìn)入熱解層進(jìn)行熱解反應(yīng)，此時(shí)大量的揮發(fā)分從生物質(zhì)燃料中析出，熱解反應(yīng)析出的揮發(fā)分主要有H2O、H2、CO、CO2、CH4、焦油和其它碳?xì)浠衔?。?）第三階段，溫度從600到1000左右。在引風(fēng)機(jī)的作用下，熱解反應(yīng)析出的可燃?xì)怏w進(jìn)入氣化燃燒室（也稱作第二燃燒室），而因?yàn)闅怏w從上部進(jìn)入氣化燃燒室，可燃?xì)怏w與焦碳共同燃燒，并與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形

35、成火焰現(xiàn)象。（4）第四階段（最后階段），溫度達(dá)到10001200?？扇?xì)膺M(jìn)入氣化燃盡室（也稱第三燃燒室），由于氣化燃盡室是螺旋式上升的結(jié)構(gòu)，故而使可燃?xì)怏w在燃盡室的停留時(shí)間延長(zhǎng)了，同時(shí)由于大量的燃?xì)庠跉饣急M室燃燒使燃盡室的溫度上升很高，形成熱氣流，通過(guò)熱氣流輻射到鍋爐中的高溫?zé)峁苌?，將水迅速加熱?.4生物質(zhì)成型燃料鍋爐優(yōu)缺點(diǎn)2.4.1優(yōu)點(diǎn) （1）節(jié)能。與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)成型燃料利用效率高，鍋爐熱效率好；生物質(zhì)成型燃料著火點(diǎn)低，所以點(diǎn)火容易，升火快，燃燒穩(wěn)定完全，節(jié)省燃料。（2）環(huán)保。二氧化碳零排放，燃燒時(shí)無(wú)煙塵和焦油，燃料能夠完全燃燒，最后只剩下一點(diǎn)白灰。清潔衛(wèi)生無(wú)污染，利于健康，生物

36、質(zhì)排放是燃煤的1/10，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。（3）經(jīng)濟(jì)方便。相對(duì)于煤，生物質(zhì)成型燃料價(jià)格便宜經(jīng)濟(jì)，來(lái)源廣泛，儲(chǔ)存方便；自動(dòng)化程度高，操作勞動(dòng)強(qiáng)度小。（4）適用范圍廣。由于原料來(lái)源廣泛環(huán)保，所以廣泛適用于環(huán)保要求嚴(yán)格的大中城市的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)制造以及賓館、酒店、洗浴中心、事業(yè)單位、醫(yī)院、學(xué)校等行業(yè)。2.4.2缺點(diǎn)（1）生物質(zhì)能源燃燒需要較高的干燥溫度和較長(zhǎng)的干燥時(shí)間，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高。（2）由于生物質(zhì)揮發(fā)分含量較高，燃料著火溫度較低，此時(shí)如果空氣供應(yīng)量不足，將會(huì)增大燃料的化學(xué)不完全燃燒損失。（3）生物質(zhì)鍋爐相對(duì)燃煤鍋爐構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格較高。（4）有些關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有得到解決，研究方面不是

37、特別成熟。2.5本章小結(jié)通過(guò)去實(shí)習(xí)公司對(duì)生物質(zhì)成型燃料（玉米秸稈顆粒）進(jìn)行試驗(yàn)，了解和掌握了生物質(zhì)成型燃料直燃鍋爐的結(jié)構(gòu)，工作原理，燃料燃燒過(guò)程和生物質(zhì)鍋爐與其他鍋爐相比的優(yōu)缺點(diǎn)。第三章 生物質(zhì)直燃鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算3.1鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)主要的結(jié)構(gòu)尺寸1）爐膛凈空尺寸：250×250×14002）爐排有效面積250×600，共做3塊，爐排小孔4mm，開(kāi)孔率40%，爐排下兩側(cè)裝導(dǎo)軌，機(jī)械傳動(dòng)3）前拱高200，長(zhǎng)50；4）后拱高180，長(zhǎng)3003）爐頂出口：天圓地方結(jié)構(gòu)，出口60mm4）點(diǎn)火爐門 80×80，裝在側(cè)強(qiáng)5）看火孔42mm6）爐前裝料斗7）料層厚度60mm6

38、）爐頂裝省煤器，管子18mm，前后各布置測(cè)點(diǎn)一個(gè)。8）每隔300mm一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)預(yù)留孔14mm，煙囪上布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)9）支架高度800mm10）爐膛內(nèi)襯80mm厚，布置抓釘11）整體用不銹鋼外包裝12）支架高度800mm13）整體外形長(zhǎng)寬高：760×410×22003.2試驗(yàn)原料本試驗(yàn)是采用生物質(zhì)顆粒燃料（玉米秸稈顆粒燃料），是由生物質(zhì)燃料成型機(jī)壓制而成的。其尺寸是圓柱形，直徑是8mm，燃料顆粒自然堆積密度為554.7kg/m3，其顆粒密度為1200kg/m3。實(shí)驗(yàn)前用氧彈式量熱儀測(cè)定玉米顆粒燃料的收到基凈發(fā)熱量qnet,ar ， qnet,ar=15132kJ/kg。由燃

39、料元素分析儀分別測(cè)定其收到基中C，H，N，S，O的含量，得到：Car=44.92%，Har=5.77%，Nar=0.98%，Sar=0.21%，Oar=31.26%。用燃料工業(yè)分析儀分別測(cè)定其收到基水分含量（Mar），收到基揮發(fā)分含量（Var），收到基固定炭含量（Far），收到基灰分含量（Aar）。如下：Mar= 9.15%，Var= 75.58%，F(xiàn)ar= 7.56%，Aar= 7.71%。3.3直燃鍋爐設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)1）鍋爐功率要求：10 kW；2）溫度：查閱暖通空調(diào)設(shè)計(jì)指南（P63）可以得到室內(nèi)空氣溫度在16-24范圍內(nèi)2，在試驗(yàn)期間實(shí)際測(cè)得當(dāng)時(shí)溫度為 16，室外環(huán)境溫度t0=10，排煙

40、溫度tpy低于煙氣露點(diǎn)，150左右 20，tpy =165；3）熱負(fù)荷：查相關(guān)鍋爐設(shè)計(jì)手冊(cè)得爐排單位面積熱負(fù)荷經(jīng)驗(yàn)值7001050kW/m2 3-8，由于低溫及燃料易燃盡時(shí)取上限，所以取qF= 1050 kW/m2；爐膛單位容積熱負(fù)荷經(jīng)驗(yàn)值235350kW/m3 3-8，因?yàn)榈蜏丶叭剂弦兹急M時(shí)取取上限，所以取qV= 350 kW/m3；4）過(guò)量空氣系數(shù)：爐門和進(jìn)料槽漏風(fēng)系數(shù)= 0.2；爐膛進(jìn)口空氣過(guò)量系數(shù)1= 1.5，爐膛出口空氣過(guò)量系數(shù)2,= 1+= 1.7；5）熱損失：固體未完全燃燒損失q4=3.56%，CO未完全燃燒損失q3=2.5%，側(cè)壁散發(fā)到室內(nèi)的熱量q5=0%；6）大氣壓力P=1a

41、tm總結(jié)以上數(shù)據(jù)繪制成下表1表1 直燃鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)主要設(shè)計(jì)參數(shù)符號(hào)參數(shù)來(lái)源數(shù)值單位燃料參數(shù)1燃料種類給定玉米桔桿2燃料顆粒大小fs燃料測(cè)定8mm3燃料顆粒自然堆積密度rs燃料測(cè)定554.7kg/m34灰渣自然堆積密度rash燃料測(cè)定1200kg/m35收到基碳含量Car燃料元素分析儀測(cè)定44.92%6收到基氫含量Har燃料元素分析儀測(cè)定5.77%7收到基氮含量Nar燃料元素分析儀測(cè)定0.98%8收到基硫含量Sar燃料元素分析儀測(cè)定0.21%9收到基氧含量Oar燃料元素分析儀測(cè)定31.26%10收到基水分含量Mar燃料工業(yè)分析儀測(cè)定9.15%11收到基揮發(fā)分含量Var燃料工業(yè)分析儀測(cè)定7

42、5.58%12收到基固定炭含量Far燃料工業(yè)分析儀測(cè)定7.56%13收到基灰分含量Aar燃料工業(yè)分析儀測(cè)定7.71%14收到基凈發(fā)熱量qnet,ar氧彈式量熱儀測(cè)定15132kJ/kg直燃鍋爐參數(shù)15功率W10kW16溫度thot,230-50，不超過(guò)70 15017室內(nèi)空氣溫度thot,1在16-24范圍內(nèi)選取 21618爐排單位面積熱負(fù)荷qF經(jīng)驗(yàn)值7001050kW/m2 3-81050kW/m2低溫及燃料易燃盡時(shí)取上限19爐膛單位容積熱負(fù)荷qV經(jīng)驗(yàn)值235350kW/m3 3-8350kW/m3低溫及燃料易燃盡時(shí)取取上限20爐門和進(jìn)料槽漏風(fēng)系數(shù)參照文獻(xiàn)9選取0.221爐膛出口空氣過(guò)量系數(shù)

43、21+1.722爐膛進(jìn)口空氣過(guò)量系數(shù)1參考文獻(xiàn)10-131.523固體未完全燃燒損失q4參考文獻(xiàn)14-163.56%24CO未完全燃燒損失q3參照文獻(xiàn)14-16選取2.5%25側(cè)壁散發(fā)到室內(nèi)的熱量q5參考文獻(xiàn) 17-190%26室外環(huán)境溫度t0給定1027排煙溫度tpy低于煙氣露點(diǎn)，150左右 2016528壓力P給定1atm3.4煙氣量的計(jì)算（1）二氧化物量vRO2二氧化物是指煙氣中的量，其計(jì)算如下：vRO2=0.01866(Car+0.375Sar) =0.01866（44.92+0.375×0.21） =0.839676675Nm3/kg（2）理論空氣量va,0理論空氣量是指每

44、千克固體、液體燃料或每標(biāo)準(zhǔn)立方米氣體燃料在化學(xué)當(dāng)量比之下完全燃燒所需的空氣量。此試驗(yàn)所需的理論空氣量為：va,0=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar =0.0889（44.92+0.375×0.21）+0.265×5.77-0.0333×31.26=4.488480875Nm3/kg（3）理論氮?dú)饬縱N2理論氮?dú)饬堪諝庵械牡獨(dú)饬亢腿剂先紵a(chǎn)生的氮?dú)?。?jì)算如下：vN2= 0.008Nar+0.79Va,0 =0.008×0.98+0.79×4.488480875=3.553739891 Nm3/k

45、g（4）理論水蒸氣量理論水蒸氣量包括自身水分，空氣中水分和H燃燒生成的水分：=0.111Har+0.0124Mar+0.0161Va,0 =0.111×5.77+0.0124×9.15+0.0161×4.488480875=0.826194542 Nm3/kg（5）理論煙氣量vy,0理論煙氣量是指單位燃料與理論空氣進(jìn)行完全燃燒生成的煙氣量。包括二氧化物，氮?dú)夂退魵獾牧浚簐y,0=VRO2+VN2+VH2O,0=0.839676675+3.553739891+0.826194542 =5.219611108 Nm3/kg（6）實(shí)際煙氣量vy實(shí)際排放或者測(cè)量的煙氣量

46、，依狀態(tài)不同，分為工況和標(biāo)況兩種，工況是依實(shí)際條件測(cè)定的煙氣量，標(biāo)況是工況換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣量：vy= vy,0+1.0161(-1)Va,01= 1.5，則vy=5.219611108+1.0161×（1.5-1）×4.488480875 =7.4999838172,= 1+= 1.7，vy=5.219611108+1.0161×（1.7-1）×4.488480875 = 8.4121329匯總數(shù)據(jù)成下表2：表2 煙氣量計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式數(shù)值1過(guò)?？諝庀禂?shù)1.51.72二氧化物量vRO2Nm3/kg0.01866(Car+0.375Sar

47、)0.8396766750.8396766753理論空氣量va,0Nm3/kg0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar4.4884808754.4884808754理論氮?dú)饬縱N2Nm3/kg0.008Nar+0.79Va,03.5537398913.5537398915理論水蒸氣量vH2O,0Nm3/kg0.111Har+0.0124Mar+0.0161Va,00.8261945420.8261945426理論煙氣量vy,0Nm3/kgVRO2+VN2+VH2O,05.2196111085.2196111087實(shí)際煙氣量vyNm3/kgvy,0+1.01

48、61(-1)Va,07.4999838178.41213293.5煙氣焓溫表由于實(shí)驗(yàn)需多次用到煙氣焓溫表，所以查閱工業(yè)鍋爐實(shí)用手冊(cè)得到下表3以隨時(shí)查找相關(guān)數(shù)據(jù)：表3 煙氣焓溫表21/iCO2iN2iH2Oiy,0ia,0iy=iy,0+(-1)ia,0(ct)CO2vRO2(ct)RO2(ct)N2vN2(ct)N2(ct)H2OvH2O(ct)H2OiRO2+iN2+iH2O(ct)ava,0(ct)a1.51.7100170142.7450348130461.9861859151124.7553759729.4865965132592.4794761025.7263341144.22223

49、200375314.8787531260923.9723717304251.16314081490.0142662661193.935912086.9822222325.7694300559469.37926133921393.066037463382.5280732244.9733724031808.857793149.4022683511.17383400772648.23039315271872.820923626517.19778333038.2490995422432.756634254.6274164741.17874500994834.6386156642359.68328879

50、5656.8246613851.1465646843070.120925386.2070236000.2312160012251028.6039278042857.206873969800.58251134686.3933118303725.439136549.1128747294.200770014621227.6072999483368.9454171149949.29752895545.8502459784389.73437740.7173928618.6642580017051431.64873110943887.79144113341102.1435196421.5836911129

51、5067.494918955.3311459968.8301390019521639.0488712424413.74494515261260.7728717313.56668612825754.2324810190.6829311341.5294100022041850.64739213924946.80592917231423.5331968220.98651614376449.9470211445.9600312735.9494110024582063.92526715445486.97439219251590.4244949141.32415315957159.12712720.887

52、6514152.713120027172281.40152616976030.69659521321761.44676410073.5448917537868.3069714007.6983715581.3598130029772499.71746118536585.08001823441936.60000711021.3974919148590.9523915316.8736817035.0642140032392719.7127520097139.46344225592114.23183311973.4080320769318.086316632.4511718496.0684150035

53、032941.38739321667697.40060427792295.99463212934.78263223910049.708717959.6369719969.57873.6直燃鍋爐熱效率和燃料消耗量計(jì)算（1）冷空氣理論焓 ia,t0,0由于經(jīng)過(guò)排煙和灰斗預(yù)熱，溫度接近0， 近似為基準(zhǔn)溫度0，所以其焓是0.（2）排煙焓由排煙溫度為165可查得排煙焓 ipy=1740 kJ/kg。（3）排煙熱損失 q2 其值在816%范圍內(nèi)，合理。（4）灰渣溫度、焓和排渣率參照文獻(xiàn)23可以選取灰渣溫度為300；參照文獻(xiàn)24可以得出灰渣焓 iash=(ct)ash=264 kJ/kg；參照文獻(xiàn)25且通過(guò)

54、實(shí)驗(yàn)獲得排渣率為ash=22%。（5）灰渣散發(fā)到室內(nèi)的熱量 q6由于在試驗(yàn)中忽略了灰渣散發(fā)到室內(nèi)的熱量，所以可以將其設(shè)定為0。（6）直燃鍋爐總熱損失qq= q2+q3+q4+q5+q6=14.11%（7）直燃鍋爐熱效率=100-q=85.89%>小容量工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)效率50-62%達(dá)到了85%的要求，設(shè)計(jì)合理。（8）燃料消耗量 mm=100W/(3600qnet,ar) =100×10×1000/(3600×15132×85.89)=0.0007694 kg/s=0.769 g/s（9）保熱系數(shù)bb=1-q5/(+q5)=100%（10）燃料最大日消耗量 mmaxmmax=