我國的農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，據(jù)統(tǒng)計每年約生產(chǎn)7億t農(nóng)作物秸稈。在過去相當(dāng)一部分的農(nóng)作物秸稈被直接燃燒用來炊事或取暖，但隨著農(nóng)民生活水平的不斷提高，液化石油氣的使用在農(nóng)村有了較大增長，使得大量秸稈被遺棄在耕地中，有些地區(qū)甚至將對秸稈進(jìn)行焚燒處理，引起了嚴(yán)重的空氣污染，極大地影響了陸空交通。而如果將這些松散細(xì)碎的秸稈用機(jī)械加壓的方法擠壓成質(zhì)地致密、形狀規(guī)則的成型顆粒燃料，則壓縮后的生物質(zhì)成型燃料密度可達(dá)0.8～1.3t/m3，能量密度與中質(zhì)煤相當(dāng)，儲存運(yùn)輸方便，且燃燒特性比原生物質(zhì)有較大改善，燃燒時爐膛溫度高、黑煙少，因此生物質(zhì)成型燃料有較好的應(yīng)用前景。生物質(zhì)成型燃料目前的主要用途是代替煤用于工業(yè)鍋爐。由于生物質(zhì)成型燃料與煤有較大差異，將生物質(zhì)成型燃料直接用于燃煤鍋爐時會出現(xiàn)熱效率較低、污染物排放超標(biāo)等問題，最初是希望對原有的燃煤鍋爐進(jìn)行簡單改造，使之適合生物質(zhì)成型燃料燃燒，但劉圣勇等8指出，燃煤鍋爐經(jīng)改造后仍因爐膛的容積、形狀和過量空氣系數(shù)等與生物質(zhì)成型燃料不匹配，而使熱效率較低和污染物排放超標(biāo)的問題未能得到有效解決。因此，只有根據(jù)生物質(zhì)成型燃料的特點(diǎn)，設(shè)計出符合其燃燒特性的燃燒設(shè)備，才能提高其利用效率。近年來圍繞生物質(zhì)成型燃料鍋爐的設(shè)計和試驗(yàn)有較多的研究，關(guān)于鍋爐的結(jié)構(gòu)、設(shè)計參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)等有了較大的進(jìn)展，本文將這些進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理，提出了較完整的生物質(zhì)成型燃料鍋爐的設(shè)計原則，有助于以后建立生物質(zhì)成型燃料鍋爐的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料。
2、生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計基礎(chǔ)
燃煤鍋爐不適合燃用生物質(zhì)成型燃料的根本原因是煤與生物質(zhì)成型燃料存在許多差異，因此只有充分研究生物質(zhì)成型燃料的特點(diǎn)，才能設(shè)計出適合生物質(zhì)成型燃料燃燒的鍋爐。原生物質(zhì)在壓縮過程中以物理變化為主，因此生物質(zhì)成型燃料的元素組成和微觀結(jié)構(gòu)與原生物質(zhì)基本相同，因此生物質(zhì)成型燃料的揮發(fā)分遠(yuǎn)高于煤，而固定碳遠(yuǎn)低于煤。在揮發(fā)分的逸出速度方面，生物質(zhì)成型燃料經(jīng)過壓縮成塊后，焦炭骨架的機(jī)械強(qiáng)度有所提高，焦炭基本能保持層狀燃燒，且揮發(fā)分的逸出速度比原生物質(zhì)低得多，但由于生物質(zhì)成型燃料的機(jī)械強(qiáng)度仍不及煤，因此揮發(fā)分的逸出速度仍比煤高。劉圣勇等對玉米稈成型燃料進(jìn)行了燃燒動力學(xué)分析，結(jié)果表明：玉米秸稈的熱解過程可分為三個階段，第一階段為室溫到200℃，為吸熱失水階段，第二階段為200～380℃，燃料失重放熱，為揮發(fā)份的析出和燃燒階段，最大失重速率出現(xiàn)在300℃，第三階段為380～550℃，失重率維持在一定水平小幅波動，為固定碳的平穩(wěn)燃燒階段。另外，由于生物質(zhì)中的Si含量和堿金屬(Na、K)含量較高，因而其灰熔點(diǎn)比煤的低，結(jié)渣問題嚴(yán)重，因此需要研究結(jié)渣的影響因素，盡量減少結(jié)渣。
3、生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的研究進(jìn)展
3.1爐排數(shù)目的影響
爐排數(shù)目是影響生物質(zhì)成型燃料鍋爐的關(guān)鍵因素，因此在采用雙層爐排還是單層爐排的問題上有較多的研究。楊高峰等在通過試驗(yàn)確定生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計參數(shù)時發(fā)現(xiàn)：雙層爐排的燃燒效率高于單層爐排，且煙塵量煙氣中的CO量較低；雙層爐排燃燒設(shè)備的過�？諝庀禂�(shù)在1.5—2.5比較適宜，此時燃燒設(shè)備的熱效率較高，出力較大，且排煙中NOx和S02含量較低。袁超等比較了雙層爐排和單層爐排秸稈成型燃料鍋爐的熱效率隨排煙過量空氣系數(shù)aw的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對于雙層爐排，當(dāng)a增大時，散熱損失減小，排煙損失增大，氣體和固體不完全燃燒損失均先減小后增大，其中存在使熱效率最高的，單層爐排的情況與此類似；在相同下，雙層爐排的燃燒情況比單層爐排好，因此爐溫較高，散熱損失較大，但不完全燃燒損失較小，另外，由于雙層爐排的排煙溫度較高，排煙損失較大；在相同oc。下，雙層爐排的熱效率比單層爐排高；在較好工況下，雙層爐排的燃燒效率比單層爐排高約5%，熱效率約高10%。
3.2實(shí)現(xiàn)分級燃燒
由生物質(zhì)成型燃料的熱解特性可知分級燃燒有助于改善生物質(zhì)成型燃料的燃燒，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)于2003年設(shè)計的下吸式生物質(zhì)成型燃料鍋爐的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用下吸式鍋爐可以有效實(shí)現(xiàn)分級燃燒，原因是采用下吸式的燃燒方式可緩解燃燒速度，使燃燒時需氧量和供氧量相匹配，從而降低了氣體和固體不完全燃燒損失。
4、結(jié)語
生物質(zhì)成型燃料具有廣闊的應(yīng)用前景，目前對其燃燒特性和相關(guān)燃燒設(shè)備已有廣泛的研究，且已開發(fā)出性能較好的生物質(zhì)成型燃料鍋爐，但目前生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)仍非常缺乏，且大多數(shù)生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備都是參照工業(yè)鍋爐節(jié)能檢測方法(GB/T15137-94)和工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程(GB10180-2003)來測試的，因此很有必要制訂生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法。
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