生物质成型燃料锅炉设计

第37卷第3期林业机械与木工设备Vol 37 No. 32009年3月FORESTRY MACHINERY WooDWoRKING EQUIPMENt Mar 2009设计计算生物质成型燃料锅炉设计李燕东,王述洋,汪莉萍,景果仙,李政(东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:介绍生物质成型燃料的燃烧特性,阐逑了生物质成型燃料锅炉各部件设计及参数的确定。关键词:农村能源;生物质成型燃料;锅炉;设计中图分类号:TK22941文献标识码:A文章编号:1001-462(200030030-0Design of Biomass Briquette BoilersLI Yan-dong, WANG Shu-yang, WANG Li-ping, JING Guo-xian, LI ZhengCollege of Electromechanical Engineering, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang 150040, China)Abstract: The combustion characteristics of biomass briquette are introduced, the design of each component of a biomassbriquette boiler and the determination of parameters are stated.Key words: rural energy; biomass briquette; boiler; design农村能源资源是指可在农村就地开发和利用的能③生物质成型燃料表面仍有较少的挥发分燃烧并源物质如薪柴、农作物秸秆、人畜粪便等,农村能源基且逐渐向成型燃料更深层渗透。焦炭燃烧产生的CO2本上是可再生资源,而且具有较强的地域性分散性和CO及其它气体向外扩散,CO0不断与O2结合生成CO间歇性成型燃料表层生成薄灰壳包围着火焰;农村能源利用率低,其生物质能源综合利用效率④生物质成型燃料进一步向更深层燃烧且主要是仅为16%,薪柴超伐量达54%,秸秆直接燃烧用量占进行碳燃烧(即C+O2→CO2),在其表面则进行一氧化碳60%。生物质能源的不合理消耗加剧了农业生态平衡的燃烧(即CO+O2→CO2),形成了较厚的灰壳,由于生的失调。物质的燃尽和热膨胀,灰层中呈现微孔组织或空隙通生物质成型技术为高效利用农林废弃物农作物秸道甚至裂缝,还有较少的短火焰包围着成型块秆等提供了一条很好的途径。为了更好地利用生物质成⑤燃烬壳不断加厚,可燃物基本燃尽,在没有强烈型燃料,使农村和乡镇用上髙品位的能源,笔者设计了干扰的情况下,形成整体的灰球,灰球表面几乎看不出一种用于取暖和炊事等用途的生物质成型燃料锅炉。火焰,灰球变暗红色,至此完成整个燃烧过程1生物质成型燃料燃烧特性2生物质成型燃料锅炉设计生物质成型燃料燃烧属于静态渗透式扩散燃烧。生物质成型燃料锅炉由灰室、妒排、炉膛、炉门、二该燃料在锅炉中的燃烧可分为五个阶段,总时间约为次配风环烟筒水套等组成,其结构如图1所示廾物话成刑战虬锡炉主要是用于农村①生物质成型燃料表面可燃挥发物燃烧进行可燃取暖中国煤化工气体和氧气的放热化学反应形成火焰;CNMHG②除生物质成型燃料表面可燃挥发物燃烧外,成型1-木唛贝何及杄η开燃料表层部分的炭处于过渡燃烧区形成较长火焰;采暖热负荷计算公式为:收稿日期:2008-10-27(1)第3期李燕东,等:生物质成型燃料锅炉设计口小的圆台状,平直的炉壁有利于减小空气进入炉膛的阻力,促进空气与燃料充分混合,增加空气与燃料接触的比表面积,促进燃烧;直径较大的空气进口使进入的空气可均匀地分布在燃烧室下方,空气在烟囱抽力作用下向上方移动,较均匀地供给燃料形成燃烧,而直径较小的炉口可以起到聚集火焰、增加火力强度的作用。本次设计的生物质成型燃料锅炉上方较小的炉口直径d为15cm。23吊火高度吊火高度是指锅炉底与炉排之间的垂直距离。吊火高度的确定与所烧燃料种类和锅炉的大小有关。根图1生物质成型燃料锅炉结构简图据经验和本次设计的锅炉结构确定吊火高度h为1灰室;2进料管;3炉门;4炉膛;5水套;6烟筒水套:7翻板31cm,比一般炉具的30cm吊火高度要高。本炉具专门8二次配风环;9配风管;10.炉排设计了拔火筒(主要在炊事时使用),其有利于火焰聚式中:Q为采暖热负荷(kW);A为釆暖建筑面积(m2);集,拔高火苗的高度,使锅具能够受到高温火焰的冲g为采暧热指标(Wm2)。刷,有利于提高上火速度和热能利用率。民用住宅采暖热指标推荐值为5864,取q60W/m224炉排总面积与炉算则采暖热负荷为:Q4=60kW=21600kJ/h①炉排总面积:根据参考文献[6],玉米秸秆成型燃料的低位发热本文中炉排总面积指炉箅炉条总面积及炉条之间量Q=15658kg假设本次设计的锅炉热效率n09%,缝隙总面积之和。则每小时需要的燃料量为:根据以上分析和图1可知炉膛为圆台形,其体积表达式为(2)V=h(+rR+R2)/3经计算得:B=197kgh式中:h为圆台高即吊火高度(m);R、为圆台大、小半22炉膛参数确定径(m)将V=0.02857585m,h=0.31m,r=d2=0075m代人炉膛指炉算上部到炉口下部之间的部分,燃料在式(4)得这里充分燃烧。优化炉膛的几何形状可提高热气流的R=0.252m,取R=0.25m对流和辐射作用,使之有利于炉膛温度的升高,从而增则炉排总面积强水套和锅与烟气之间的传热;同时炉膛容积要适中A=丌·R2=0.19625m2既不浪费燃料又不影响通风,避免燃烧不充分。②炉排热负荷决定炉膛容积大小的主要指标是炉膛容积热负锅炉炉排热负荷公式为:荷,即每立方米炉膛容积中每小时燃料燃烧的发热量B·Q·n大小。炉膛容积热负荷过大,燃料在炉内停留的时间(5)短,不易完全燃烧;炉膛容积热负荷过小,炉膛容积过将已知数值代入式(5),得大,则燃烧分散,火力不集中。q=29.25k W/m炉膛容积计算公式为该值可作为设计炉排面积的参考数据(3)25和通炕烟道式中q为炉膛体积热负荷(kWm3);B为燃料消耗量中国煤化工烟道设计在水套后(kg/h);Q为燃料低位发热量(kJkg)。面CNMH和通炕烟道内部设根据参考文献6],取q=30Ww/m,经计算得:计有翻板,可以任意调节其开口的大小,用于控制烟气V=0.02857585m3。的流量,进而控制进入炉具的空气量和燃烧状况。这种根据所用燃料特点将炉膛设计为空气进口大炉设计生产的产品不但可以烧炕而且还能做饭。2林业机械与木工设备第37卷26水套部分设计炉体外壳(在图1中未画出)的作用是使炉具美观,本设计的炉体外壳采用喷涂工艺,使其更加漂亮。锅炉燃烧所产生的热量,绝大多数都被水套吸收炉体壁和炉体外壳之间填充有岩棉,以免发生烫伤事水套吸收的热量越多锅炉的热效率就越高。水套设计故,同时还可增加炉体外壳的刚度。的是否合理对锅炉的热效率影响很大,水套的设计要求烟气能顺利通过,并且要尽可能长时间地停留在水套里,以便吸收更多的烟气热量;同时要求焊缝严密不3结束语生物质成型技术为高效利用农林废弃物、农作物漏水、不漏气。秸秆等提供了一条新途径,该锅炉的研制为生物质成为24mn的环形水管根据实验得知该环形水管的吸◆令提供了配套新型炉具,为农村取暖开辟了结构简单。水套的夹层厚度为20mm,中央有一个直径热效果非常明显。为了充分吸收烟气的热量,在水套后[]郝芳洲,贾振航,王明洲实用节能炉灶(M]北京化学厂业出版半部分纵向还设置了10根钢管。社,2004炉体烟筒部分也设有水套,以便进一步吸收烟气[2】侯中兰家用生物质成型燃料炉具设计与研究[D郑州:河南农余热。烟筒水套的截面为圆环形,内径146mm,夹层厚业大学硕士论文,2006度为23mm,也采用2mm厚的Q235钢板焊接而成,用[3]王秀李应军,王红燃烧生物质燃料锅炉的设计节能技法兰与水套相连接。这部分可以根据用户的要求安装4)越红艳陈扬乐开发我国泥燃料补充和发展农村能源门]中在水套上,不需要时可拆卸下来。27配风系统设计5]刘小二,刘圣勇等生物质成型燃料灶具的设计生物质化学工程,2008,42(1)①进风口:进风口的作用是供给空气,调节风量,清6]赵迎芳新型生物质成型燃料热水锅炉的设计与研究[D郑州除灰渣。进风口的截面形状为110mmx150mm的方形,河南农业大学硕士论文,2007采用2m厚的Q235钢板焊接而成。[7]薛凡勤许瑞英我国炉貝的发展方向[农村能源199(6②配风管:为了在炊事时提高上火速度本锅炉【8]马孝琴秸秆着火及燃烧燃尽特性的试验研究门河南职业技术师范学院学报,2002,16(2):69-73.还配置了一个30W的鼓风机。风机安装在炉体后侧[9]王海滨.国外生物质能转换技术与应用[J].能源基地建设从风机出来的风(空气)被分成上下两部分,下面的2000,12(6):15-16风被配风管引导从炉箅子下面吹入炉膛,作为一次-风供燃料燃烧使用;从上面吹入的风被配风管引导·信息短波·经二次配风环出来,供没有完全燃烧的挥发物燃烧,以提高燃料的利用率和减少有害物质的排放。配风管的截面形状为方形,采用厚度为1mm的Q235钢2009第十一届中国国际地面材料板点焊而成。及铺装技术展览会③二次配风环:二次配风环的作用是把从配风管出来的风(空气)均匀地分布在炉口,使其能够与气体作为亚洲第一、全球第二的地材行业贸易盛会,“第十挥发物混合均匀进而充分燃烧。二次配风环四周均匀届中国国际地面材料及铺装技术展览会”将于2009年3月分布有若干个螺旋配风槽,使火焰呈螺旋状,有聚集24-26日在上海新国际博览中心再度隆重举行!此次展会的火焰的作用,以提高火焰冲刷锅底的时间和热效率。规模将进一步扩大,届时共有85个馆同时展出,展览总面积预计达到97750m2,将吸引1100多家来自亚洲和世界各地的次配风环为圆台状,其上开有螺旋配风槽的盖可以地材生产企业前来展示公司的产品和形象,预计将有42000取下来。名专业买家和观众到场采购、参观2.8炉体壁、保温层和炉体外壳2009年展会面积的进一步扩大,使得展品牧过去更进一根据设计结构要求,妒体壁为圆柱形,尺寸为山m上六颗克口κ块,分别为木地板展中国煤化工术展区。其中东二Φ304mmx263mm,采用2mm厚的钢板焊接而成馆为CNMH〔大组成部分,木地保温层的材料为耐火水泥,其厚度是由上炉口和板展区将在东三到东六馆整体亮相。炉箅子的尺寸决定的形状为喇叭形。上炉口的保温层观众免费预登记及更多展商信息请访问大会官方网站:厚度为75m,炉箅上部的保温层厚度为20mmwww.domotexasiachinanloor.com