生物質(zhì)熱水鍋爐節(jié)能分析

生物質(zhì)熱水鍋爐作為燃用生物質(zhì)燃料的主要設(shè)備之一,直接燃燒固體生物質(zhì)顆粒燃料,主要用于家庭、賓館、酒店、學(xué)校、醫(yī)院等場所的熱水、洗浴和取暖。由于燃料為生物質(zhì)燃料且結(jié)構(gòu)合理,此類鍋爐基本達(dá)到無煙化完全燃燒的效果,排放達(dá)到環(huán)保要求,具有較好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。 

1、生物質(zhì)燃料是什么？

1.1生物質(zhì)燃料是指通過生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等農(nóng)作物廢棄物加工成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。 

生物質(zhì)原料經(jīng)擠壓成型后,密度可達(dá)1.1~1.4噸/立方米,能量密度與中質(zhì)煤相當(dāng),而且便于運輸和貯存。在壓縮過程中以物理變化為主,其元素組成及微觀結(jié)構(gòu)與原生物質(zhì)基本相同。各種生物質(zhì)燃料中碳含量集中在35%~42%,氫含量較低,為3.82% ~5%,而氮含量不到1%,硫的含量不到0.2%,因此,造成的污染程度極低。生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分均在60% ～70%,因此在設(shè)計燃燒設(shè)備時應(yīng)重點考慮揮發(fā)分的問題。 

1.2生物質(zhì)燃料的燃燒特性：

生物質(zhì)燃料經(jīng)高壓形成后,密度遠(yuǎn)大于原生物質(zhì),燃燒相對穩(wěn)定。雖然點火溫度有所升高,點火性能變差,但比煤的點火性能好。由于生物質(zhì)燃料是經(jīng)過高壓而形成的塊狀燃料,其結(jié)構(gòu)與組織特征就決定了揮發(fā)分的逸出速度與傳熱速度都大大降低,但與煤相比顯得更為容易。因此,生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分特性指數(shù)大于煤的,其燃燒特性指數(shù)較煤的大。燃燒速度適中,能夠使揮發(fā)分放出的熱量及時傳遞給受熱面,使排煙熱損失降低;同時揮發(fā)分燃燒所需的氧與外界擴(kuò)散的氧很好的匹配,燃燒波浪較小,減少了固體與排煙熱損失。 

2、生物質(zhì)燃料熱水鍋爐 

2.1 生物質(zhì)燃料熱水鍋爐的結(jié)構(gòu) 

目前我國擁有多種型號生物質(zhì)燃料熱水鍋爐,按燃料品種可分為木質(zhì)顆粒鍋爐和秸稈顆粒鍋爐,按應(yīng)用場合可分為家用型和商用型。下吸式固定雙層爐排熱水爐是應(yīng)用較廣的一種結(jié)構(gòu)形式,其充分考慮生物質(zhì)燃料燃燒特性,由爐門、爐排、爐膛、受熱面、風(fēng)室、降塵室、爐墻、排汽管、煙道、煙囪等主要部分組成。

2.2 生物質(zhì)燃料熱水鍋爐的工作過程 

一定粒徑生物質(zhì)燃料經(jīng)上爐門加在爐排上,根據(jù)生物質(zhì)容易著火的燃料特性,片刻就會燃燒起來,在引風(fēng)機(jī)引導(dǎo)下進(jìn)行下吸式燃燒;上爐排漏下的燃料屑和灰渣到下爐膛底部繼續(xù)燃燒并燃燼,然后經(jīng)出灰口排出;燃料在上爐排上燃燒后形成的煙氣和部分可燃?xì)怏w透過燃料層、灰渣層進(jìn)入下爐膛繼續(xù)燃燒,并與下爐排上燃料產(chǎn)生的煙氣一起經(jīng)出高溫氣流出口流向后面的降塵室和對流受熱面,在充分熱交換后進(jìn)入煙囪排向外界

3、節(jié)能原理 

由有關(guān)燃燒理論可知,保持燃料充分燃燒的必要條件為保持足夠的爐膛溫度,合適的空氣量及與燃料良好的混合、足夠的燃燒時間和空間。因此,本文將依據(jù)生物質(zhì)燃料本身的特性,結(jié)合燃燒理論,針對鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能分析。 

3.1 爐排及爐膛 

生物質(zhì)燃料熱水鍋爐采用雙層爐排結(jié)構(gòu),即在手燒爐排一定高度另加一道水冷卻的鋼管式爐排,其成彎管直接插入上方鍋筒中,這種設(shè)計一方面增大了水冷爐排吸熱面積,另一方面加快了爐排與鍋筒內(nèi)回水的熱傳遞。 

燃料燃燒采用下吸式燃燒方式。成型燃料由上爐門加在上爐排上進(jìn)行預(yù)熱、燃燒,由于風(fēng)機(jī)的引導(dǎo),新燃料不會直接遇到高溫過熱煙氣,延緩了揮發(fā)分的集中析出,從而避免了爐膛溫度的波動,使燃燒趨于穩(wěn)定;同時,揮發(fā)分必須通過高溫氧化層,與空氣充分混合,在焦炭顆粒間隙中進(jìn)行著火燃燒;在完成一段燃燒過程后,上爐排形成的燃料屑和灰渣漏至下爐膛并繼續(xù)燃燒,直到燃燼。 

采用雙層爐排,實現(xiàn)了秸稈成型燃料的分步燃燒,緩解秸稈燃燒速度,達(dá)到燃燒需氧與供氧的匹配,使秸稈成型燃料穩(wěn)定持續(xù)完全燃燒,在提高燃料利用率的同時起到了消煙除塵作用。 

3.2 輻射受熱面 

早期的部分生物質(zhì)燃料熱水鍋爐設(shè)計布置不夠合理,水冷爐排直接與水箱相連,使得爐膛溫度過高,特別是上爐膛,致使上爐門附近爐墻墻體過熱,增加了鍋爐的散熱損失。在不斷優(yōu)化設(shè)計中,水箱被上下兩個鍋筒所代替,上鍋筒部分置于上爐膛上方,利用鍋筒里的水吸收燃料燃燒在上爐膛的熱量,從而增加輻射受熱面積,起到降低上爐膛溫度的目的,從而減少鍋爐的散熱損失,提高熱效率。 

3.3 對流受熱面 

生物質(zhì)燃料熱水鍋爐的對流受熱面分為兩個部分:降塵對流受熱面和降溫受熱面。對流受熱面極易發(fā)生以下現(xiàn)象:高溫?zé)煔馀c鍋筒中的水換熱不均,從而引起熱水部分出現(xiàn)沸騰,增加鍋爐運行的不穩(wěn)定因素;受整體外形約束,煙道長度設(shè)計偏短,導(dǎo)致煙氣與鍋筒里的水換熱不夠充分,使得排煙溫度過高,增加了鍋爐的排煙熱損失。為避免上述問題出現(xiàn),降溫對流受熱面與降塵對流受熱面常常采取分開布置;降溫?fù)Q熱面置于上鍋筒內(nèi),采用煙管并聯(lián)設(shè)計,增加煙氣與鍋筒中水的熱交換,降低排煙溫度,提高燃燒效率;降塵則利用鍋爐后部的下鍋筒及管路引起的煙氣通道面積的變化達(dá)到效果。 

3.4 爐門設(shè)計 

目前應(yīng)用較多的爐門設(shè)計為雙爐門。上爐門常開,作為投燃料與供應(yīng)空氣之用;下爐門用于清除灰渣及供給少量空氣,正常運行時微開,在清渣時打開;一方面保證了燃燒所需條件,另一方面減少了由于爐門多而造成的散熱損失。 

4.生物質(zhì)熱水鍋爐節(jié)能優(yōu)勢

(1)生物質(zhì)燃料熱水鍋爐依據(jù)生物質(zhì)燃料本身的特性,結(jié)合燃燒理論,在爐排及爐膛、輻射與對流受熱面、爐門等結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分挖掘節(jié)能潛力。鍋爐燃燒效率可達(dá)94.84%,熱效率為78.2%~81.25%。 

(2)生物質(zhì)燃料熱水鍋爐在技術(shù)性能上具有一定優(yōu)勢。節(jié)能方面,鍋爐熱效率和燃燒效率均高于傳統(tǒng)燃煤鍋爐,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn);廢氣排放方面,煙中NOx、CO、SO2及煙塵含量均低于燃煤鍋爐,符合清潔能源的要求。 

(3)生物質(zhì)燃料熱水鍋爐在運行費用上較其它類型設(shè)備要低,盡管目前其固定資產(chǎn)投入費相對較高。隨著節(jié)能環(huán)保要求的提高,此類鍋爐在經(jīng)濟(jì)效益上將會越來越具有優(yōu)勢。