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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(chǎng)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(lèi)鍋爐基本達(dá)到無(wú)煙化完全燃燒的效果，排放達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。 1、生物質(zhì)燃料
1.1生物質(zhì)燃料是指通過(guò)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(yùn)輸和貯存。在壓縮過(guò)程中以物理變化為主，其元素組成及微觀(guān)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(jì)燃燒設(shè)備時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮揮發(fā)分的問(wèn)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(duì)穩(wěn)定。雖然點(diǎn)火溫度有所升高，點(diǎn)火性能變差，但比煤的點(diǎn)火性能好。由于生物質(zhì)燃料是經(jīng)過(guò)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(shí)傳遞給受熱面，使排煙熱損失降低;同時(shí)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(guó)擁有多種型號(hào)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(chǎng)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(mén)、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(guò)程
一定粒徑生物質(zhì)燃料經(jīng)上爐門(mén)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(huì)燃燒起來(lái)，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?tīng)t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(guò)燃料層、灰渣層進(jìn)入下?tīng)t膛繼續(xù)燃燒，并與下?tīng)t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(duì)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(shí)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(duì)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(jì)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(mén)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(huì)直接遇到高溫過(guò)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(dòng)，使燃燒趨于穩(wěn)定;同時(shí)，揮發(fā)分必須通過(guò)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(guò)程后，上爐排形成的燃料屑和灰渣漏至下?tīng)t膛并繼續(xù)燃燒，直到燃燼。
采用雙層爐排，實(shí)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(shí)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(jì)布置不夠合理，水冷爐排直接與水箱相連，使得爐膛溫度過(guò)高，特別是上爐膛，致使上爐門(mén)附近爐墻墻體過(guò)熱，增加了鍋爐的散熱損失。在不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)中，水箱被上下兩個(gè)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(duì)流受熱面
生物質(zhì)燃料熱水鍋爐的對(duì)流受熱面分為兩個(gè)部分：降塵對(duì)流受熱面和降溫受熱面。對(duì)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(yùn)行的不穩(wěn)定因素;受整體外形約束，煙道長(zhǎng)度設(shè)計(jì)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(guò)高，增加了鍋爐的排煙熱損失。為避免上述問(wèn)題出現(xiàn)，降溫對(duì)流受熱面與降塵對(duì)流受熱面常常采取分開(kāi)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(jì)，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(mén)設(shè)計(jì)
目前應(yīng)用較多的爐門(mén)設(shè)計(jì)為雙爐門(mén)。上爐門(mén)常開(kāi)，作為投燃料與供應(yīng)空氣之用;下?tīng)t門(mén)用于清除灰渣及供給少量空氣，正常運(yùn)行時(shí)微開(kāi)，在清渣時(shí)打開(kāi);一方面保證了燃燒所需條件，另一方面減少了由于爐門(mén)多而造成的散熱損失。
4.生物質(zhì)熱水鍋爐節(jié)能優(yōu)勢(shì)
(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(duì)流受熱面、爐門(mén)等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shì)。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(guò)國(guó)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(yùn)行費(fèi)用上較其它類(lèi)型設(shè)備要低，盡管目前其固定資產(chǎn)投入費(fèi)相對(duì)較高。隨著節(jié)能環(huán)保要求的提高，此類(lèi)鍋爐在經(jīng)濟(jì)效益上將會(huì)越來(lái)越具有優(yōu)勢(shì)。
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