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生物质致密燃料燃烧设备主要设计参数的试验确定


第40卷第3期
2006年 6月

河南农业大学学报
Journal of Henan

VoI.40 Jun·

No.3 2006

A咖cultural

University

文章簟号:1000—2340(2Q06}03—0329一

04

生物质致密燃料燃烧设备主要设计参数的试验确定
杨高峰1,4,杨富营2,叶玉莹3,刘圣勇4,苏超杰4,李文雅4
(1.平硕山工学院,河南平顶山467001;2.许昌职业技术学院,河南许昌461000;3.河南三鹿花花牛 有限公司,河南郑州450008;4.河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室,河南郑州450002)
擅耍:根据生转质致密燃料燃烧特性,燃烧设备热力特性厦作毒设计端烧谩备宾践与经驻,提出了生抽质裴密燃 料髂烧设备主要设计参数,在特制生物质致密燃料燃烧设备上,采用工业锅炉节能监洲方法(GB/T 15317— 1994),工业锅妒热工性能试验规程(GB 10180---2003),锅炉太气污染糖排放标准(GB 13271--2001)和慨妒媲尘铡
试方法(GB 5468—91),按4种工巩试验确定出单届炉排和双层妒排生袖质致密燃料燃烧设备主要设计参敷,从

而为生物质致密燃料燃烧设备设计厦技术改造提供科学依据. 美■词:生螗质量密燃井;燃烧设备;设计参数;革最屡炉排
中圈分类号:TK 229 文献标谀码:A

Test of

Main Design Parameters of Biomass Briquettes
Combustion Equipment

YANG Gao.fen91.YANG Fu.yin92,YE Yu.yi093,LIU Sheng-yon94,SU Chao.jid.LI Wen-ya4

(1.Pingdingshan

Institate of

Technology,Pingdingshan 467001,China;2.Xueheng Professional Technical

Institute,Xuchang

461000.China;3.Henan Sanlu—Huahuaniu Co.,Ltd,Zhengzheu 450008,China;4.

Key Laboratory of Renewable Energy of Ministry of Agriculture,Henan Agricultural University,Zhengzhou

450002,China)

Abstract:According

to

the specialty of biomass briquette combustion and combustion equipment thetmody-

namic,the authon's practice and experience in designing combustion equipment,the main design pamme—
ters

of the

biomass briquettes

combustion

equipment

are

put

forward.Using the monitoring and testing thermal performance te或code for in-

method for energy saving of industrial boilers(GB/T dustrial heiler3(GB fired heilers(GB

15137—94),the

10180--2003),the

emission

standard of air pollutants for coal—burning oil·burning gas- boiler smoke(GB

1327l一2001)andthetestmethodof

5468—91).the

authortests山e

these main design parameters of the biomass briquettes combustion equipment under the four working modes,
in terms siB for

of the single fire grate and the double fire grate combustion.This paper thus,provides scientific ba—
improving

designing and

the biomass briquettes

combustion

equipment.

Key words:biomass

briquettes;combustion

equipment;design

parameters;single

and

double

fire grates

20世纪70年代中期,由于全球性能源危机, 可再生能源的开发利用研究开始引起人们重视.人 们认识到煤,石油,天然气等化石能源的资源有限 性和环境污染问题.日益严重的环境问题,已引起
收藕日期:2005—09—02

国际社会的共同关注.环境问题与能源同题密切相 关,成为当今世界共同关注的焦点之一.生物质能 是一种可再生能源,资源丰富,环保无污染,燃烧几 乎没有s02产生.产生的c02气体和植物生长过程

薹盒璜目:河南省科技攻关项日(0511052000);群州市科技攻关项目(052SGYG34150) 作藿俺介:橱高峰(1970一).男,河南邓州人,讲师,硬士.从事热艟工程方面的研究;通讯作者:刘圣勇

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河南农业大学学报

第40卷

中需要吸收的c02在数_量上保持平衡"一l,被称为

热损失,烟气中烟尘含量,烟气中CO含量,烟气中

CO:中性燃料.生物质能将成为未来可持续能源 系统的重要组成部分,生物质能开发利用在许多圄 家得到了高度重视.但国内对生物质能的开发利用 仅刚刚起步,有些部门为燃用生物质致密燃料,在 未弄清生物质致密燃料燃烧理论的情况下,盲目把 原有的燃煤设备改为生物质致密燃料燃烧设备[2】. 但改造后的燃烧'没备不可避免地存在着炉膛的容 积,形状与生物质致密燃料燃烧不匹配,设备的受 热面与生物质致密燃料燃烧不匹配,致使燃烧设备 燃烧效率及热效率较低,出力及工厦参数下降,排
烟中污染物含量高L4 J.为了使生物质致密燃料能稳

c02含量,烟气中S02含量和烟气中NOx含量作为 燃烧设备的主要设计参数

2试验仪器与试验方法
2.1试验仪器 (1)KM9106综合燃烧分析仪;(2)3022热成像 仪}(3)IRT一2000A手持式快速红外测温仪;(4)

瓣j精密数字热电偶温度计;(5)应用3012H型自
动烟尘(气)测试仪;(6)c型压力表;(7)大气压力
计;(8)xaY—I A数显氧弹式量热计;(9)CLCH—

I型全自动碳氢元素分析仪;(10)烘干箱,马氟炉,
电子天平.

定,充分直接燃烧,根据生物质致密燃料燃烧理论 重新设计与研究生物质致密燃料专用燃烧设备是
非常重要的,也是非常紧迫的15].目前国内对生物

2,2试验方法 目前没有生物质成型燃烧设备主要设计参数 确定的试验方法.借鉴工业锅炉节能监测方法
(GB/T 15137—94),工业锅炉热工性能试验规程 (GB 10180--2003),锅炉大气幅染物排放标准(GB

质致密燃料燃烧设备的研究较少[6 3,缺乏生物质致 密燃料燃烧设备的设计参数.大多数设计单位都是 参照燃煤锅炉的设计参数,这样就不可避免的会存 在很多问题.生物质致密燃料燃烧设备的主要设计 参数的确定,是生物质致密燃料专用燃烧设备的设 计依据和关键,设计参数的选用正确与否是能否设 计出高效燃烧设备的关键.可见,生物质致密燃料 燃烧设备的设计参数的确定至关重要,为此作者提 出了生物质致密燃料燃烧设备主要设计参数试验
确定.

13271--2001)及锅炉烟尘测试方法(GB 5468—91) 的计算方法,采用4种工况对比试验与分析方法, 在特制单层炉排和双层炉排生物质致密燃料热水 锅炉上L9],对生物质致密燃料燃烧设备主要设计参
数进行试验确定.

3结果与分析
3.1双层炉排燃烧设备试验结果分析

1燃烧设备主要设计参数的提出
生物质致密燃料燃烧设备设计时,首先,炉膛 设计,炉膛大小的设计依据要通过炉膛体积热负 荷,炉膛内的过剩空气系数,炉膛截面热负荷和炉 膛侧面积热负荷;其次,炉排面积的设计,主要依据 炉排面积热负荷和单位有效燃料体积热负荷的大 小;第三,设备水冷壁及换热面的设计,需要依据传 热系数,排烟处的过剩空气系数和排烟温度太小; 第四,锅炉设计的水平要依据热效率的大小,热效 率测试时需要依据气体不完全燃烧热损失,固体不
完全燃烧热损失,散热损失,排烟热损失和灰渣的

分别采用4种工况对双层炉排燃烧设备主要

设计参数进行试验与确定"o川.试验结果如表l
所示.工况2(Gfp.r,=2.2),经济运行工况,燃烧状况 最好,烟尘及污染物含量符合国家锅炉烟气及枵染 物排放标准;工况3(O/p,.=3.16),燃烧设备产生热 水量最大,但燃烧效率较高,燃烧工况良好,烟尘及 污染物排放符合国家锅炉烟气及污染物排放标准; 工况l(Qpy=1.6),热效率低,燃烧设备出力低.燃 烧状况不好,不是燃烧设备应有的运行状态;工况 4(..=4.41),热效率最低,燃烧设备出力不高.燃
烧状况虽差,风门最大,耗电高,烟尘含量及污染物

物理热损失.第五,燃烧设备的排烟是否达标,主要 依据烟气中烟尘含量,co含量,c02含量,S02含量 和NOx含量来确定.为此,作者选用了炉膛体积热 负荷,炉膛内的过剩空气系数,炉膛截面热负荷,炉 膛侧面积热负荷,炉排面积热负荷,单位有效燃料
体积热负荷,传热系数,排烟处的过剩空气系数,排 烟温度,热效率,气体不完全燃烧热损失,固体不完

含量较高,燃烧设备不适应在此工况下运行.因此, 燃烧设备应在工况2及工况3之间运行.因此工况 2及工况3之间有关参数定为双层炉排燃烧设备 主要设计参数.
3.2单层炉排燃烧设备试验结果分析

分别采用4种工况对单层炉排燃烧设备主要 设计参数进行试验与确定,试验结果如表2所示. 工况2(排烟处过剩空气系数n.,=3.4),为经济运

全燃烧热损失,散热损失,排烟热损失,灰渣的物理

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第3期

杨高峰等:生物质致密燃料燃烧设备主要设计参数的试验确定

行工况.燃烧状况最好,烟尘及朽染物含量符合国

量高.因此燃烧设备应在工况2及工况3之间运

家烟尘及污染物稚放标准;工况3(a.,=5),燃烧设 备热水流量最大.但燃烧效率比工况2小,燃烧工 况良好,烟尘及污染物含量符合国家锅炉烟尘及污 染物排放标准;工况l(a.,=2.8),空气量不足,热 效率低.燃烧设备出力低,燃烧状况不好;工况4 (a.=7,4),风量过大,热效率最低,燃烧设备出力
不高.燃烧状况最燕,耗电高,烟尘含量及污染物含

行,工况2及工况3之间有关参数定为单层炉排燃 烧设备主要设计参数.总的来说,单层炉排燃烧工
况1,工况2,工况3及工况4燃烧效率低于双层炉 排燃烧相对应工况1,工况2,工况3及工况4,单层

炉排各工况下烟气中CO浓度,烟尘浓度YC高于
相应双层炉排各工况下,单层炉排各工况下烟气中 NO.,so,稍低于双层炉排各工况.

寰1取屡妒排燃烧设备设计参数试验结果
Table 1 The

experlmentsl r《ttlts

0f

the main

desi口iⅫtluneter

0f the dmablen five grate

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河南农业大学学报

第40卷

下炉膛截嘶面积/m2【删竹hearth四妇n
下炉拌面积/一Lower 下炉艟体积/m3 燃料体积/一Volume 下炉膛侧面积/t03
fire gmte
area

i L i L

L L L L L】L L

L L L L

Vcaume of down hearth d fuel

下炉臆截嘶热负荷/(kW·m.2)Low六heath
Lower hearth lateral offuel

surfa衄

燃料量/(h-h叫)Charge

—Reetion heat
area

load ●2 2 5 ,2 2 5

2 3 3 7 ,●,3

下炉排面积热负荷/(kW·111.2)Loweff

n珲目me

heat

load

炉膛体积热贝荷/(kW·mo)Hearth volun睫h哪loBd 单位有效燃料体积热负荷/(kW-m.')Unit 炉膣俺面积热负荷/(kW·m_)Hearth 进烟处过剩卒气幕数ExLm_sive 进烟焓t(kJ·k一)Gas 排烟温度/℃Exlmust
enthalpy lateral effieiencY fuel volume heat load

surf眦e

h

load

进熘处强度/℃Temperature at殍B卸tnⅢce
air coefficient
at

g峙enk驵ce
9 ● 3 4

aI册tfatlee

smoke temperature

排烟处过剩空气幕数Exhsust 8moke出coefficient 排烟焙/(kJ·kg叫)Exhaust amke enthelpy 热效卑/%Thermal eltleie"y 排烟热损失/%ExhauJt
sraoke he.at loss ● 3 4 4

气体不完全燃烧热损失/%c聃im#ect eombumion 10婚
固体不完全燃烧热损失/%Solid 散热损失/%H朋t-sinkinK
loss heat imperfect combustion l髑8

灰渣物理热损失/%Physical slag 传热面积/音№m tmnderin8帆8 烟尘古量/(rag-nlo)Content 烟气中CO胄量/%c呻knl 烟气中c02禽量/%Cow,tent 烟气中S02吉量/%Content 烟气中NO,青量/%Cnntent

1嘲
coefficient O O 0 O

传热系数/(kW-m-2·℃")Heattrandeaing
of CO in of

offume in smoke

smoke

C02 in amoke
0 O

of s02 in smoke of NOx in smoke

黧翟总裁翟麓嚣篡淼篙篡=唿能翟

0 0

篡翟篙竺嚣黧篇篡黧篙 裟嘴譬淼

O O

O

~川脚i兰九一~ 一 ~!曼一m=}~ ⅫⅢ~一 撕一¨~

O

鬟翟冀篡麓篡嚣:.¨∞们意m蛐册言篡{瑚脚m冀¨艘Ⅲ端¨渤裟舯瑚Ⅲ盎m啪跏孟∞瑚邺一扯Ⅲ舢

4结论
"根据4种工况对比试验与分析,生物质致密 燃料燃烧设备双层炉燃烧及单层炉排燃烧的炉膛 截面积热负荷qF,炉排面积热负荷qR,炉膛体积热 负荷q.,单位有效燃料体积热负荷q,,炉膛内过剩

烧条件下,燃烧设备的热效率高,出力较大,气体及 固体不完全燃烧小,而且排烟中烟尘含量NOx,s02

含量低,符合国家锅炉污染物排放标准要求. 3)采用了4种工况对比试验与分析方法,这将 对多工况运行燃烧设备的主要设计参数的确定提
供参考. 4)由于试验条件及各种因素的影响,作者仅

空气系数%,排烟处过剩空气系数n.热效率_,
传热系数量等主要设计参数,从而为生物质致密 燃料燃烧设备的设计,改造,运行及推广提供了重
要的依据. 2)通过对2种燃烧设备燃烧情况对比试验,可

对玉米秸秆成型燃料燃烧设备的主要设计参数进 行了试验与确定.对其他生物质致密燃料燃烧设备 的试验研究有待予继续深人开展.
参考文献 [1]刘雅琴.大力开发工业锅炉生物质燃烧技术前景分析 [J].工业锅炉,1999(3):2—3. [2]刘圣勇,陈开碇,张百良国内外生物质成型燃料设备 研究与开发现状【j].可再生能源,2002(4):14—15.

以看出,双层炉排燃烧效率高于单层炉排燃烧效 率,双层炉排燃烧时的各项热损失比单层炉排燃烧
时小,双层炉排燃烧时烟气中的CO含量及烟尘含

量比单层炉排燃烧时小.所以在实际应用时,应采
用双层炉排燃烧方式.在使用双层炉排燃烧时,应

使燃烧设备过剩空气系数a.=1.5—2.5,在此燃

(下转第337页)

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第,期

李彩霞:基于Web的数据仓库技术及其在高校综合管理中的应用

337

(上接第332页)
【3 3
MANN M K,SPATH
P

L.Life

cycle∞aB∞∞mem
power

el"a

【7]

张梦珠工业锅炉与设计(M].北京;水利电力出版
杜,1993

blomass gasification combined-cycle

system[M]威 [8]

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张永涛.锅炉设备及系统[M].北京:中国电力出版
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