產(chǎn)品詳情
達(dá)冠抗結(jié)渣不結(jié)渣生物質(zhì)燃燒機(jī)研究
【摘要】針對(duì)我國秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料灰含量高、灰熔點(diǎn)低而導(dǎo)致燃燒過程中易結(jié)渣、生物質(zhì)燃燒機(jī)易熄火、燃燒不穩(wěn)定等問題，采用多級(jí)配風(fēng)原理設(shè)計(jì)出高效雙層燃燒筒裝置實(shí)現(xiàn)三級(jí)配風(fēng)同時(shí)研究了螺旋清灰破渣機(jī)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上研制了生物質(zhì)顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)。采用玉米秸稈顆粒燃料和落葉松木質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行了燃燒試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，本生物質(zhì)燃燒機(jī)的多級(jí)配風(fēng)結(jié)構(gòu)和破渣清灰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理燃燒效率達(dá)到91%，能夠有效地將燃燒過程中產(chǎn)生的灰渣排出，結(jié)渣率明顯下降實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定燃燒。與瑞典PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)相比，以玉米秸稈顆粒為燃料時(shí)，本生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒效率提高了%、結(jié)渣率降低了25 94，燃料適應(yīng)性廣。
列言
生物質(zhì)顆粒燃料是一種典型的生物質(zhì)固體成型燃料，具有高效、潔凈、容易點(diǎn)火、C（2近零排放等優(yōu)點(diǎn)，可替代煤炭等化石燃料應(yīng)用于炊事、供暖等民用領(lǐng)域和鍋爐燃燒、發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域，近幾年來在歐盟、北美、中國得到了迅速發(fā)展[1 q1。生物質(zhì)顆粒燃料另一優(yōu)點(diǎn)是能夠應(yīng)用于小型生物質(zhì)鍋爐、熱風(fēng)爐、采暖爐中，通過采用顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及連續(xù)自動(dòng)燃燒‘4~a。
經(jīng)過多年的研究，生物質(zhì)顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，尤其是在瑞典，僅2006年生物質(zhì)顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)（< 銷售量達(dá)到32000臺(tái)陽。根據(jù)進(jìn)料方式不同，生物質(zhì)燃燒機(jī)可分為3種類型：上進(jìn)料式、下進(jìn)料式、水平進(jìn)料式，目前歐洲市場(chǎng)上多采用上進(jìn)料式顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)”峭1。這些生物質(zhì)燃燒機(jī)主要采用木質(zhì)顆粒作為燃料，木質(zhì)顆粒具有熱值高、灰分低、灰熔點(diǎn)較高燃燒后不易結(jié)渣等優(yōu)點(diǎn)，因此國外生物質(zhì)燃燒機(jī)在設(shè)計(jì)方面沒有專門的破渣、清灰機(jī)構(gòu)，多采用人工清灰，間隔在。近年來我國在生物質(zhì)燃?xì)馍镔|(zhì)燃燒機(jī)方面進(jìn)行了一些研究，但在生物質(zhì)固體成型燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)方面的研究較少，同時(shí)由于我國的生物質(zhì)成型燃料以農(nóng)作物秸稈為主，與木質(zhì)顆粒燃料相比，秸稈類顆粒燃料中的灰分高、灰熔點(diǎn)低、堿金屬含量較高燃燒過程中易出現(xiàn)結(jié)渣、堿金屬及氯腐蝕、設(shè)備內(nèi)積灰嚴(yán)重等問題，試驗(yàn)表明國外的生物質(zhì)燃燒機(jī)不適合我國的秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料。
因此本文針對(duì)秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料的特性，采用多級(jí)配風(fēng)原王里，設(shè)計(jì)出高效雙層燃燒簡裝置，實(shí)現(xiàn)三級(jí)配風(fēng)，同時(shí)研究螺旋清灰破渣裝置，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)生物質(zhì)顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)，并分別采用秸稈顆粒燃料和木質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行相關(guān)燃燒試驗(yàn)，并與瑞典的PX-20型上進(jìn)料式生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
PB-20型生物質(zhì)固體顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)主要應(yīng)用秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料，采用多級(jí)配風(fēng)原理，設(shè)計(jì)出高效雙層燃燒簡裝置，實(shí)現(xiàn)三級(jí)配風(fēng)，以保證顆粒燃料的充分燃燒；同時(shí)，在燃燒室內(nèi)設(shè)有螺旋清灰破渣裝置，由燃料推進(jìn)螺旋、燃燒攪動(dòng)螺旋和灰渣排出螺旋3部分組成。
工作時(shí)，生物質(zhì)顆粒從落料管進(jìn)入燃燒內(nèi)筒之后，在燃料推進(jìn)螺旋的作用下，快速、平穩(wěn)的推進(jìn)到燃燒室，即燃燒內(nèi)筒中間位置。在顆粒燃料燃燒過程中，燃燒攪動(dòng)螺旋能夠?qū)⑷紵娜剂蠑噭?dòng)，有效防止燃料結(jié)渣。整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由落料管6清灰破渣裝置2燃燒內(nèi)筒玉外筒4電動(dòng)機(jī)10風(fēng)機(jī)蟲自動(dòng)控制裝置8等部分組成。
燃燒過程中，顆粒燃料從落料口進(jìn)入到高效雙層燃燒簡裝置，該裝置由燃燒內(nèi)筒、燃燒外筒組成，過風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)三緞配風(fēng)：一次空氣和自動(dòng)點(diǎn)火所需的熱空氣由燃燒內(nèi)筒后端直接進(jìn)入，二次空氣通過雙層套筒夾層預(yù)熱后由燃燒內(nèi)筒壁上的小孔進(jìn)入，燃燒室頂端設(shè)有配風(fēng)孔，作為三次風(fēng)。螺旋清灰破渣裝置安裝在燃燒內(nèi)筒中，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，在顆粒燃料燃燒過程中，顆粒燃料通過螺旋裝置向前輸送，同時(shí)燃燒后的灰分、灰渣由螺旋推出。
該生物質(zhì)燃燒機(jī)采用電阻絲加熱點(diǎn)火，不僅能夠用于木質(zhì)顆粒燃料，而且能夠應(yīng)用玉米、小麥、棉花、水稻等秸稈類顆粒燃料，外形尺寸（長×寬×高）
2 1清灰破渣裝置
為解決秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料燃燒后灰分多、易結(jié)渣等問題，在燃燒室內(nèi)安裝了螺旋清灰破渣裝置，如圖2所示，由燃料推進(jìn)螺旋、燃燒攪動(dòng)螺旋和灰渣排出螺旋3部分組成，另外燃燒攪動(dòng)螺旋上安裝破渣齒，破渣齒上有鋒利的鋸齒，既防止螺旋上結(jié)渣，又防止燃燒內(nèi)筒上結(jié)渣。
螺旋清灰破渣裝置安裝在燃燒內(nèi)筒中，在整個(gè)輸送長度的任一對(duì)應(yīng)點(diǎn)都產(chǎn)生相同的軸向推力和離心力，其形式類似于彈簧螺旋輸送杌。螺旋清灰破渣裝置的轉(zhuǎn)速對(duì)物料的輸送、燃燒、灰渣的排出有較大的影響，速度過大，導(dǎo)致燃燒不充分，過小將導(dǎo)致灰渣堆積在燃燒筒內(nèi)，影響燃燒性能。該螺旋裝置輸送能力為。
不同種類的秸稈顆粒燃料燃燒后產(chǎn)生的灰分、灰渣差異較大，試驗(yàn)表明，每千克玉米秸稈顆粒燃料燃燒后的灰渣量為65～250 g小麥為68～180 g棉稈為216.2～430 g紅松為50.9～135筍該生物質(zhì)燃燒機(jī)設(shè)計(jì)的最大進(jìn)料量為10 k9/}1由于燃燒過程中，存在于生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)簡中的是灰渣與未燃盡燃料的混合物，因此生物質(zhì)燃燒機(jī)運(yùn)行時(shí)，清灰破渣裝置的輸送能力應(yīng)在Q 65～12 k9/h之間。
顆粒密度能夠影響燃燒特性，顆粒密度越大，燃燒持續(xù)時(shí)間越長，不同種類的秸稈顆粒燃料的密度差異較大，而且不同批次的燃料，其密度也存在差異。一般在1～1.3夥c-nf
不同用途的彈簧螺旋系數(shù)膨F同，垂直和傾斜輸送時(shí)K—0 8水平輸送時(shí)K=1.6～1.8本裝置中取Kl．Z
在燃燒內(nèi)筒中螺旋清灰破渣裝置的直徑越大，越容易將燃燒后的灰渣排出，對(duì)生物質(zhì)燃燒機(jī)的進(jìn)風(fēng)影響越小，生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)簡直徑為125 nry考慮到螺旋的安裝空間以及加工精度，本螺旋的直徑為120 rrrn
螺旋裝置的轉(zhuǎn)速寫其直徑、螺距有關(guān)，螺旋螺距越大，燃料、灰渣的輸入速度越快，為保證顆粒燃料的快速輸送、燃燒充分以及燃燒后灰渣的快速排出，燃料推進(jìn)螺旋、攪動(dòng)螺旋、灰渣排出螺旋的螺距分別為7.5、6．Q 9.0Q11
將各參數(shù)代入式(1)可得螺旋轉(zhuǎn)速與螺距的關(guān)系，如表1所示。
表1螺旋轉(zhuǎn)速與螺距的對(duì)應(yīng)關(guān)系
由此可見，由于燃燒過程中螺旋的輸送量比較小。螺旋的轉(zhuǎn)速較低。雖然燃料推進(jìn)螺旋、攪動(dòng)螺旋、灰渣排出螺旋3部分螺距不同，但3部分螺旋同軸，轉(zhuǎn)速相同，根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)螺旋的轉(zhuǎn)速為
7m乎即可滿足要求。
螺旋清灰破渣的電機(jī)為齒輪減速電動(dòng)機(jī)，功率為is W電壓為220 V固定轉(zhuǎn)速為7rlmtn額定轉(zhuǎn)矩為1. 18 k9 cri配上調(diào)速裝置，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速可在0～7 rlmin之間無極變速。
螺旋清灰破渣裝置需要在高溫下工作，因此材質(zhì)選擇耐熱不銹鋼，并進(jìn)行了相關(guān)調(diào)質(zhì)處理，耐高溫度達(dá)到1 200℃以上。
2 2雙層燃燒筒
針對(duì)秸稈顆粒燃料揮發(fā)份高的特性，本生物質(zhì)燃燒機(jī)的燃燒筒采用多級(jí)配風(fēng)原理設(shè)計(jì)了雙層燃燒筒結(jié)構(gòu)，如圖3所示，由燃燒內(nèi)筒和燃燒外筒組成。燃燒釙筒套在內(nèi)筒上，有3～5 rrrn間隙，但在燃燒外筒最外端有倒角，與內(nèi)筒緊密連接，也保證配風(fēng)從燃燒內(nèi)筒的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，同時(shí)也能預(yù)熱二次風(fēng)。其中在燃燒內(nèi)筒后端、低端和圓筒周圍開有不同的進(jìn)風(fēng)孔。
l燃燒外筒2燃燒內(nèi)筒3進(jìn)風(fēng)孔
在燃燒內(nèi)筒的后端開有一排進(jìn)風(fēng)孔，截面形狀是5 rrrn×10 rrrn的方孑L，能夠提供自動(dòng)點(diǎn)火時(shí)所需要的熱空氣，同時(shí)也提供一次進(jìn)風(fēng)，與揮發(fā)份發(fā)生反應(yīng)。在燃燒內(nèi)筒低端開有6列進(jìn)風(fēng)孔，間隔為25 rruy其中每列5個(gè)進(jìn)風(fēng)口，間隔為20 rrq二次空氣通過雙層套筒夾層預(yù)熱后由這些小孔進(jìn)入，與燃料中析出的揮發(fā)分、未燃盡的固定碳等發(fā)生燃燒反應(yīng)。在燃燒筒前端設(shè)有配風(fēng)孔，呈圓周排料，作為三次風(fēng)與揮發(fā)份充分混合在燃燒筒外燃燒，從而提高燃燒效率。
2 3其他部件
生物質(zhì)燃燒機(jī)的進(jìn)料采用螺旋輸送原理，設(shè)計(jì)了可調(diào)式進(jìn)料裝置，通過料倉能夠?qū)㈩w粒燃料平穩(wěn)地輸送到生物質(zhì)燃燒機(jī)的落料口，然后進(jìn)入燃燒內(nèi)筒。
生物質(zhì)燃燒機(jī)哭用離心式風(fēng)機(jī)，具有工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)穩(wěn)、噪音小、操作簡單等特點(diǎn)。采用電阻絲加熱點(diǎn)火。同時(shí)，初步設(shè)計(jì)了進(jìn)料量、燃燒溫度以及進(jìn)風(fēng)量等的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的進(jìn)料量、燃燒溫度來控制進(jìn)風(fēng)量。
3燃燒試驗(yàn)所用生物質(zhì)顆粒燃料為玉米秸稈顆粒燃料和落葉松木質(zhì)顆粒燃料，在大興禮賢生物質(zhì)顆粒燃料公司生產(chǎn)，由農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院研制的485型生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)壓制成圓柱型顆粒燃料，直徑8 rrrrl長度10～30 rruy為保證進(jìn)料均勻，顆粒燃料處理為長度15 rrrn左右，采用螺旋上料機(jī)構(gòu)均勻進(jìn)3.1試驗(yàn)材料 料，進(jìn)料量為6. 67 k9/b兩種顆粒燃料收到基的主
樣機(jī)制造后。 要特性如表2所示。
3.2試驗(yàn)方法
由于目前沒有生物質(zhì)燃燒機(jī)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，因此測(cè)試生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的相關(guān)參數(shù)日寸，將其安裝熱水鍋爐中，然后進(jìn)行測(cè)試。本試驗(yàn)是將生物質(zhì)燃燒機(jī)安裝在功率20研的生物質(zhì)顆粒鍋爐中，測(cè)試內(nèi)容包括燃燒效率、污染物排放、底灰結(jié)渣率以及燃燒后的清渣情況、正常運(yùn)行時(shí)間等，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參考GB/rll0180_ 2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)艦程））o燃燒效率：通過測(cè)試進(jìn)出水溫度、進(jìn)料量、熱值以及測(cè)試燃燒后灰渣可燃物含量和煙氣中一氧化碳的含量等進(jìn)行正平衡、反平衡兩種方法計(jì)算。污染物排放特性：采用綜合煙氣分析儀（KM9106）對(duì)煙氣進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和記錄，煙氣的采樣點(diǎn)在距煙囪與熱水鍋爐相接2倍煙囪直徑處。底灰結(jié)渣率：生物質(zhì)燃燒機(jī)停止后，冷卻，將燃燒內(nèi)筒內(nèi)底灰全部取出，稱質(zhì)量并記為q，篩分灰渣中粒度大于6 mm的渣塊，稱質(zhì)量并記為嗎，則粒度大于6 rrrn的渣塊占總灰渣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，稱為該試樣的底灰結(jié)渣質(zhì)量率C即C一嗎Iml×100%。清渣情況：燃燒后，將燃燒筒內(nèi)的灰渣清出、稱量。
試驗(yàn)儀器主要包括數(shù)字溫度表、流量計(jì)、Ⅺ嗎106型綜合煙氣分析儀、G J-2密封式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)、XI-1箱型高溫爐、101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、ZDHW-5型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀、Varjo EljL素分析儀、VSE-MPX型等離子發(fā)射光譜儀、BS4223 SCⅣ型分析天平、P12002型電子天平、SZ11]4型往復(fù)式自動(dòng)振篩機(jī)等。
3.3結(jié)果與分析
3.3.1PB-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)性能測(cè)試
按照試驗(yàn)要求，該生物質(zhì)顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)在匹配生物質(zhì)熱水鍋爐，使用玉米秸稈顆粒為燃料，正常運(yùn)行3l幅．進(jìn)行測(cè)試相關(guān)參數(shù)。
燃燒過程中發(fā)現(xiàn)，螺旋清灰破渣裝置能夠平穩(wěn)地將顆粒燃料推送到燃燒室，且能夠有效地排出燃燒后的灰分和灰渣，在燃燒室中未發(fā)現(xiàn)灰分、灰渣堆積現(xiàn)象，保證了生物質(zhì)燃燒機(jī)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
額定負(fù)荷下，該生物質(zhì)燃燒機(jī)的正平衡熱效率為83. 07%反平衡熱效率為84. 84%，平均熱效率達(dá)83. 9%，經(jīng)折算，該生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒效率為91%。結(jié)果表明該生物質(zhì)燃燒機(jī)設(shè)計(jì)的多級(jí)配風(fēng)機(jī)構(gòu)能夠改善顆粒燃料燃燒質(zhì)量，保證充分燃燒。此外，該生物質(zhì)燃燒機(jī)在燃燒過程中的污染物排放量較低，在標(biāo)態(tài)下N蛐勺排放量為74 mg/n/，SQ排放濃度小于1 mg/n/，煙塵排放濃度為40 mg/nf，林格曼黑度小于1級(jí)，污染物排放符合國家標(biāo)準(zhǔn)。這表明在燃燒過程中，該生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的多級(jí)配風(fēng)結(jié)構(gòu)以及螺旋清灰破渣裝置能夠使顆粒燃料與空氣充分混合，使燃燒更加充分，提高了燃燒效率。
燃燒后將灰渣全部取出，稱量、篩分、再稱量，經(jīng)計(jì)算，底灰結(jié)渣率為2 3%,結(jié)果表明在燃燒過程中，螺旋清灰破渣裝置的攪動(dòng)，不僅能提高燃燒效率，同時(shí)也能夠降低燃燒過程中的結(jié)渣量。
3.3.2兩種生物質(zhì)燃燒機(jī)對(duì)比試驗(yàn)
試驗(yàn)中采用玉米秸稈顆粒燃料和落葉松木質(zhì)顆粒燃料與瑞典的PX-20型上進(jìn)料式生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)．測(cè)試結(jié)果如表3所示。
在燃用落葉松木質(zhì)顆粒燃料時(shí)，由于該木質(zhì)顆粒燃料灰含量低、灰熔點(diǎn)高，燃燒過程中無結(jié)渣現(xiàn)象、灰分較少，使用兩種生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒時(shí)底灰結(jié)渣率均為零，燃燒效率都在90%以上，均能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
在燃用玉米秸稈顆粒燃料時(shí)，由于秸稈類顆燃料灰含量高、灰熔點(diǎn)低，燃燒后結(jié)渣嚴(yán)重、灰分較第1 1期 姚宗路等：抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)研究高，PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)由于無清灰裝置以及配風(fēng)不完善等問題，正常運(yùn)行15～20 min后，由于燃燒室內(nèi)的灰渣較多，生物質(zhì)燃燒機(jī)自動(dòng)停止工作。在正常運(yùn)行期間，測(cè)試的燃燒效率為82%，底灰結(jié)渣率為48. 94%。 PB-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)，由于采用螺旋清灰破渣裝置，能夠有效地清理灰渣，保證了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，在燃燒過程中，未出現(xiàn)自動(dòng)熄火現(xiàn)象。另外由于螺旋清灰破渣裝置的攪動(dòng)以及多級(jí)配風(fēng)機(jī)構(gòu)，燃燒后底灰結(jié)渣率比PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)有明顯降低，燃燒效率也明顯提高。
結(jié)果表明，瑞典PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)是針對(duì)灰含量低、灰熔點(diǎn)高的木質(zhì)顆粒燃料設(shè)計(jì)的，并不適應(yīng)灰含量高、灰熔點(diǎn)低的秸稈類顆粒燃料。
4結(jié)論
(1) PB-20型生物質(zhì)固體顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)采用高效雙層燃燒筒和螺旋清灰破渣裝置，實(shí)現(xiàn)了三級(jí)配風(fēng)，提高了燃燒效率，燃燒過程中能夠有效將灰渣排出，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定燃燒解決了秸稈顆粒燃料由于灰含量高、灰熔點(diǎn)低導(dǎo)致燃燒過程中易結(jié)渣生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)易熄火、燃燒性能差等問題。
(2)試驗(yàn)結(jié)果表明，該生物質(zhì)燃燒機(jī)采用玉米顆粒燃料，燃燒效率達(dá)到91%，結(jié)渣率為23%，污染物排放能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。與瑞典PX-20犁生物質(zhì)燃燒機(jī)相匕匕，兩種生物質(zhì)燃燒機(jī)都能應(yīng)用于木質(zhì)顆粒燃料，但以玉米秸稈顆粒為燃料時(shí)，本生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒效率提高了9%，燃燒后底灰結(jié)渣率明顯降低了25. 94%，燃料適應(yīng)性更廣泛。
(3)本生物質(zhì)燃燒機(jī)能夠與熱風(fēng)爐、采暖鍋爐等設(shè)備匹配，應(yīng)用木質(zhì)顆粒燃料和秸稈類顆粒燃料，滿足供熱采暖等需求，有利于促進(jìn)我國生物質(zhì)固體成型燃料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
【摘要】針對(duì)我國秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料灰含量高、灰熔點(diǎn)低而導(dǎo)致燃燒過程中易結(jié)渣、生物質(zhì)燃燒機(jī)易熄火、燃燒不穩(wěn)定等問題，采用多級(jí)配風(fēng)原理設(shè)計(jì)出高效雙層燃燒筒裝置實(shí)現(xiàn)三級(jí)配風(fēng)同時(shí)研究了螺旋清灰破渣機(jī)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上研制了生物質(zhì)顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)。采用玉米秸稈顆粒燃料和落葉松木質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行了燃燒試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，本生物質(zhì)燃燒機(jī)的多級(jí)配風(fēng)結(jié)構(gòu)和破渣清灰機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理燃燒效率達(dá)到91%，能夠有效地將燃燒過程中產(chǎn)生的灰渣排出，結(jié)渣率明顯下降實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定燃燒。與瑞典PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)相比，以玉米秸稈顆粒為燃料時(shí)，本生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒效率提高了%、結(jié)渣率降低了25 94，燃料適應(yīng)性廣。
列言
生物質(zhì)顆粒燃料是一種典型的生物質(zhì)固體成型燃料，具有高效、潔凈、容易點(diǎn)火、C（2近零排放等優(yōu)點(diǎn)，可替代煤炭等化石燃料應(yīng)用于炊事、供暖等民用領(lǐng)域和鍋爐燃燒、發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域，近幾年來在歐盟、北美、中國得到了迅速發(fā)展[1 q1。生物質(zhì)顆粒燃料另一優(yōu)點(diǎn)是能夠應(yīng)用于小型生物質(zhì)鍋爐、熱風(fēng)爐、采暖爐中，通過采用顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及連續(xù)自動(dòng)燃燒‘4~a。
經(jīng)過多年的研究，生物質(zhì)顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，尤其是在瑞典，僅2006年生物質(zhì)顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)（< 銷售量達(dá)到32000臺(tái)陽。根據(jù)進(jìn)料方式不同，生物質(zhì)燃燒機(jī)可分為3種類型：上進(jìn)料式、下進(jìn)料式、水平進(jìn)料式，目前歐洲市場(chǎng)上多采用上進(jìn)料式顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)”峭1。這些生物質(zhì)燃燒機(jī)主要采用木質(zhì)顆粒作為燃料，木質(zhì)顆粒具有熱值高、灰分低、灰熔點(diǎn)較高燃燒后不易結(jié)渣等優(yōu)點(diǎn)，因此國外生物質(zhì)燃燒機(jī)在設(shè)計(jì)方面沒有專門的破渣、清灰機(jī)構(gòu)，多采用人工清灰，間隔在。近年來我國在生物質(zhì)燃?xì)馍镔|(zhì)燃燒機(jī)方面進(jìn)行了一些研究，但在生物質(zhì)固體成型燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)方面的研究較少，同時(shí)由于我國的生物質(zhì)成型燃料以農(nóng)作物秸稈為主，與木質(zhì)顆粒燃料相比，秸稈類顆粒燃料中的灰分高、灰熔點(diǎn)低、堿金屬含量較高燃燒過程中易出現(xiàn)結(jié)渣、堿金屬及氯腐蝕、設(shè)備內(nèi)積灰嚴(yán)重等問題，試驗(yàn)表明國外的生物質(zhì)燃燒機(jī)不適合我國的秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料。
因此本文針對(duì)秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料的特性，采用多級(jí)配風(fēng)原王里，設(shè)計(jì)出高效雙層燃燒簡裝置，實(shí)現(xiàn)三級(jí)配風(fēng)，同時(shí)研究螺旋清灰破渣裝置，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)生物質(zhì)顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)，并分別采用秸稈顆粒燃料和木質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行相關(guān)燃燒試驗(yàn)，并與瑞典的PX-20型上進(jìn)料式生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
PB-20型生物質(zhì)固體顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)主要應(yīng)用秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料，采用多級(jí)配風(fēng)原理，設(shè)計(jì)出高效雙層燃燒簡裝置，實(shí)現(xiàn)三級(jí)配風(fēng)，以保證顆粒燃料的充分燃燒；同時(shí)，在燃燒室內(nèi)設(shè)有螺旋清灰破渣裝置，由燃料推進(jìn)螺旋、燃燒攪動(dòng)螺旋和灰渣排出螺旋3部分組成。
工作時(shí)，生物質(zhì)顆粒從落料管進(jìn)入燃燒內(nèi)筒之后，在燃料推進(jìn)螺旋的作用下，快速、平穩(wěn)的推進(jìn)到燃燒室，即燃燒內(nèi)筒中間位置。在顆粒燃料燃燒過程中，燃燒攪動(dòng)螺旋能夠?qū)⑷紵娜剂蠑噭?dòng)，有效防止燃料結(jié)渣。整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由落料管6清灰破渣裝置2燃燒內(nèi)筒玉外筒4電動(dòng)機(jī)10風(fēng)機(jī)蟲自動(dòng)控制裝置8等部分組成。
燃燒過程中，顆粒燃料從落料口進(jìn)入到高效雙層燃燒簡裝置，該裝置由燃燒內(nèi)筒、燃燒外筒組成，過風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)三緞配風(fēng)：一次空氣和自動(dòng)點(diǎn)火所需的熱空氣由燃燒內(nèi)筒后端直接進(jìn)入，二次空氣通過雙層套筒夾層預(yù)熱后由燃燒內(nèi)筒壁上的小孔進(jìn)入，燃燒室頂端設(shè)有配風(fēng)孔，作為三次風(fēng)。螺旋清灰破渣裝置安裝在燃燒內(nèi)筒中，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，在顆粒燃料燃燒過程中，顆粒燃料通過螺旋裝置向前輸送，同時(shí)燃燒后的灰分、灰渣由螺旋推出。
該生物質(zhì)燃燒機(jī)采用電阻絲加熱點(diǎn)火，不僅能夠用于木質(zhì)顆粒燃料，而且能夠應(yīng)用玉米、小麥、棉花、水稻等秸稈類顆粒燃料，外形尺寸（長×寬×高）
2 1清灰破渣裝置
為解決秸稈類生物質(zhì)顆粒燃料燃燒后灰分多、易結(jié)渣等問題，在燃燒室內(nèi)安裝了螺旋清灰破渣裝置，如圖2所示，由燃料推進(jìn)螺旋、燃燒攪動(dòng)螺旋和灰渣排出螺旋3部分組成，另外燃燒攪動(dòng)螺旋上安裝破渣齒，破渣齒上有鋒利的鋸齒，既防止螺旋上結(jié)渣，又防止燃燒內(nèi)筒上結(jié)渣。
螺旋清灰破渣裝置安裝在燃燒內(nèi)筒中，在整個(gè)輸送長度的任一對(duì)應(yīng)點(diǎn)都產(chǎn)生相同的軸向推力和離心力，其形式類似于彈簧螺旋輸送杌。螺旋清灰破渣裝置的轉(zhuǎn)速對(duì)物料的輸送、燃燒、灰渣的排出有較大的影響，速度過大，導(dǎo)致燃燒不充分，過小將導(dǎo)致灰渣堆積在燃燒筒內(nèi)，影響燃燒性能。該螺旋裝置輸送能力為。
不同種類的秸稈顆粒燃料燃燒后產(chǎn)生的灰分、灰渣差異較大，試驗(yàn)表明，每千克玉米秸稈顆粒燃料燃燒后的灰渣量為65～250 g小麥為68～180 g棉稈為216.2～430 g紅松為50.9～135筍該生物質(zhì)燃燒機(jī)設(shè)計(jì)的最大進(jìn)料量為10 k9/}1由于燃燒過程中，存在于生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)簡中的是灰渣與未燃盡燃料的混合物，因此生物質(zhì)燃燒機(jī)運(yùn)行時(shí)，清灰破渣裝置的輸送能力應(yīng)在Q 65～12 k9/h之間。
顆粒密度能夠影響燃燒特性，顆粒密度越大，燃燒持續(xù)時(shí)間越長，不同種類的秸稈顆粒燃料的密度差異較大，而且不同批次的燃料，其密度也存在差異。一般在1～1.3夥c-nf
不同用途的彈簧螺旋系數(shù)膨F同，垂直和傾斜輸送時(shí)K—0 8水平輸送時(shí)K=1.6～1.8本裝置中取Kl．Z
在燃燒內(nèi)筒中螺旋清灰破渣裝置的直徑越大，越容易將燃燒后的灰渣排出，對(duì)生物質(zhì)燃燒機(jī)的進(jìn)風(fēng)影響越小，生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)簡直徑為125 nry考慮到螺旋的安裝空間以及加工精度，本螺旋的直徑為120 rrrn
螺旋裝置的轉(zhuǎn)速寫其直徑、螺距有關(guān)，螺旋螺距越大，燃料、灰渣的輸入速度越快，為保證顆粒燃料的快速輸送、燃燒充分以及燃燒后灰渣的快速排出，燃料推進(jìn)螺旋、攪動(dòng)螺旋、灰渣排出螺旋的螺距分別為7.5、6．Q 9.0Q11
將各參數(shù)代入式(1)可得螺旋轉(zhuǎn)速與螺距的關(guān)系，如表1所示。
表1螺旋轉(zhuǎn)速與螺距的對(duì)應(yīng)關(guān)系
由此可見，由于燃燒過程中螺旋的輸送量比較小。螺旋的轉(zhuǎn)速較低。雖然燃料推進(jìn)螺旋、攪動(dòng)螺旋、灰渣排出螺旋3部分螺距不同，但3部分螺旋同軸，轉(zhuǎn)速相同，根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)螺旋的轉(zhuǎn)速為
7m乎即可滿足要求。
螺旋清灰破渣的電機(jī)為齒輪減速電動(dòng)機(jī)，功率為is W電壓為220 V固定轉(zhuǎn)速為7rlmtn額定轉(zhuǎn)矩為1. 18 k9 cri配上調(diào)速裝置，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速可在0～7 rlmin之間無極變速。
螺旋清灰破渣裝置需要在高溫下工作，因此材質(zhì)選擇耐熱不銹鋼，并進(jìn)行了相關(guān)調(diào)質(zhì)處理，耐高溫度達(dá)到1 200℃以上。
2 2雙層燃燒筒
針對(duì)秸稈顆粒燃料揮發(fā)份高的特性，本生物質(zhì)燃燒機(jī)的燃燒筒采用多級(jí)配風(fēng)原理設(shè)計(jì)了雙層燃燒筒結(jié)構(gòu)，如圖3所示，由燃燒內(nèi)筒和燃燒外筒組成。燃燒釙筒套在內(nèi)筒上，有3～5 rrrn間隙，但在燃燒外筒最外端有倒角，與內(nèi)筒緊密連接，也保證配風(fēng)從燃燒內(nèi)筒的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，同時(shí)也能預(yù)熱二次風(fēng)。其中在燃燒內(nèi)筒后端、低端和圓筒周圍開有不同的進(jìn)風(fēng)孔。
l燃燒外筒2燃燒內(nèi)筒3進(jìn)風(fēng)孔
在燃燒內(nèi)筒的后端開有一排進(jìn)風(fēng)孔，截面形狀是5 rrrn×10 rrrn的方孑L，能夠提供自動(dòng)點(diǎn)火時(shí)所需要的熱空氣，同時(shí)也提供一次進(jìn)風(fēng)，與揮發(fā)份發(fā)生反應(yīng)。在燃燒內(nèi)筒低端開有6列進(jìn)風(fēng)孔，間隔為25 rruy其中每列5個(gè)進(jìn)風(fēng)口，間隔為20 rrq二次空氣通過雙層套筒夾層預(yù)熱后由這些小孔進(jìn)入，與燃料中析出的揮發(fā)分、未燃盡的固定碳等發(fā)生燃燒反應(yīng)。在燃燒筒前端設(shè)有配風(fēng)孔，呈圓周排料，作為三次風(fēng)與揮發(fā)份充分混合在燃燒筒外燃燒，從而提高燃燒效率。
2 3其他部件
生物質(zhì)燃燒機(jī)的進(jìn)料采用螺旋輸送原理，設(shè)計(jì)了可調(diào)式進(jìn)料裝置，通過料倉能夠?qū)㈩w粒燃料平穩(wěn)地輸送到生物質(zhì)燃燒機(jī)的落料口，然后進(jìn)入燃燒內(nèi)筒。
生物質(zhì)燃燒機(jī)哭用離心式風(fēng)機(jī)，具有工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)穩(wěn)、噪音小、操作簡單等特點(diǎn)。采用電阻絲加熱點(diǎn)火。同時(shí)，初步設(shè)計(jì)了進(jìn)料量、燃燒溫度以及進(jìn)風(fēng)量等的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的進(jìn)料量、燃燒溫度來控制進(jìn)風(fēng)量。
3燃燒試驗(yàn)所用生物質(zhì)顆粒燃料為玉米秸稈顆粒燃料和落葉松木質(zhì)顆粒燃料，在大興禮賢生物質(zhì)顆粒燃料公司生產(chǎn)，由農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院研制的485型生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)壓制成圓柱型顆粒燃料，直徑8 rrrrl長度10～30 rruy為保證進(jìn)料均勻，顆粒燃料處理為長度15 rrrn左右，采用螺旋上料機(jī)構(gòu)均勻進(jìn)3.1試驗(yàn)材料 料，進(jìn)料量為6. 67 k9/b兩種顆粒燃料收到基的主
樣機(jī)制造后。 要特性如表2所示。
3.2試驗(yàn)方法
由于目前沒有生物質(zhì)燃燒機(jī)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，因此測(cè)試生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的相關(guān)參數(shù)日寸，將其安裝熱水鍋爐中，然后進(jìn)行測(cè)試。本試驗(yàn)是將生物質(zhì)燃燒機(jī)安裝在功率20研的生物質(zhì)顆粒鍋爐中，測(cè)試內(nèi)容包括燃燒效率、污染物排放、底灰結(jié)渣率以及燃燒后的清渣情況、正常運(yùn)行時(shí)間等，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參考GB/rll0180_ 2003《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)艦程））o燃燒效率：通過測(cè)試進(jìn)出水溫度、進(jìn)料量、熱值以及測(cè)試燃燒后灰渣可燃物含量和煙氣中一氧化碳的含量等進(jìn)行正平衡、反平衡兩種方法計(jì)算。污染物排放特性：采用綜合煙氣分析儀（KM9106）對(duì)煙氣進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和記錄，煙氣的采樣點(diǎn)在距煙囪與熱水鍋爐相接2倍煙囪直徑處。底灰結(jié)渣率：生物質(zhì)燃燒機(jī)停止后，冷卻，將燃燒內(nèi)筒內(nèi)底灰全部取出，稱質(zhì)量并記為q，篩分灰渣中粒度大于6 mm的渣塊，稱質(zhì)量并記為嗎，則粒度大于6 rrrn的渣塊占總灰渣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，稱為該試樣的底灰結(jié)渣質(zhì)量率C即C一嗎Iml×100%。清渣情況：燃燒后，將燃燒筒內(nèi)的灰渣清出、稱量。
試驗(yàn)儀器主要包括數(shù)字溫度表、流量計(jì)、Ⅺ嗎106型綜合煙氣分析儀、G J-2密封式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)、XI-1箱型高溫爐、101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、ZDHW-5型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀、Varjo EljL素分析儀、VSE-MPX型等離子發(fā)射光譜儀、BS4223 SCⅣ型分析天平、P12002型電子天平、SZ11]4型往復(fù)式自動(dòng)振篩機(jī)等。
3.3結(jié)果與分析
3.3.1PB-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)性能測(cè)試
按照試驗(yàn)要求，該生物質(zhì)顆粒生物質(zhì)燃燒機(jī)在匹配生物質(zhì)熱水鍋爐，使用玉米秸稈顆粒為燃料，正常運(yùn)行3l幅．進(jìn)行測(cè)試相關(guān)參數(shù)。
燃燒過程中發(fā)現(xiàn)，螺旋清灰破渣裝置能夠平穩(wěn)地將顆粒燃料推送到燃燒室，且能夠有效地排出燃燒后的灰分和灰渣，在燃燒室中未發(fā)現(xiàn)灰分、灰渣堆積現(xiàn)象，保證了生物質(zhì)燃燒機(jī)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
額定負(fù)荷下，該生物質(zhì)燃燒機(jī)的正平衡熱效率為83. 07%反平衡熱效率為84. 84%，平均熱效率達(dá)83. 9%，經(jīng)折算，該生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒效率為91%。結(jié)果表明該生物質(zhì)燃燒機(jī)設(shè)計(jì)的多級(jí)配風(fēng)機(jī)構(gòu)能夠改善顆粒燃料燃燒質(zhì)量，保證充分燃燒。此外，該生物質(zhì)燃燒機(jī)在燃燒過程中的污染物排放量較低，在標(biāo)態(tài)下N蛐勺排放量為74 mg/n/，SQ排放濃度小于1 mg/n/，煙塵排放濃度為40 mg/nf，林格曼黑度小于1級(jí)，污染物排放符合國家標(biāo)準(zhǔn)。這表明在燃燒過程中，該生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的多級(jí)配風(fēng)結(jié)構(gòu)以及螺旋清灰破渣裝置能夠使顆粒燃料與空氣充分混合，使燃燒更加充分，提高了燃燒效率。
燃燒后將灰渣全部取出，稱量、篩分、再稱量，經(jīng)計(jì)算，底灰結(jié)渣率為2 3%,結(jié)果表明在燃燒過程中，螺旋清灰破渣裝置的攪動(dòng)，不僅能提高燃燒效率，同時(shí)也能夠降低燃燒過程中的結(jié)渣量。
3.3.2兩種生物質(zhì)燃燒機(jī)對(duì)比試驗(yàn)
試驗(yàn)中采用玉米秸稈顆粒燃料和落葉松木質(zhì)顆粒燃料與瑞典的PX-20型上進(jìn)料式生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)．測(cè)試結(jié)果如表3所示。
在燃用落葉松木質(zhì)顆粒燃料時(shí)，由于該木質(zhì)顆粒燃料灰含量低、灰熔點(diǎn)高，燃燒過程中無結(jié)渣現(xiàn)象、灰分較少，使用兩種生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒時(shí)底灰結(jié)渣率均為零，燃燒效率都在90%以上，均能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
在燃用玉米秸稈顆粒燃料時(shí)，由于秸稈類顆燃料灰含量高、灰熔點(diǎn)低，燃燒后結(jié)渣嚴(yán)重、灰分較第1 1期 姚宗路等：抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)研究高，PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)由于無清灰裝置以及配風(fēng)不完善等問題，正常運(yùn)行15～20 min后，由于燃燒室內(nèi)的灰渣較多，生物質(zhì)燃燒機(jī)自動(dòng)停止工作。在正常運(yùn)行期間，測(cè)試的燃燒效率為82%，底灰結(jié)渣率為48. 94%。 PB-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)，由于采用螺旋清灰破渣裝置，能夠有效地清理灰渣，保證了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，在燃燒過程中，未出現(xiàn)自動(dòng)熄火現(xiàn)象。另外由于螺旋清灰破渣裝置的攪動(dòng)以及多級(jí)配風(fēng)機(jī)構(gòu)，燃燒后底灰結(jié)渣率比PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)有明顯降低，燃燒效率也明顯提高。
結(jié)果表明，瑞典PX-20型生物質(zhì)燃燒機(jī)是針對(duì)灰含量低、灰熔點(diǎn)高的木質(zhì)顆粒燃料設(shè)計(jì)的，并不適應(yīng)灰含量高、灰熔點(diǎn)低的秸稈類顆粒燃料。
4結(jié)論
(1) PB-20型生物質(zhì)固體顆粒燃料生物質(zhì)燃燒機(jī)采用高效雙層燃燒筒和螺旋清灰破渣裝置，實(shí)現(xiàn)了三級(jí)配風(fēng)，提高了燃燒效率，燃燒過程中能夠有效將灰渣排出，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定燃燒解決了秸稈顆粒燃料由于灰含量高、灰熔點(diǎn)低導(dǎo)致燃燒過程中易結(jié)渣生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)易熄火、燃燒性能差等問題。
(2)試驗(yàn)結(jié)果表明，該生物質(zhì)燃燒機(jī)采用玉米顆粒燃料，燃燒效率達(dá)到91%，結(jié)渣率為23%，污染物排放能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。與瑞典PX-20犁生物質(zhì)燃燒機(jī)相匕匕，兩種生物質(zhì)燃燒機(jī)都能應(yīng)用于木質(zhì)顆粒燃料，但以玉米秸稈顆粒為燃料時(shí)，本生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒效率提高了9%，燃燒后底灰結(jié)渣率明顯降低了25. 94%，燃料適應(yīng)性更廣泛。
(3)本生物質(zhì)燃燒機(jī)能夠與熱風(fēng)爐、采暖鍋爐等設(shè)備匹配，應(yīng)用木質(zhì)顆粒燃料和秸稈類顆粒燃料，滿足供熱采暖等需求，有利于促進(jìn)我國生物質(zhì)固體成型燃料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
