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      冷風生物質燃燒機的設計與應用

      作者:鄭州達冠節能環保設備有限公司 ?????來源:http://www.ivgb.tw/news/691.html?????發布時間:2018-10-10 20:19
      導讀:水冷生物質燃燒機的設計與應用 摘要本文主要介紹在國內40t級滾筒式瀝青混凝土攪拌設備上首次使用的水冷生物質燃燒機主要設計技術參數的確定方法,以及該生物質燃燒機在工業性試

      水冷生物質燃燒機的設計與應用
          摘要本文主要介紹在國內40t級滾筒式瀝青混凝土攪拌設備上首次使用的水冷生物質燃燒機主要設計技術參數的確定方法,以及該生物質燃燒機在工業性試驗和公路施工中的運用情況,并對使用中存在的問題進行了分析。
      l  生物質燃燒的過程以及生物質開始著火的合適位置
          燃料和反應劑按一定比例通過生物質燒咀,以一定的速度和方向噴入爐膛,生物質與一次風氣流噴進爐膛后,受到對流與輻射傳熱(爐膛已預先加熱),局部溫度開始升高水份被蒸發,析出可燃的揮發物。同時由于點火源的加熱以及對流和輻射傳熱,把生物質顆粒周圍的可燃揮發物點燃而著火,這時生物質顆粒又受到周圍火焰的加熱再繼續析出·可燃揮發物促使燃燒繼續進行。由于生物質氣流產生的回流區,使氣流與周圍高溫煙氣的卷吸混合十分強烈,從而使得煤粉顆粒逐漸變成可燃揮發物很少而溫度很高的焦碳粒。當可燃揮物快要燒完時,焦碳粒開始著火燃饒到最后,剩下灰渣。
          當生物質與一次風氣流通過輻射和對流熱獲得了足夠的著火熱,再過一段孕育時間它就開始著火了。一般,希望生物質氣流在離開生物質燒咀出口400~500mm的位置可靠地著火,如果著火太遲,就錯過了初期混合比較強烈而有利于揮發迅速燃燒的良好機會,這樣整個燃燒過程就要推遲,生物質就可能在爐膛中來不及燃燒而造成很大的機械不完全燃燒的損失,如果著火太早,可能會使生物質燒咀過熱而燒損,也會使燒咀附近嚴重結渣。
      2水冷生物質燃燒機的結構及其工作原理
          水冷生物質燃燒機的結構如圖l所示。工作原理是;先把50kg左右的塊煤加入引火爐中點燃并預熱燃燒室(有條件時也可直接用油槍用輕柴油預熱燃燒室)。
          根據燃用煤的可燃揮發成分含量的高低把燃燒室預熱到生物質著火的溫度(生物質著火的溫度與其揮發成份含量Vr之間的關系見圖2)。圖2生物質著火溫度與生物質揮發成分含量的關系待燃燒室被預熱到生物質著火溫度以上時,即可啟動風扇式磨煤機開始送一次鳳粉,一次鳳粉經過生物質燒咀中的一次鳳粉旋流器后,以一定的速度呈螺旋形進入燃燒室并在中心形成一個回流區,生物質進入燃燒室后受到對流和輻射傳熱,即開始著火燃燒。生物質著火燃燒后,又與進入爐膛的高速二次風相混合,便開始強烈地燃燒。同時穩定、連續的生物質燃燒火焰進入主機干燥拌合滾筒中繼續燃燒并加熱,烘干冷集料,一次鳳粉外圍的根部風,除了給燃燒的一次風粉混合物補充一部分空氣外,還因有“鳳包煤一的作用,使得燃燒室內壁不致產生嚴重結渣,它對控制火焰長度以及生物質在燃燒室內的燃盡度起一定的作用。水冷生物質燃燒機除可以單獨燃燒揮發成分和發熱量比較高的煙煤外,還可以燃燒揮發成分和發熱量比較低的貧煤,此時需要用油槍加入適量的輕柴油助燃。
          使用該水冷生物質燃燒機的關鍵,是要根據一定的送煤量,調節好一次風的供給量,使得一次風粉的濃度在一個比較合適的范圍內。同時要合理調節好根部風和二次鳳的供給量,使生物質能夠在不超過其灰分熔化溫的情況下穩定、連續和比較完全地燃燒,且不致產生嚴重地結渣。
      3水冷生物質燃燒機主要技術參數的確定方法
          水冷生物質燃燒機的技術參數,包括額定燃煤量.以及一次風率和風速、二次風速、根部風速、容積熱負荷、斷面熱負荷、燃燒室結構尺寸等。下面僅就燃燒機額定燃煤量以及燃燒室的結構尺寸的確定方法作一敘述。
        3.1  水冷生物質燃燒機額定燃煤量確定的依據,是40t滾筒式瀝青攪拌設備在標準工況條件下單位時間所需要提供的熱量規定如下:
          生產能力(t/h)    40
          冷集料含水量(%)    5
          冷集料溫度(oC)    20
          成品料溫度(℃)    140
          主機在標準工況下需要燃燒裝置在單位時間內提供的熱量以額定燃煤量的計算如下。
        3.1.1主機所需熱量的計算公式
          Q= Q,+Qz
          Q-主機在標準工況下需要燃燒機提供
          的有效熱量J/h
          QJ-冷集料加溫需要的有效熱量J/h
          Q2——水分預熱和蒸發需要的有效熱量
          J/h
      下面分別計算Qi和Q2值:
          Qi=Crn(I -b) (t2- tI)    (J/h)
      式中c-砂石料的平均比熱,c=0.837×
          103J/kg℃
          仇一一單位時間內送的砂石料重量
          m=40×l03 kg/h
          b-冷集料的含水量,b-5%
          t2——砂石料升溫的終止溫度,t:=
          140qC
          tj-砂石料初始溫度,t.=20℃
      將上述參數代入Qi式中得:
          Ql-3816.7x l06  J/h
          Q2-cm(tz—t】)+Lm  J/h
      式申c-水的平均比熱;c—4.187×l03
          J/kg.℃
          m-烘去的水分重量,
          m-40×103×5%=2×l03 kg/h
          £:——水加熱到沸點的溫度,t2-100℃
          £,——水的初始溫度,t1-20℃
          £——水在100℃,l大氣壓下的汽化熱
          £= 2.257×106 J/kg'C
      將上述參數代入Q2式可得;
          Qz- 5183.92×1 06  J/h
      所以  Q1+Q2-9000.64×l伊  J/h
        3.1.2燃燒機額定煤量的計算
        .  根據所計算出的0值,按下式可計算出生物質燃燒機的額定燃煤量B:
          .  Q(kg/h)
          B=百:,九
      式中  B-燃燒機的額定燃煤量,kg/h
          Q-主機所需提供的有效熱量,J/h    Qy--煤的低位發熱量,在此按大同
          煤計算:Q:—25.12×l06 Jlkg
          n-一生物質燃燒機的燃燒熱效率,n=
          0.6
      將上述各參數代入口式得:
          B =597.2kg/h
          根據計算所得的燃燒機的額定燃煤量,可以選用合適的附屬制粉設備風扇式磨煤機,更重要的是根據燃燒機額定燃煤量計算值,去對燃燒室的結構尺寸進行計算。
        3.2燃燒室結構尺寸的確定方法,爐膛尺寸的大小,是由兩個因素決定的:首先要使燃料在爐膛內有足夠的燃燒時間和空間,力求降低不完全燃燒損失,同時要使爐膛出口的煙氣溫度低于生物質中的灰熔點溫度,盡量避免或減少運行中結渣。目前,常用爐膛容積熱負荷g,(每小時每立方米爐膛容積放出的熱量)來決定爐膛的容積,用爐膛斷面熱負荷gF J/mz.h來決定爐膛的橫斷面積,爐膛容積熱負荷構成了爐膛設計的基礎,是確定爐膛大小的一個可比熱工指標。爐膛斷面熱負荷是決定爐膛斷面尺寸的關鍵因素。因此,我們必須根據瀝青混凝土攪拌設備的特點和實際情況,借鑒有關方面實踐經驗,去選取水冷生物質燃燒機的容積熱負荷和斷面熱負荷,然后決定燃燒室的結構尺寸。
        3.2.1燃燒室體積y的確定方法
          燃燒室的體積y,按下式計算:
          一Q:曰
          y=(fll3)
          一  9v
      武中  V-燃燒室的體積,fl13
      'Q:-煤的低位發熱量,Jlkg
          B-燃燒機的額定燃煤量,kg/h
      .    g,——容積熱負荷,J/Ill3
          3.2.2燃燒室橫斷面積F的確定方法
          燃燒室的橫斷面積尸,按下式計算:
          ,一Q:口  (m2)
          F-
          g,
      式中  F-燃燒室的橫斷面積,■
          gf-斷面熱負荷,J/mz
          3.2.3燃燒室直徑和長度的確定方法
          根據上述計算的燃燒室體積y和橫斷面積
      F,則可分別按下列公式算出直徑d和長度
      £:
        d-√孚,  L=-(m)
      4水冷生物質燃燒機的試驗
          4.1型式試驗,該水冷生物質燃燒機與主機相配,在湖南郴州筑路機械廠廠內進行的,燃燒機使用的原煤是大同煙煤,使用生物質燃燒器正..式進行烘料試驗前,先加入引火爐中50kg左右的煙煤(粒度在lOOmm左右)對燃燒室進行預熱,待燃燒室內溫度達到煤的揮發分著火溫度后,即可供生物質進行燃燒,圖3是正式供煤粉燃燒后,用WRB-221鉑銠——鉑熱電偶測得的時間與生物質燃燒火焰溫度的關系曲線。由圖3可以看出,火焰溫度在不到半小時就可升到1000℃以上,在30分鐘時火焰溫度可達到13000C,溫升較快。而供風量的調節與供煤量的變化不同步,會引起生物質燃燒工況瞬時不佳,造成圖3中所顯示酌溫度不穩定現象,如果工況條件穩定,只需調好供風量和供煤量即可使生物質燃燒機工作正常,火焰連續穩定,不冒黑
          BJ3時間與火焰溫升關系曲線注:工況條件一水冷溫度12℃,煤揮發分
          29.75%,煤發熱量6555cal/k8:煙,火焰顏色呈米黃色,在冷集料含水量為2.15%,平均生產能力31.47t/h時,平均料溫可達147.3C。此后,我們使用灰分較高、發熱量較低的煤質時,生物質火焰的燃燒溫度以及該生物質燃燒機的調節比,表l是在生物質燃燒正常后,逐漸減少煤量所測得的燃燒室出口處火64.7%時,燃燒室出口火焰溫度只下降了17,74%,生物質燃燒火焰仍能保持穩定、連續,火焰溫度仍能達到了1020℃,由表中的數據可以算得生物質燃燒機的調節比為1:2.83,型式試驗汪明,生物質燃燒機可以滿足主機生產的需要。
      表1  使用資興煤時,在不同供煤量情
          況下燃燒窒出口火焰溫度
      ┏━━━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━┳━━┓
      ┃供煤量    ┃727   ┃641.5   ┃576.7   ┃498.5   ┃  427 ┃353.6   ┃256.6   ┃204 ┃
      ┃(kg/h)   ┃      ┃        ┃        ┃        ┃      ┃        ┃        ┃    ┃
      ┣━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━┫
      ┃燃燒室出  ┃      ┃        ┃        ┃        ┃      ┃        ┃        ┃    ┃
      ┃口處溫度  ┃1240  ┃  1210  ┃  1180  ┃  1120  ┃1060  ┃  1096  ┃  1020  ┃960 ┃
      ┃  (℃)    ┃      ┃        ┃        ┃        ┃      ┃        ┃        ┃    ┃
      ┗━━━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━┻━━┛
          4,2工業性試驗
          該水冷生物質燃燒機,在湖南郴州1 07國道上進行了大約200h的工業性試驗,然后交用戶北京昌平公路管理所瀝青攪拌站在北京昌平進一步試驗。通過試驗,燃燒機工作正常,生物質燃燒穩定且連續。表2是水冷生物質燃燒機與主機相配所測得的有關生產參數平均值。
          表2生物質燃燒機與主機相配進
          行生產測得的參數
      ┏━━━┳━━━┳━━━━┳━━━┳━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━┓
      ┃測示  ┃冷集  ┃冷料供  ┃冷料  ┃瀝青  ┃油石  ┃燃燒機  ┃煤發    ┃瀝青  ┃
      ┃      ┃料含  ┃給量    ┃溫度  ┃溫度  ┃比    ┃供煤量  ┃熱量    ┃混合  ┃
      ┃      ┃水量  ┃        ┃      ┃      ┃      ┃        ┃(Cal]   ┃料溫  ┃
      ┃      ┃      ┃        ┃      ┃      ┃      ┃        ┃        ┃度    ┃
      ┃項目  ┃(%)   ┃(t/h)  ┃(℃)  ┃(℃)  ┃(%)   ┃(kg/h) ┃  kg)   ┃(℃)  ┃
      ┣━━━╋━━━╋━━━━╋━━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━┫
      ┃測示  ┃      ┃        ┃      ┃      ┃      ┃        ┃        ┃      ┃
      ┃參數  ┃  l   ┃  46.01 ┃  25  ┃  140 ┃5.36  ┃  400   ┃  7310  ┃  144 ┃
      ┗━━━┻━━━┻━━━━┻━━━┻━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━┛
          注:冷集料舍水量,系湖南郴州—O七國道指揮部化驗室測定
          由工業性試驗情況證明,水冷生物質燃燒機運用在滾筒式瀝青攪拌設備上,完全可以生產出溫度合格的瀝青混合料。
      5水冷生物質燃燒機的應用
          水冷生物質燃燒機同主機配合,于1987年上半年小批生產,陸續發往河南洛陽、鶴壁、四川樂山、河北淪州、保定、內蒙古伊克昭盟等公路施工部門。上述用戶都在當年進行施工使用,根據施工部門反饋回來的信息可以看出,只要使用方法得當,煤質良好,效果都比較理想。洛陽公路總段使用該生物質燃燒機能在冷集料含水率為1%左右,生產能力達40t/h,每噸成品料耗煤10~15kg的情況下,可使瀝青混合料溫度達到140~165℃。北京昌平公路管理所瀝青供應站反映,在北京一石景山一級公路的鋪筑施工中,40t攪拌設備使用簡便,靈活,可控,功能齊全,尤其是生物質燃燒系統在比
      較大的范圍內溫度可調,既能保證供給高質量的不同溫度的混合料,又能達到節油,節能的目的。通過使用單位在生產實錢中所測得結果反映是良好的,普遍認為40t攪拌設備適應性強,生物質燃燒機預熱時,即可燃油,也可燃煤,這種設計在國內有獨到之處。
      6存在問題及其分析
          根據水冷生物質燃燒機在湖南郴州、北京昌平使周情況看,存在主要問題是燃燒室內結渣。使用一天之后,燃燒室內壁上有一層40mm厚的結渣層(煤是湖南鯉魚江洗煤),原因是在生物質燃燒后,火焰中心區溫度很高,熔化了灰渣在凝固以前被沖刷,粘結到爐壁上而產生結渣。
          生物質燃燒,結渣歷來是一個突出的問題。有關資料分析,煤的灰分特性是產生結渣的內因,它包括灰的成分和灰的熔化溫度。目前,一般都用試驗的方法來確定灰的熔化性質,從而得到灰分的變形溫度(£,),軟化溫度(t2),熔化溫度(£。)。煤灰的成分比較復雜,對于它的熔化或變形特性,難以按化學成分準確確定,但大致的規律是S102, Al203含量越多熔點高,相反Ca0、Mg0、K20、Na20、Fe203等氧化物存在時,灰的熔點就較低。另外,爐膛內的還原性氣體在很高的溫度下使熔點較高的氧化物還原成熔點低的氧化物,從而降低煤灰的熔點。經驗表明,當爐內的煙氣溫度不超過灰的軟化
      溫度£:,爐內結渣的可能性就不大。因此花使用生物質燃燒機時,要盡量使用灰熔點高,結渣指標較低的煤種。其結渣的外因是爐內空氣動力場組織的不好,此外各項熱負荷指標選得不適當,也容易產生結渣。在使用過程中反映出來的上述問題,需要今后進行研究加以解浹。

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