生物质颗粒燃料常压热水锅炉的研制

    生物质为可再生的清洁能源，是我国农村及小城镇使用的主要能源之一，目前许多地方仍然采用传统的直接燃烧方式，燃烧效率低，而且还会造成环境的污染和能源的浪费。为提高生物质的燃烧效率，当前我国主要从两个方面进行改进和研究，一是生物质颗粒成型技术的研究和应用，二是各类生物质燃烧锅炉的研究和应用。龙山顺天生物质能源有限公司研制的小型生物质常压热水锅炉，其采用生物质颗粒为燃料，经一系列的技术改进后使用安全可靠，燃烧效率高，烟气排放污染物浓度低，达到国家相关标准。

    1锅炉设计与制造

    1.1锅炉结构及工作原理

    锅炉总体由锅炉主体部分、预热除尘部分、生物质燃料储存及输送部分三部分组成，锅炉主体部分和预热除尘部分的主体结构均为内外两层炉壁结构，中间为水存储空间。

    锅炉工作原理如下：

    (1)水系统。冷水首先接入预热及除尘器内进行预热，预热后的水存储于预热器内，用水泵抽入锅炉内进行加热，水泵的启动及停止可根据锅炉内的水位采用自动控制，当水位低于设计低水位时，水泵开启，当水位高于设计高水位时，水泵关闭。锅炉内的水通过炉壁下部进入，炉内燃烧所产生的热量经炉壁和横水管传递给水，水加热至所需温度后从锅炉顶部输出。

    (2)燃烧系统。生物质成型燃料经螺旋给料器送入锅炉燃烧室，空气由鼓风机吹入燃烧室，燃烧后产生的烟气上升与炉内横水管、炉壁换热，从上部排烟口进入到预热除尘器内。

    (3)烟气除尘系统。烟气从锅炉上部排烟口进入预热除尘器内后，烟气首先从上到下流动与除尘器内壁等进行换热，烟气的温度下降，流速下降，烟气中的灰尘等下落到水池中。烟气经下部的水封除尘后变为由下向上流动，由抽风机抽出排放到大气中。

    1.2锅炉炉排及炉膛尺寸

    炉排和炉膛尺寸均为锅炉设计的重要参数，其将直接影响锅炉的供热及燃烧情况，因此是锅炉设计与制造首先要确定的参数。根据锅炉设计计算原理，首先需选取合适的炉排面积热负荷和炉膛容积热负荷。

    1.3锅炉送风系统

    生物质成型燃料由于本身成分的复杂性，其燃烧过程也很复杂，主要分为四个燃烧阶段：①预热和干燥阶段、②挥发分析出及木炭形成阶段、③挥发分燃烧阶段、④固定炭燃烧阶段。生物质成型燃料经挤压后密度增大，挥发析出速度减缓，在350℃不完全燃烧过程中大量析出，同时生物质燃料燃烧后所产生的灰熔点较低，温度过高则容易结渣。根据上述特点，在设计送风系统时，应使底部燃料燃烧区为低温厌氧燃烧，使燃料中挥发分析出，燃烧所产生的灰不结渣，析出的挥发分再充分燃烧。

    根据生物质燃料的燃烧特性，本锅炉采用两次送风设计。根据国内相关研究，中小型锅炉的空气过量系数一般大于1.5[2－3]，本锅炉的空气过量系数根据理论计算和试验结果取2，一次送风和二次送风比值为3.5∶6.5，二次送风采用多点环形送风系统，风口呈一定角度向上倾斜，确保各风口出风在燃烧室中央形成负压，将生物质燃烧产生的挥发成分向上提升，挥发分充分燃烧，使燃烧的高温部分离开生物质燃料及其燃烧后所产生的灰分，避免灰分过热而结渣。