| 四川-達冠冷風生物質(zhì)顆粒燃燒機的設(shè)計與應(yīng)用 |
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鄭州達冠節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司
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冷風生物質(zhì)顆粒燃燒機的設(shè)計與應(yīng)用 摘要本文主要介紹在國內(nèi)40t級滾筒式瀝青混凝土攪拌設(shè)備上首 次使用的冷風生物質(zhì)燃燒機主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)的確定方法，以及該生物質(zhì)燃燒機在工業(yè)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(zhì)燃燒的過程以及生物質(zhì)開始著火的合適位置 燃料和反應(yīng)劑按一定比例通過生物質(zhì)燒咀，以一定的速度和方向噴入爐膛，生物質(zhì)與一次風氣流噴進爐膛后，受到對流與輻射傳熱（爐膛已預(yù)先加熱），局部溫度開始升高水份被蒸發(fā)，析出可燃的揮發(fā)物。同時由于點火源的加熱以及對流和輻射傳熱，把生物質(zhì)顆粒周圍的可燃揮發(fā)物點燃而著火，這時生物質(zhì)顆粒又受到周圍火焰的加熱再繼續(xù)析出·可燃揮發(fā)物促使燃燒繼續(xù)進行。由于生物質(zhì)氣流產(chǎn)生的回流區(qū)，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(fā)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(zhì)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(zhì)氣流在離開生物質(zhì)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(fā)迅速燃燒的良好機會，這樣整個燃燒過程就要推遲，生物質(zhì)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(zhì)燒咀過熱而燒損，也會使燒咀附近嚴重結(jié)渣。 2冷風生物質(zhì)燃燒機的結(jié)構(gòu)及其工作原理 冷風生物質(zhì)燃燒機的結(jié)構(gòu)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(yù)熱燃燒室（有條件時也可直接用油槍用輕柴油預(yù)熱燃燒室）。 根據(jù)燃用煤的可燃揮發(fā)成分含量的高低把燃燒室預(yù)熱到生物質(zhì)著火的溫度(生物質(zhì)著火的溫度與其揮發(fā)成份含量Vr之間的關(guān)系見圖2)。圖2生物質(zhì)著火溫度與生物質(zhì)揮發(fā)成分含量的關(guān)系待燃燒室被預(yù)熱到生物質(zhì)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(jīng)過生物質(zhì)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(qū)，生物質(zhì)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(zhì)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(wěn)定、連續(xù)的生物質(zhì)燃燒火焰進入主機干燥拌合滾筒中繼續(xù)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(nèi)壁不致產(chǎn)生嚴重結(jié)渣，它對控制火焰長度以及生物質(zhì)在燃燒室內(nèi)的燃盡度起一定的作用。冷風生物質(zhì)燃燒機除可以單獨燃燒揮發(fā)成分和發(fā)熱量比較高的煙煤外，還可以燃燒揮發(fā)成分和發(fā)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。 使用該冷風生物質(zhì)燃燒機的關(guān)鍵，是要根據(jù)一定的送煤量，調(diào)節(jié)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(nèi)。同時要合理調(diào)節(jié)好根部風和二次鳳的供給量，使生物質(zhì)能夠在不超過其灰分熔化溫的情況下穩(wěn)定、連續(xù)和比較完全地燃燒，且不致產(chǎn)生嚴重地結(jié)渣。 3冷風生物質(zhì)燃燒機主要技術(shù)參數(shù)的確定方法 冷風生物質(zhì)燃燒機的技術(shù)參數(shù)，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(jié)構(gòu)尺寸等。下面僅就燃燒機額定燃煤量以及燃燒室的結(jié)構(gòu)尺寸的確定方法作一敘述。 3.1 冷風生物質(zhì)燃燒機額定燃煤量確定的依據(jù)，是40t滾筒式瀝青攪拌設(shè)備在標準工況條件下單位時間所需要提供的熱量規(guī)定如下： 生產(chǎn)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(nèi)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(yù)熱和蒸發(fā)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(nèi)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(shù)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(shù)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(jù)所計算出的0值，按下式可計算出生物質(zhì)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(fā)熱量，在此按大同 煤計算：Q:—25.12×l06 Jlkg n-一生物質(zhì)燃燒機的燃燒熱效率，n= 0.6 將上述各參數(shù)代入口式得： B =597.2kg／h 根據(jù)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(shè)備風扇式磨煤機，更重要的是根據(jù)燃燒機額定燃煤量計算值，去對燃燒室的結(jié)構(gòu)尺寸進行計算。 3.2燃燒室結(jié)構(gòu)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(nèi)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(zhì)中的灰熔點溫度，盡量避免或減少運行中結(jié)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(gòu)成了爐膛設(shè)計的基礎(chǔ)，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(guān)鍵因素。因此，我們必須根據(jù)瀝青混凝土攪拌設(shè)備的特點和實際情況，借鑒有關(guān)方面實踐經(jīng)驗，去選取冷風生物質(zhì)燃燒機的容積熱負荷和斷面熱負荷，然后決定燃燒室的結(jié)構(gòu)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(fā)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(jù)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冷風生物質(zhì)燃燒機的試驗 4.1型式試驗，該冷風生物質(zhì)燃燒機與主機相配，在湖南郴州筑路機械廠廠內(nèi)進行的，燃燒機使用的原煤是大同煙煤，使用生物質(zhì)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(yù)熱，待燃燒室內(nèi)溫度達到煤的揮發(fā)分著火溫度后，即可供生物質(zhì)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(zhì)燃燒火焰溫度的關(guān)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(diào)節(jié)與供煤量的變化不同步，會引起生物質(zhì)燃燒工況瞬時不佳，造成圖3中所顯示酌溫度不穩(wěn)定現(xiàn)象，如果工況條件穩(wěn)定，只需調(diào)好供風量和供煤量即可使生物質(zhì)燃燒機工作正常，火焰連續(xù)穩(wěn)定，不冒黑 BJ3時間與火焰溫升關(guān)系曲線注：工況條件一冷風溫度12℃，煤揮發(fā)分 29.75%,煤發(fā)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(chǎn)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(fā)熱量較低的煤質(zhì)時，生物質(zhì)火焰的燃燒溫度以及該生物質(zhì)燃燒機的調(diào)節(jié)比，表l是在生物質(zhì)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(zhì)燃燒火焰仍能保持穩(wěn)定、連續(xù)，火焰溫度仍能達到了1020℃，由表中的數(shù)據(jù)可以算得生物質(zhì)燃燒機的調(diào)節(jié)比為1：2.83，型式試驗汪明，生物質(zhì)燃燒機可以滿足主機生產(chǎn)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(yè)性試驗 該冷風生物質(zhì)燃燒機，在湖南郴州1 07國道上進行了大約200h的工業(yè)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(zhì)燃燒穩(wěn)定且連續(xù)。表2是冷風生物質(zhì)燃燒機與主機相配所測得的有關(guān)生產(chǎn)參數(shù)平均值。 表2生物質(zhì)燃燒機與主機相配進 行生產(chǎn)測得的參數(shù) ┏━━━┳━━━┳━━━━┳━━━┳━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━┓ ┃測示 ┃冷集 ┃冷料供 ┃冷料 ┃瀝青 ┃油石 ┃燃燒機 ┃煤發(fā) ┃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(shù) ┃ 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(yè)性試驗情況證明，冷風生物質(zhì)燃燒機運用在滾筒式瀝青攪拌設(shè)備上，完全可以生產(chǎn)出溫度合格的瀝青混合料。 5冷風生物質(zhì)燃燒機的應(yīng)用 冷風生物質(zhì)燃燒機同主機配合，于1987年上半年小批生產(chǎn)，陸續(xù)發(fā)往河南洛陽、鶴壁、四川樂山、河北淪州、保定、內(nèi)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(jù)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(zhì)良好，效果都比較理想。洛陽公路總段使用該生物質(zhì)燃燒機能在冷集料含水率為1%左右，生產(chǎn)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(yīng)站反映，在北京一石景山一級公路的鋪筑施工中，40t攪拌設(shè)備使用簡便，靈活，可控，功能齊全，尤其是生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)在比 較大的范圍內(nèi)溫度可調(diào)，既能保證供給高質(zhì)量的不同溫度的混合料，又能達到節(jié)油，節(jié)能的目的。通過使用單位在生產(chǎn)實錢中所測得結(jié)果反映是良好的，普遍認為40t攪拌設(shè)備適應(yīng)性強，生物質(zhì)燃燒機預(yù)熱時，即可燃油，也可燃煤，這種設(shè)計在國內(nèi)有獨到之處。 6存在問題及其分析 根據(jù)冷風生物質(zhì)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(nèi)結(jié)渣。使用一天之后，燃燒室內(nèi)壁上有一層40mm厚的結(jié)渣層（煤是湖南鯉魚江洗煤），原因是在生物質(zhì)燃燒后，火焰中心區(qū)溫度很高，熔化了灰渣在凝固以前被沖刷，粘結(jié)到爐壁上而產(chǎn)生結(jié)渣。 生物質(zhì)燃燒，結(jié)渣歷來是一個突出的問題。有關(guān)資料分析，煤的灰分特性是產(chǎn)生結(jié)渣的內(nèi)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(zhì)，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(guī)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(nèi)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(jīng)驗表明，當爐內(nèi)的煙氣溫度不超過灰的軟化 溫度￡：，爐內(nèi)結(jié)渣的可能性就不大。因此花使用生物質(zhì)燃燒機時，要盡量使用灰熔點高，結(jié)渣指標較低的煤種。其結(jié)渣的外因是爐內(nèi)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(chǎn)生結(jié)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。 生物質(zhì)氣化站，http://www.598jx.com |
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