生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備熱力特性參數(shù)測試

1、第24卷, 總第137期2006年5月, 第3期節(jié)能技術(shù)E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY Vol. 24,Sum. No. 137May. 2006,No. 3生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備熱力特性參數(shù)測試蘇超杰, 羅志華, 李文雅, 劉圣勇(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部可再生能源重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室, 河南鄭州450002摘要:本文采用工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測方法G B/T15317-1994、工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程G B10180-2003和鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)G B 13271-2001, 在特制生物質(zhì)致密燃料燃燒設(shè)備上, 按8種工況試驗(yàn)測定了生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的熱力特性參

2、數(shù), 從而為生物質(zhì)致密燃料燃燒設(shè)備設(shè)計及技術(shù)改造提供一定科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)成型燃料; 燃燒設(shè)備; 熱力特性參數(shù); 變爐膛體積中圖分類號:TK51311文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1002-6339(-04Test of the H eating Pow er P Equipment-, LI Wen -ya , LI U Sheng -y ong(K ey Laboratory of Ministry , Henan Agricultural University , Zhengzhou 450002, China Abstract :On the basis of the m onitor

3、ing and testing method for energy saving of industrial boilers (G B/T15317-1994 , the thermal performance test code for industrial boilers (G B 10180-2003 and the emission stan 2dard of air pollutants for boilers (G B 13271-2001 , the heating power parameters of a biomass briquette combustion equipm

4、ent under eight different w orking m odes were investigated. This paper lays an im portant ba 2sis for designing and im proving the biomass briquette combustion equipment.K ey w ords :biomass briquette ; combustion equipment ; heating power parameter ; varible hearth v olume收稿日期2006-03-07修訂稿日期2006-0

5、3-19基金項(xiàng)目:河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(0511052000 , 鄭州市科技攻關(guān)項(xiàng)目(052SGYG 34150作者簡介:蘇超杰(1981 , 男, 碩士研究生。劉圣勇(1964 , 男, 教授, 博士生導(dǎo)師。1引言當(dāng)前世界能源危機(jī)將越來越嚴(yán)重, 我國的能源形式更是不容樂觀。生物質(zhì)能作為一種可再生能源, 越來越受到人們的重視。人們對生物質(zhì)能的利用途徑有直接燃燒、轉(zhuǎn)換成液體燃料、轉(zhuǎn)換成高效固體成型燃料、轉(zhuǎn)換成氣體燃料等, 其中, 轉(zhuǎn)換成固體成型燃料再燃燒, 應(yīng)用前景很廣。但目前國內(nèi)對生物質(zhì)成型燃燒設(shè)備理論研究和應(yīng)用研究很少。要設(shè)計出性能優(yōu)良的生物質(zhì)成型燃燒設(shè)備, 必須要有相應(yīng)的熱力特性參數(shù)作為設(shè)計

6、依據(jù), 為此, 作者對生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的熱力參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)與研究。2試驗(yàn)所采用的燃燒設(shè)備所采用生物質(zhì)成型燃料設(shè)備為下吸式雙層爐排熱水鍋爐, 其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該鍋爐的工作過程是:一定粒徑生物質(zhì)成型燃料經(jīng)上爐門加在上爐排, 下吸燃燒, 上爐排漏下的生物質(zhì)屑和灰渣到下爐排上繼續(xù)燃燒。生物質(zhì)成型燃料在上爐排上燃燒后形成的煙氣和部分可燃?xì)怏w透過燃料層、灰渣層進(jìn)入上、下爐排之間的爐膛進(jìn)行燃燒, 并與下爐排上燃料產(chǎn)生的煙氣一起, 經(jīng)兩爐排間的出煙口流向燃燼室和后面的輻射對流受熱面, 而后, 煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)從煙囪排出。 圖1生物質(zhì)成型燃料鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖1-上爐門;2-中爐門;3-下爐門;4-上爐排;5-輻

7、射受熱面;6-下爐排;7-風(fēng)室;8-爐膛;9-燃燼室;10-對流受熱面;11-爐墻;12-排汽管;13-煙道;14-引風(fēng)機(jī);15-煙囪3試驗(yàn)測定的主要熱力特性參數(shù)多, , 表1參數(shù)名稱符號單位爐膛體積熱負(fù)荷q v kW/m 3爐排面積熱負(fù)荷q r kW/m 2爐膛側(cè)面積熱負(fù)荷q s kW/m 2傳熱系數(shù)kkW/(m 2熱效率%排煙溫度T p 燃料量B kg/h 固體不完全燃燒熱損失q 4%氣體不完全燃燒熱損失q 3%排煙熱損失q 2%散熱損失q 5%灰渣的物理熱損失q %4燃燒設(shè)備主要熱力特性參數(shù)試驗(yàn)的方法4. 1試驗(yàn)所用儀器(1 K M9106綜合燃燒分析儀, 其各指標(biāo)的測量精度分別為:O

8、2濃度-0. 1%、+0. 2%; C O 濃度±20ppm ;C O 2濃度±5%; 效率±1%; 排煙溫度±0. 3%(2 3022熱成像儀, 測試范圍:-101200, 測試精度:±2(3 IRT -2000A 手持式快速紅外測溫儀, 測量精度為讀數(shù)值1±1(4 SW J 精密數(shù)字熱電偶溫度計, 精度為±0. 3%(5 應(yīng)用3012H 型自動煙塵(氣 測試儀, 精度為±0. 5%(6 C型壓力表, 精度為1. 0級(7 大氣壓力計, 精度為1. 0級(8 磅稱, 米尺, 秒表, 水銀溫度計, 水表(9 XRY

9、 -A 數(shù)顯氧彈式量熱計, 精度為±0. 2%(10 C LCH -型全自動碳?xì)湓胤治鰞x, 精度為±0. 5%(11 烘干箱, 馬氟爐, 電子天平。4. 2試驗(yàn)方法目前, 沒有生物質(zhì)成型燃燒設(shè)備熱力參數(shù)測定的試驗(yàn)方法, 借鑒工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測方法G B/T151371994、工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程G B 10180-2003、鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)G B 13271-2001及鍋爐煙塵測試方法G B54681991, 采用8工況對比試驗(yàn)與分析方法, 在特制生物質(zhì)致密燃料熱水鍋爐上, 對生物質(zhì)致密燃料燃燒設(shè)備主要熱力參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)確定。4. 3主要熱力參數(shù)的計算(1 傳熱系數(shù)

10、K。+h 2k 1h , 2煙氣對管壁灰污層及管壁對工質(zhì)的放熱系數(shù);h , h 灰污層高度及其導(dǎo)熱系數(shù)。(2 爐排面積熱負(fù)荷q R爐排面積熱負(fù)荷是爐排面上燃燒放熱強(qiáng)烈程度的熱力特性參數(shù)。q R =3600×A式中B 平均每小時消耗的燃料質(zhì)量;Q net ,ar 燃料收到基的低位發(fā)熱量; A 爐排面積。(3 爐排體積熱負(fù)荷q v爐排體積熱負(fù)荷是指燃料在單位爐膛容積, 單位時間內(nèi)燃燒釋放的熱量。q v =B Q V s ×3600式中V s 爐膛體積。(4 單位有效燃料體積熱負(fù)荷q y單位有效燃料體積熱負(fù)荷是指單位燃料體積上燃料燃燒放出的熱功率。q y =V y ×3

11、600式中V y 平均每小時消耗的燃料體積。(5 熱效率熱效率是指燃燒設(shè)備有效利用的熱量與燃料輸入燃燒設(shè)備的熱量的比值。正平衡效率計算, 以燃料的低位發(fā)熱量為基礎(chǔ)。=B ×Q net ,ar×100%Q 1=D ×(h cs -h js 式中Q 1設(shè)備平均每小時有效利用的熱量;D 平均每小時循環(huán)的熱水量; h cs , h js 分別為出水焓值, 給水焓值。反平衡效率計算, 以設(shè)備熱損失項(xiàng)目為計算基礎(chǔ)。=100-(q 2+q 3+q 4+q 5+q 6 %式中q 2排煙熱損失;q 3氣體不完全燃燒熱損失; q 4固體不完全燃燒熱損失; q 5散熱熱損失; q 6灰

12、渣物理熱損失。(6 排煙熱損失q 2離開燃燒設(shè)備的煙氣, 其焓值高于基準(zhǔn)溫度下進(jìn)入設(shè)備的空氣焓, 便形成燃燒設(shè)備的排煙熱損失。此項(xiàng)損失是各項(xiàng)熱損失中最大的一項(xiàng)。q 2=Q net ,ar×(100-q 4式中H py H lk 氣在基準(zhǔn)溫度下的焓值。(7 氣體不完全燃燒熱損失q 3q 3=×3012×CO ×(100-q Q net ,ar式中CO 排煙氣CO 的容積百分?jǐn)?shù);V gy 每千克燃料在排煙處的干煙氣體積。(8 固體不完全燃燒熱損失q 4q 4=Q net. ar×(×100-C hz +×100-C fh

13、5;100%式中A ar 燃料收到基灰分;C hz C fh 灰渣、飛灰中的含炭量;hz 灰渣中灰占燃料中總灰的份額; fh 飛灰中灰灰占燃料總灰的份額。(9 散熱損失q 5燃燒運(yùn)行時, 爐壁、鍋筒、管道等外壁溫度高于周圍空氣溫度, 要向外界散熱, 而形成的散熱損失。q 5=××(t B ×Q net ,ar×100%式中A s 散熱表面積;s 散熱表面放熱系數(shù); t s , t 0散熱表面溫度和環(huán)境溫度。5試驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)工況介紹本試驗(yàn)采用玉米秸成型燃料, 成型燃料直徑為13cm , 燃料密度為1. 1g/cm 3。八種工況可分為兩種類型:第一種類型:上

14、爐膛體積不變(0. 182m 3 為基礎(chǔ), 等體積減小下爐膛體積, 分別為:0. 167m 3、0. 1535m 3、0. 146m 3、0. 1385m 3, 并分別命名為工況(1 、工況(2 、工況(3 、工況(4 。第二種類型:下爐膛體積不變(0. 167m 3 為基礎(chǔ), 等體積減小上爐膛體積, 分別為:0. 173m 3、0. 1595m 3、0. 1505m 3、0. 1445m 3, 并分別命名為工況(5 、工況(6 、工況(7 、工況(8 。每種工況在燃燒時都是選取在最佳狀況下燃燒試驗(yàn)。選取最佳狀況的依據(jù):使用K M9106綜合煙氣分析儀多次試驗(yàn), 通過調(diào)整一次進(jìn)風(fēng)口和二次進(jìn)風(fēng)口

15、, 率最高、。6 , 為了明確的表明燃燒設(shè)備勢, 現(xiàn)將試驗(yàn)結(jié)果整理如下圖。圖2爐膛體積熱負(fù)荷與爐膛體積關(guān)系(1 爐膛體積熱負(fù)荷q V 與爐膛體積關(guān)系由圖2可知:爐膛體積熱負(fù)荷隨上爐膛體積的增加而增加, 主要是上爐膛是燃料的裝載和燃燒區(qū),是燃料燃燒的主要區(qū)域, 承載量增加爐膛體積熱負(fù)荷當(dāng)然也增加; 爐膛體積熱負(fù)荷隨下爐膛體積先增加后減小, 主要是下爐膛體積是燃料燃燒的次要區(qū), 過大反而會使?fàn)t膛體積熱負(fù)荷減少。(2 爐排面積熱負(fù)荷q r 與爐膛體積關(guān)系由圖3可知, 爐排面積熱負(fù)荷隨上爐膛體積的增加, 先增加后減小, 主要由于上爐膛體積的增加承載燃料量增加的同時, 爐排面積也在增加, 但兩者的增加的

16、速度不同而導(dǎo)致; 爐排面積熱負(fù)荷隨下爐膛 圖3爐排面積熱負(fù)荷與爐膛體積關(guān)系體積變化趨勢也是和上爐膛的相似, 但原因卻不同,其減小的主要原因是下爐膛體積過大使過量空氣系數(shù)增加, 風(fēng)機(jī)抽力相對不足而致。(3 爐膛側(cè)面積熱負(fù)荷q c 與爐膛體積關(guān)系由圖4可知, 爐膛側(cè)面積熱負(fù)荷隨上爐膛體積的增加, 先增大而后減小, 其原因和爐排面積熱負(fù)荷原因相似; 但爐排面積熱負(fù)荷卻隨下爐膛體積的增加而減小, 其原因是下爐膛體積增加其側(cè)面積必然增加, 但燃料量卻增加的很少, 爐膛側(cè)面積熱負(fù)荷呈下降趨勢。圖4爐膛側(cè)面積熱負(fù)荷與爐膛體積關(guān)系(4 傳熱系數(shù)k 與爐膛體積關(guān)系由圖5可知, 傳熱系數(shù)隨上爐膛體積的增加而增加,

17、 卻隨下爐膛體積的增加而減小, 其原因是上爐膛體積的增加, 使燃料量增加爐膛溫度升高燃燒效果好, 而下爐膛體積的增加卻對燃燒不利, 而且增加二次進(jìn)風(fēng)量, 使排煙熱損失增加。(5 熱效率 與下爐膛體積關(guān)系由圖6知, 熱效率 (包含正平衡效率和反平衡效率 隨下爐膛體積的增加, 先增大而后減小, 有一個最大值。說明下爐膛體積不能太大和太小, 要適中。(6 排煙溫度T p 與爐膛體積關(guān)系由圖7可知, 排煙溫度隨上爐膛體積的增加而增加, 隨下爐膛體積的增加而減小, 其原因是上爐膛體積的增加使燃料量增加, 爐膛體積熱負(fù)荷增加, 但換熱面積卻沒有增加, 故排煙溫度上升; 下爐膛體積的增加, 使二次進(jìn)風(fēng)量增加

18、, 但燃料量卻沒有增加, 故使排煙溫度增加。圖5傳熱系數(shù)與爐膛體積關(guān)系圖6正反平衡效率與下爐膛體積的關(guān)系圖7排煙溫度與爐膛體積關(guān)系圖8燃料量與爐膛體積關(guān)系(7 燃料量B 與爐膛體積關(guān)系由圖8可知, 燃料量隨上爐膛體積的增加而增(下轉(zhuǎn)第235頁4結(jié)論(1 土壤源水環(huán)式熱泵空調(diào)系統(tǒng)既具有水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)可獨(dú)立分室控制的優(yōu)點(diǎn), 又利用了土壤源這一可再生能源, 同時由于地下埋管采用閉式系統(tǒng), 因此不會污染地下水資源。(2 利用土壤中蘊(yùn)藏的巨大能量對循環(huán)水路提供或排除熱量, 不需安裝冷卻塔以及鍋爐等設(shè)備, 既減少了系統(tǒng)的安裝和維護(hù)費(fèi)用, 又降低了污染物的排放量, 具有良好的環(huán)保效益。(3 本工程中所采用

19、的自主開發(fā)的Y 型管接頭, 可有效地減少空調(diào)系統(tǒng)中所需要的換熱管和閥門的數(shù)量。(4 本工程現(xiàn)正處于設(shè)計施工階段, 鑒于土壤源水環(huán)式熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種節(jié)能、環(huán)保、可實(shí)現(xiàn)分室獨(dú)立控制、具有可持續(xù)發(fā)展性的系統(tǒng), 故可預(yù)見在本辦公樓中采用此空調(diào)系統(tǒng)一定會收到良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。參考文獻(xiàn)1姚楊, 馬最良. 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在我國應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個問題J . 流體機(jī)械,2002,30(9 .2蔣能照. 空調(diào)用熱泵技術(shù)與應(yīng)用M . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.3Chao Chen , Feng -ling Sun , Lei Feng. Underground water-s ource loop h

20、eat -pump air -conditioning system applied in a residential building in Beijing J . Applied Energy. 2005,82:331-344.4Chen Y i -ren , Zhou Chun -feng , Y e Rui -fang. Discus 2sion on the system design of the geothermal water -loop heat -pumpJ . Build Energy Environment. 2002,21(3 .(上接第223頁加, 由于上爐膛是燃料

21、的主燃燒區(qū)和承載區(qū), 它的增加將使?fàn)t膛的有效利用率增加, 爐膛溫度增高, 使燃燒更加容易進(jìn)行, 從而使燃料量增加; 膛體積的增加變化不大, , (8 24q 5、q 6關(guān)系由圖9可知, 總熱損失隨下爐膛體積的增加而減小, 說明下爐膛體積設(shè)計的過大, 需要進(jìn)一步減小; 主要熱損失是排煙損失和散熱損失, 說明該燃燒設(shè)備需加強(qiáng)保溫, 并增加換熱面積; 氣體不完全燃燒熱損失、固體不完全燃燒熱損失及灰渣的物理熱損失都很小, 對燃燒效率影響不大。 圖9各項(xiàng)熱損失7結(jié)果與討論1 根據(jù)8種工況的試驗(yàn)比較與分析, 得出了生物質(zhì)成型燃料的燃燒設(shè)備的熱力特性參數(shù)隨上爐膛體積及下爐膛體積變化趨勢, 并分析了形成這種變化趨勢的原因。從而為生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的進(jìn)一步設(shè)計、。2 8, 這將