抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器研究_姚宗路

1、2010年11月D O I :10. 3969/j. i s s n . 1000-1298. 2010. 11. 017農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第41卷第11期抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器研究姚宗路孟海波田宜水趙立欣羅娟孫麗英(農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究所, 北京100125【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、燃燒器易熄火、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)顆粒燃料燃燒器。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,

2、本燃燒器的多級(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P X -20型燃燒器相比, 以玉米秸稈顆粒為燃料時(shí), 本燃燒器燃燒效率提高了9%、結(jié)渣率降低了25. 94%,燃料適應(yīng)性廣。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能顆粒燃料燃燒器秸稈設(shè)計(jì)試驗(yàn)中圖分類號(hào):S216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-1298(2010 11-0089-05D e s i g na n d E x p e r i m e n t o n A n t i -s l a g g i n g B i o m a s s P e l l e t F

3、 u e l B u r n e rY a o Z o n g l u Me n g H a i b o Ti a n Y i s h u i Zh a o L i x i n Lu o J u a n Su n L i y i n g(I n s t i t u t e o f E n e r g y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g , B e i j i n g

4、 100125, C h i n a A b s t r a c tAn e wb u r n e r , n a m e d P B -20b i o m a s s p e l l e t f u e l b u r n e r , w a s d e v e l o p e d a t t h e C h i n e s e A c a d e m y o fA g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n gt os o l v et h ep r o b l e m o f e a s yf l a m e o u t a n ds l a g

5、g i n go f b u r n e r d u r i n gp e l l e t c o m b u s t i o n a s t h e r e w e r e h i g h e r a s h a n d l o w e r a s h m e l t i n g t e m p e r a t u r e i n t h e p e l l e t m a d e o f c r o p s t r a w i n C h i n a . T h ed o u b l e c o m b u s t i o nc y l i n d e r e f f i c i e n

6、t d e v i c ew h i c ha d o p t e dm u l t i -l e v e l w i n dp r i n c i p l e s , a h e l i x d e v i c e b r e a k i n g s l a g g i n g a n dc l e a n i n ga s hw e r e d e s i g n e d .C o m b u s t i o ne x p e r i m e n t w i t ht h e c o r n s t r a wp e l l e t f u e l a n dl a r c hw o o

7、dp e l l e t w a s c o n d u c t e da f t e r t h i s p e l l e t b u r n e r w a s m a d e .T h er e s u l t s s h o w e d t h e b u r n e r w o r k e dw e l l a n dt h e a s ha n ds l a g g i n gw e r e e x p e l l e db e c a u s eo f d o u b l e c o m b u s t i o n c y l i n d e r e f f i c i e n

8、 t a n d h e l i x d e v i c e . T h e s l a g g i n g r a t e i s 23%a n d t h e c o m b u s t i o n e f f i c i e n c y i s u p t o 91%.T h e s l a g g i n g r a t e o f P B -20b i o m a s s p e l l e t f u e l b u r n e r d e c r e a s e db y 25. 94%a n d c o m b u s t i o ne f f i c i e n c y i

9、n c r e a s e d b y 9%c o m p a r e d w i t h b u r n e r m a d e f r o mS w e d e n .K e y w o r d s Bi o m a s s e n e r g y , P e l l e t f u e l , B u r n e r , C r o p s t r a w , D e s i g n , E x p e r i m e n t引言生物質(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 O 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、

10、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13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, 通過采用顆粒燃料燃燒器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及連續(xù)自動(dòng)燃燒45。經(jīng)過多年的研究, 生物質(zhì)顆粒燃燒器已經(jīng)得到了迅速發(fā)展, 尤其是在瑞典, 僅2006年生物質(zhì)顆粒燃燒器(<25k W 年銷售量達(dá)到32000臺(tái)6。根據(jù)。生物質(zhì)顆粒燃進(jìn)料方式不同, 燃燒器可分為3種類型:上進(jìn)料式、收稿日期:2010-04-27修回日期:2010-05-04農(nóng)業(yè)部引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(2008G 2作者簡介:姚宗路, 工程師, 博士, 主要從事生物質(zhì)能技術(shù)與設(shè)備開發(fā)與利用研究, E -m a i

11、 l :ya o z o n g l u 163. c o m 通訊作者:田宜水, 高級(jí)工程師, 主要從事節(jié)能、可再生能源技術(shù)和設(shè)備開發(fā)與推廣研究, E -m a i l :y i s h u i t ya h o o . c o m90農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)2010年下進(jìn)料式、水平進(jìn)料式, 目前歐洲市場(chǎng)上多采用上進(jìn)料式顆粒燃燒器。這些燃燒器主要采用木質(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), 因此國外燃燒器在設(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12周。近年來我國在生物質(zhì)燃11氣燃燒器方面進(jìn)行了一些研究, 但在生物質(zhì)固體成型燃料燃燒器方面的

12、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121391078圖1PB -20型生物質(zhì)顆粒燃料高效燃燒器結(jié)構(gòu)簡圖F i g . 1Sc h e m a t i c d i a g r a mo f P B -20b i o m a s sp e l l e t f u e l b u r n e r1. 破渣齒2. 清灰破渣裝置3. 燃燒內(nèi)筒4. 燃燒外筒5. 活動(dòng)接口6. 落料管7. 外殼8. 自動(dòng)控制裝置9. 風(fēng)機(jī)10. 電動(dòng)機(jī)11. 點(diǎn)火裝

13、置12. 燃料推進(jìn)螺旋13. 燃燒攪動(dòng)螺旋14. 灰渣排出螺旋, 試驗(yàn)表明國外的燃燒器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)顆粒燃料燃燒器, 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P X -20型上進(jìn)料式燃燒器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。525m m×285m m×520m m , 額定功率2035k W , 燃燒效率大于90%,螺旋清灰破渣裝置電動(dòng)機(jī)功率15W , 風(fēng)機(jī)功率30W , 結(jié)構(gòu)質(zhì)量15k g 。1

14、工作原理與整機(jī)結(jié)構(gòu)P B -20型生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器主要應(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)出高效雙層燃燒筒裝置, 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3、外筒4、電動(dòng)機(jī)10、風(fēng)機(jī)9、自動(dòng)控制裝置8等部分組成。燃

15、燒過程中, 顆粒燃料從落料口進(jìn)入到高效雙層燃燒筒裝置, 該裝置由燃燒內(nèi)筒、燃燒外筒組成, 通過風(fēng)機(jī), 實(shí)現(xiàn)三級(jí)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。該燃燒器采用電阻絲加熱點(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 料外 2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)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

16、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。圖2燃燒器螺旋清灰破渣裝置F i g . 2Sc h e m a t i c d i a g r a m o f h e l i x d e v i c e b r e a k i n gs l a g g i n g a n dc l e a n i n g a s h1. 推進(jìn)螺旋2. 攪動(dòng)螺旋3. 灰渣排出螺旋4. 破渣齒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

17、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機(jī)。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14Q=0. 06第11期姚宗路等:抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器研究91式中Q輸送能力, k g /hr 顆粒密度, g /cm K系數(shù)n 螺旋轉(zhuǎn)速, r /mi n S 螺旋螺距, c m D螺旋內(nèi)徑, c m 0D 螺旋外徑, c m 1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65250g 、

18、小麥為68180g 、棉稈為216. 2430g 、紅松為50. 9135g , 該燃燒器設(shè)計(jì)的最大進(jìn)料量為10k g /h, 由于燃燒過程中, 存在于燃燒器內(nèi)簡中的是灰渣與未燃盡燃料的混合物, 因此, 燃燒器運(yùn)行時(shí), 清灰破渣裝置的輸送能力應(yīng)在0. 6512k g /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11. 3g /cm 。不同用途的彈簧螺旋系數(shù)K 不同, 垂直和傾斜輸送時(shí)K=0. 8, 水平輸送時(shí)K=1. 61. 8, 本裝置中取K =1. 7。在燃燒內(nèi)筒中螺旋清灰破

19、渣裝置的直徑越大, 越容易將燃燒后的灰渣排出, 對(duì)燃燒器的進(jìn)風(fēng)影響越小, 燃燒器內(nèi)筒直徑為125m m , 考慮到螺旋的安裝空間以及加工精度, 本螺旋的直徑為120m m 。螺旋裝置的轉(zhuǎn)速與其直徑、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. 0、9. 0c m 。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T a b . 1Co r r e s p o n d i n g r e l a t i o n s o f

20、 s p e e da n ds c r e wp i t c h3顆粒密度r /g·cm -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0. 5r /mi n , 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15W , 電壓為220V , 固定轉(zhuǎn)速為7r /mi n , 額定轉(zhuǎn)矩為1. 18k g ·cm , 配上調(diào)速裝置, 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速可在07r /mi n 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1200以上。2. 2雙層燃燒

21、筒針對(duì)秸稈顆粒燃料揮發(fā)份高的特性, 本燃燒器的燃燒筒采用多級(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。燃燒外筒套在內(nèi)筒上, 有35m m 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。33圖3燃燒器雙層燃燒筒F i g . 3Do u b l e c o m b u s t i o n c y l i n d e r e f f i c i e n t d e v i c e1. 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,

22、 截面形狀是5m m×10m m 的方孔, 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25m m , 其中每列5個(gè)進(jìn)風(fēng)口, 間隔為20m m , 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其他部件燃燒器的進(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)地輸送到燃燒器的落料口, 然后進(jìn)入燃燒內(nèi)筒。, 螺距S /cm6. 0-

23、1轉(zhuǎn)速n /r·mi n0. 580. 460. 390. 480. 390. 320. 450. 360. 301. 07. 59. 06. 01. 27. 59. 06. 01. 37. 59. 0由此可見, 由于燃燒過程中螺旋的輸送量比較 小92農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)2010年穩(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。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

24、柱型顆粒燃料, 直徑8m m , 長度1030m m , 為保證進(jìn)料均勻, 顆粒燃料處理為長度15m m 左右, 采用螺旋上料機(jī)構(gòu)均勻進(jìn)料, 進(jìn)料量為6. 67k g /h。兩種顆粒燃料收到基的主要特性如表2所示。3燃燒試驗(yàn)3. 1試驗(yàn)材料樣機(jī)制造后, 在北京大興區(qū)進(jìn)行了燃燒試驗(yàn)。表2試驗(yàn)生物質(zhì)顆粒燃料特性T a b . 2Ph y s i c a l c h a r a c t e r i z a t i o no f b i o ma s s p e l l e t s燃料類型玉米秸稈顆粒落葉松木質(zhì)顆粒顆粒密度/g·cm -31. 21. 18機(jī)械耐久性/%97. 597. 5全

25、水分/%10. 27. 63揮發(fā)份/%63. 7985. 55灰分/%18. 451. 01低位發(fā)熱量-1/MJ ·kg軟化溫度/11671332C a d 44. 9248. 89元素分析/%H a d 5. 776. 19N a d 0. 980. 12S a d 0. 210. 0913. 0116. 833. 2試驗(yàn)方法由于目前沒有燃燒器的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn), 因此測(cè)試燃燒器的相關(guān)參數(shù)時(shí), 將其安裝熱水鍋爐中, 然后進(jìn)行測(cè)試。本試驗(yàn)是將燃燒器安裝在功率20k W 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G B

26、 /T101802003工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程。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(K M 9106 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:燃燒器停止后, 冷卻, 將燃燒內(nèi)筒內(nèi)底灰全部取出, 稱質(zhì)量并記為m 1, 篩分灰渣中粒度大于6m m 的渣塊, 稱質(zhì)量并記為m 2, 則粒度大于6m m 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=m m 100%。清渣情2/1×況:燃燒后,

27、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)、K M 9106型綜合煙氣分析儀、GJ -2密封式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)、XL -1箱型高溫爐、101-1A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱、ZD H W -5型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀、Va r i o E L 元素分析儀、VI S T A -M P X 型等離子發(fā)射光譜儀、BS A 223S -C W 型分析天平、PL 2002型電子天平、SZ 11-4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型燃燒器性能測(cè)試按照試驗(yàn)要求, 該生物質(zhì)顆粒燃燒器在匹配生物質(zhì)熱水鍋爐, 使用玉米秸稈顆粒為燃料, 正常運(yùn)行3燃燒過程中發(fā)現(xiàn), 螺旋清灰破渣

28、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, 保證了燃燒器的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。額定負(fù)荷下, 該燃燒器的正平衡熱效率為83. 07%,反平衡熱效率為84. 84%,平均熱效率達(dá)83. 9%,經(jīng)折算, 該燃燒器燃燒效率為91%。結(jié)果表明該燃燒器設(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, 該燃燒器在燃燒過程中的污染物排放量較低, 在標(biāo)態(tài)下N O 的排放x 量為74m g /m, S O g /m, 煙塵排2排放濃度小于1m 放濃度為40m g /m, 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

29、程中, 該燃燒器的多級(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23%,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. 2兩種燃燒器對(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P X -20型上進(jìn)料式燃燒器進(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, 使用兩種燃燒器燃燒時(shí)底灰結(jié)渣率均為零,

30、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), 由于秸稈類顆粒, 333第11期姚宗路等:抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器研究93燃料器類型P B -20型燃燒器燃料類型玉米秸稈落葉松玉米秸稈落葉松表3兩種燃燒器燃燒測(cè)試對(duì)比T a b . 3Co m b u s t i o nt e s t o f t w o b i o m a s s b u r n e r s燃燒效率/%9190以上8290以上底灰結(jié)渣率/%23048. 940清灰破渣情況能有效清灰破渣能有效清灰無法清灰破渣能有效清灰運(yùn)行時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行正常運(yùn)行1520m i n , 自動(dòng)熄火連續(xù)穩(wěn)定

31、運(yùn)行P X -20型燃燒器高, P X -20型燃燒器由于無清灰裝置以及配風(fēng)不完善等問題, 正常運(yùn)行1520m i n 后, 由于燃燒室內(nèi)的灰渣較多, 燃燒器自動(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%。P B -20型燃燒器, 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P X -20型燃燒器有明顯降低, 燃燒效率也明顯提高。結(jié)果表明, 瑞典P X -20型燃燒器是針對(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

32、高、灰熔點(diǎn)低的秸稈類顆粒燃料。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, 燃燒器易熄火、燃燒性能差等問題。(2 試驗(yàn)結(jié)果表明, 該燃燒器采用玉米顆粒燃料, 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P X -20型燃燒器相比, 兩種燃燒器都能應(yīng)用于木質(zhì)顆粒燃料, 但以玉米秸稈顆粒為燃料時(shí), 本燃燒器燃燒效率提高了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 本燃燒器能夠與熱風(fēng)爐、采暖鍋爐等設(shè)備

33、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。文獻(xiàn)4結(jié)論(1 P B -20型生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器采用參考1王久臣, 戴林, 田宜水, 等. 中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析J . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2007, 23(9 :276282. Wa n g J i u c h e n , D a i L i n , T i a n Y i s h u i , e t a l . A n a l y s i s o f t h e d e v e l o p m e n t s t a t u s a n d t r e n d

34、s o f b i o m a s s e n e r g y i n d u s t r y i n C h i n a J . T r a n s a c t i o n s o f t h e C S A E , 2007, 23(9 :276282. (i n C h i n e s e 2吳創(chuàng)之, 周肇秋, 陰秀麗, 等. 我國生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀與思考J . 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2009, 40(1 :9199.Wu C h u a n g z h i , Z h o uZ h a o q i u , Y i n X i u l i , e t a l .C u r r e n t s

35、t a t u s o f b i o m a s s e n e r g y d e v e l o p m e n t i nC h i n a J . T r a n s a c t i o n s o f t h e C h i n e s e S o c i e t y f o r A g r i c u l t u r a l M a c h i n e r y , 2009, 40(1 :9199. (i n C h i n e s e 3Eu r o p e a nC o m m i s s i o n . E n e r g y f o r t h ef u t u r e

36、:re n e w a b l es o u r c e s o f e n e r g y R .W h i t e P a p e r f o r a C o m m u n i t y S t r a t e g ya n d A c t i o nP l a n , C O M (97 599F i n a l , 1997.4田宜水. 生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望J . 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)·新能源產(chǎn)業(yè), 2009(3 :2026.5Fr a n k F i e d l e r .T h e s t a t e o f t h e a r t o f s m a l l -

37、s c a l e p e l l e t -b a s e dh e a t i n g s y s t e m a n dr e l e v a n t r e g u l a t i o n s i nS w e d e , A u s t r i aa n d G e r m a n y J .R e n e w a b l e S u s t a i n a b l e E n e r g y R e v i e w s , 2004, 8(3 :201221.6Jo n a s H ögl u n d .T h eS w e d i s h f u e lp e l l

38、e t si n d u s t r y :pr o d u c t i o n , m a r k e t a n d s t a n d a r d i z a t i o n R .S w e d i s hU n i v e r s i t yo f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s , E x a m a r b e t e N r 14, 2008. 7Ha s l i n g e r xW, F r a n c e , 2005.8Da v i d E , M a r i e R , J e s s i c a S , e t a l

39、 .O p t i m i z a t i o n o f e f f i c i e n c y a n d e m i s s i o n s i np e l l e t b u r n e r s J . B i o m a s s a n d B i o e n e r g y , 2004, 27(6 :541546.9羅娟, 侯書林, 趙立欣, 等. 生物質(zhì)顆粒燃料燃燒設(shè)備的研究進(jìn)展J . 可再生能源, 2009(6 :9095.L u oJ u a n , H o uS h u l i n , Z h a oL i x i n , e t a l .T h er e s e a

40、 r c hp r o g r e s so f p e l l e t b u r n i n ge q u i p m e n t s J .R e n e w a b l eE n e r g y R e s o u r c e s , 2009(6 :9095.(i n C h i n e s e (下轉(zhuǎn)第137頁F r i e d l x G , Wo p i e n k a x E , e ta l . S m a l l -s c a l e p e l l e tc o m b u s t i o n t e c h n o l o g y :s t a t eo ft h e

41、 a r t , r e c e n td e v e l o p m e n t , i m p r o v e m e n t s a n d c h a l l e n g e s f o r t h e f u t u r e C Pr o c e e d i n g s o f t h e 14t hE u r o p e a nB i o m a s s C o n f e r e n c e , P a r i s ,第 11 期 袁越錦 等 : 板栗真 空爆殼特性影響因素的試驗(yàn) J o u r n a l o f C h i n e s eI n s t i t u t eo

42、f F o o dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , 2006, 6( 1 :429 436.( i nC h i n e s e 137 2袁越錦 , 徐英 英 , 黨新安 , 等 . 板栗脫殼技術(shù)與破殼機(jī)理研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) J . 食 品工業(yè)科技 , 2008, 29( 10 : 301 305. Y u a nY u e j i n , X uY i n g y i n g , D a n gX i n 'a n , e t a l .C u r r e n t s i t u a t i o na n dd e v e l o p

43、m e n t t r e n do f c h e s t n u t s h e l l e dt e c h n o l o g ya n d c r a c k e dme c h a n i s m J .S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo f F o o dI n d u s t r y , 2008, 29( 10 :301 305.( i nC h i n e s e 3伍冬生 , 任奕林 , 廖慶喜 , 等 .堿液脫板栗澀皮的試驗(yàn)研究 J .農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) , 2001, 32( 5 :118 119. 4K i mJ H , P a

44、r kJ B , C h o i CH.D e v e l o p m e n t o f c h e s t n u t p e e l i n gm a c h i n e J .K o r e a nS o c .A g r i c .Ma c h i n e r y , 1997, 22( 3 : 289 294. 5黨新安 , 張昌松 , 葛正浩 . 板栗真空爆殼 技術(shù)與設(shè)備的研究 J . 輕工機(jī) 械 , 2001( 2 :19 21. D a n gX i n ' a n , Z h a n gC h a n g s o n g , G eZ h e n g h a o .

45、S t u d yo ft e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t o nt h ev a c u u mb u r s t o p e n i n go ft h e C h i n e s ec h e s t n u t s h e l l J .L i g h t I n d u s t r yMa c h i n e r y , 2001( 2 :19 21.( i nC h i n e s e 6H w a n gJ Y , H w a n gIK , P a r kJB .A n a l y s i so f p h y s i c o c

46、 h e m i c a l f a c t o r sr e l a t e dt ot h ea u t o m a t i cp e l l i c l er e m o v a l i nK o r e a n c h e s t n u t ( C a s t a n e ac r e n a t a J .J o u r n a l o f A g r i c u l t u r a l a n dF o o dC h e m i s t r y , 2001, 49( 12 :6 045 6 049. 7Mo r e i r aR , C h e n l oF , C h a g

47、 u r i L , e t a l .Ma t h e ma t i c a l mo d e l l i n go f t h ed r y i n gk i n e t i c so f c h e s t n u t ( C a s t a n e as a t i v am i l l i n f l u e n c eo f t h en a t u r a l s h e l l s J .F o o da n dB i o p r o d u c t sP r o c e s s i n g , 2005, 83( 4 :306 314. 8王武 , 張莉 , 方紅美 , 等

48、.預(yù)設(shè)應(yīng)力對(duì)板栗微波爆殼的影響研究 J .食品科學(xué) , 2005, 26( 9 :333 336. Wa n gWu , Z h a n gL i , F a n gHo n g m e i , e t a l .S t u d yo nt e c h n o l o g yo f m i c r o w a v es h e l l i n go f c u t C h i n e s ec h e s t n u t J .F o o d S c i e n c e , 2005, 26( 9 :333 336.( i nC h i n e s e 9G a oZ h e n j i a

49、n g , L i nHa i , X i a oH o n g w e i .A i r i mp i n g e me n td e s h e l l i n go fc h e s t n u t s( C .m o l l i s i m a :p r o c e s sp a r a m e t e r o p t i m i z a t i o n J .I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f F o o dE n g i n e e r i n g , 2008, 4( 2 :15 16. 10張榮榮 , 李小昱 , 王為 , 等 . 基于有限元方法的板栗破殼 力學(xué)特性分析 J . 農(nóng)業(yè)工程學(xué) 報(bào) , 2008, 24( 9 :84 88. Z h a n gR o n g r o n g , L i X i a o y u , Wa n gWe i , e t a l .A n a l y s i so f m e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f C h i n e s ec h e s t n u t c r