0、引言
農(nóng)村能源資源是指在農(nóng)村就地開發(fā)和利用的能源物質(zhì)，如：薪柴、農(nóng)作物秸桿、人畜糞便等，農(nóng)村能源基本上是可再生能源，而且有較好的地域性、分散性和間歇性。
農(nóng)村能源利用律低，其生物質(zhì)能源綜合利用率僅16%，薪柴超伐量達54%，秸桿直接燃燒用量占60%，生物質(zhì)能源的不合理消耗，加劇了農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡的失調(diào)。
生物質(zhì)成型技術(shù)為高效利用農(nóng)業(yè)廢棄物、農(nóng)作物秸桿等提供了一條很好的途徑。為更好的利用生物質(zhì)燃料，筆者設(shè)計了一種用于發(fā)電的生物質(zhì)成型燃料鍋爐。
1、生物質(zhì)秸桿鍋爐的工作原理
鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環(huán)、膜式壁爐膛、前吊后支，全鋼架Ⅱ型結(jié)構(gòu)。
生物質(zhì)燃料經(jīng)爐膛兩側(cè)進入高速床移動床。生物質(zhì)燃料在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量煙氣，經(jīng)過熱器，省煤器、空氣預(yù)熱器由尾部煙道排出。鍋爐給水經(jīng)省煤器加熱后進入鍋筒；鍋筒內(nèi)的飽和水經(jīng)下降管進入水冷壁下集箱、埋管、上升管、上集箱，然后從引出管引入鍋筒；飽和水及飽和蒸汽混合物在鍋筒內(nèi)經(jīng)汽水分離裝置分離后，飽和蒸汽通過引出管進低溫過熱器。過熱蒸汽由低過加熱后進入噴水減溫器中調(diào)節(jié)汽溫。然后經(jīng)高溫過熱器，將蒸汽加熱到額定汽溫，從高過出口集箱通過匯集管引入集汽集箱，最后從主汽閥至主蒸汽管道。
2、生物質(zhì)秸桿鍋爐的設(shè)計
2.1生物質(zhì)秸桿鍋爐的設(shè)計參數(shù)
額定蒸發(fā)量： 65 t/h
額定蒸汽壓力： 5.3 MPa
額定蒸汽溫度： 485℃
給水溫度： 150 ℃
連續(xù)排污率： ≤2%
冷風(fēng)溫度： 18℃
排煙溫度： 150℃
鍋爐設(shè)計熱效率： 87.9%
2.2設(shè)計燃料
本鍋爐的設(shè)計燃料為一些常見的農(nóng)業(yè)廢棄物和農(nóng)作物秸桿，具體組成見表1。
表1 設(shè)計燃料各成分質(zhì)量分數(shù)
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玉米桿 |
棉花桿 |
果樹枝條 |
花生殼 |
糠醛渣 |
鋸木屑 |
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30 |
20 |
30 |
10 |
5 |
5 |
入爐燃料尺寸范圍：軟秸桿顆粒度為0～150mm，硬秸桿顆粒度為0～50 mm。
2.3生物質(zhì)秸桿鍋爐的主要結(jié)構(gòu)
生物質(zhì)秸桿鍋爐主要由鍋筒、爐膛、埋管、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等組成。本鍋爐的設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
2.3.1鍋筒
鍋筒為Ø600 mm，用19Mn6鋼板制成，懸吊在頂板大梁上，鍋筒內(nèi)設(shè)西290 mm旋風(fēng)分離器28個，其中汽水混合物順時針旋轉(zhuǎn)的12個，逆時針旋轉(zhuǎn)的12個（俯視），分離器的直徑為①290mm，單個分離器的的平均負荷約為3.5t/h。
從水冷壁引出的汽水混合物進入旋風(fēng)分離器，靠離心作用進行汽水分離，分離出來的水沿分離器內(nèi)壁下流，蒸汽經(jīng)過接管進入過熱器。
爐膛斷面為6335mm×7 175mm（按水冷壁中心線）的長方形。整個水冷壁分成4個循環(huán)回路，即兩側(cè)及前、后回路，鍋水由4根Ø273mm×12mm集中下降管通過24根Ø133mm×6mm的下降管引到運轉(zhuǎn)層下分別導(dǎo)入水冷壁的各個下集箱。爐膛前后墻下部各懸吊一組旗形埋管，前墻埋管組下部由膜式壁彎制成前副床（低速床），后墻下面為膜式壁后副床（低速床），它們與兩側(cè)水冷壁共同形成水冷布風(fēng)板和風(fēng)室。
2.3.2過熱器
過熱器布置在水平煙道內(nèi)，按煙氣流動方向分為兩級，前部布置高溫過熱器，后部布置低溫過熱器。
飽和蒸汽自鍋筒引出后，先進入低溫過熱器，加熱后的蒸汽經(jīng)過噴水減溫器降溫，再引入高溫過熱器繼續(xù)加熱，以求達到所需要的參數(shù)。
低溫過熱器、高溫過熱器都采用混合流，順列布置方式。
2.3.3省煤器
鍋爐采用順列蛇形管式省煤器，在尾部煙道單級布置，按煙氣流向分為一組高溫段省煤器和二組低溫段省煤器。
2.3.4空氣預(yù)熱器
布置了兩級鋼管臥式順列空氣預(yù)熱器，一級空氣預(yù)熱器用來加熱主床風(fēng)，熱風(fēng)溫度110℃；另一級空氣預(yù)熱器用來加熱副床風(fēng)，副床風(fēng)熱風(fēng)溫度160 ℃。
2.3.5燃燒設(shè)備
本爐燃燒設(shè)備主要由給料裝置、布風(fēng)裝置、二次風(fēng)裝置組成。生物質(zhì)燃料通過各布置在爐左右側(cè)的設(shè)有特殊送風(fēng)裝置的給料口順利進入密相區(qū)。
密相區(qū)共有3個床面，中部為主床（高速床），前后為副床（低速床）。鍋爐燃燒所需空氣分別由2臺風(fēng)機提供。主床高壓風(fēng)機送出來的風(fēng)經(jīng)低溫空氣預(yù)熱器由風(fēng)道引入主床高壓風(fēng)室。低速床風(fēng)機送出的風(fēng)經(jīng)高溫空氣予熱器予熱后，進入低速床風(fēng)室。
主床高壓配風(fēng)占總風(fēng)量45%，低速床配風(fēng)占總風(fēng)量55%。二次風(fēng)由副床主風(fēng)道接出，通過爐膛兩側(cè)風(fēng)管進入爐膛。播料風(fēng)和密封風(fēng)由主床主風(fēng)道接出。
各配風(fēng)總管上均應(yīng)設(shè)有風(fēng)門及機翼測風(fēng)裝置運行時可調(diào)節(jié)主副床風(fēng)量和一、二次風(fēng)比來適應(yīng)燃料和負荷變化需要。
3、結(jié)論
本鍋爐采用單鍋筒自然循環(huán)，全膜式壁爐膛帶差速床的低倍率循環(huán)流化床鍋爐，在設(shè)計上具有如下特點：
1)采用了差速床技術(shù)，不但提高了埋管壽命而且強化了燃燒效果。
2)鍋爐爐膛采用了全膜式壁結(jié)構(gòu)，因此鍋爐的膨脹、密封得到了很好的保證。
3)采取了有效的防磨措施，降低了循環(huán)流化床鍋爐的磨損，確保了鍋爐連續(xù)經(jīng)濟運行。本鍋爐在沸騰段采用先進的差速床技術(shù)，使埋管區(qū)域形成低煙速、細顆粒減少磨損的環(huán)境，并且埋管鰭斤采用1Cr20Ni14Si2，使埋管壽命提高3倍以上；在尾部受熱面降低煙速減少磨損；省煤器采用順列蛇形管，迎風(fēng)面加裝防磨蓋板及彎頭處加裝防磨罩；空氣預(yù)熱器采用順列鋼管空氣預(yù)熱器；整個水冷壁由于受到的煙氣沖刷較低，可以不考慮加防磨措施。
由于秸桿生物質(zhì)燃料鍋爐的技術(shù)資源比較欠缺，在設(shè)計過程中的選材、計算等可能還不是非常的合適，期望通過實踐的不斷完善，使秸桿生物質(zhì)燃料鍋爐產(chǎn)品的性能和技術(shù)能夠進一步的提高和優(yōu)化，也望業(yè)內(nèi)人士提出寶貴建議。
三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐、家庭炊事小型鍋爐同時也生產(chǎn)和銷售生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的顆粒機、秸稈壓塊機、木屑顆粒機等生物質(zhì)燃料成型機械設(shè)備。
