在能源問題日趨嚴峻的今天，生物質能成為一種替代能源已經被世界所認可．生物質秸稈作為可再生資源，不僅可以緩解日益嚴峻的能源問題，同時有利于環境保護。
世界對生物質能源化技術研究已取得很大成就，而目前發展快、應用最多的是生物質秸稈直燃發電和生物質秸稈生物質成型顆粒燃料兩項技術，其中生物質直燃發電技術近年來得到快速應用，但秸稈直燃發電廠僅適用于秸稈豐富的地區，生物質秸稈生物質成型顆粒燃料技術可以在更大的范圍內使用，但目前在生物質秸稈生物質成型顆粒燃料使用中出現了許多問題：1）沒有合適的燃燒設備．由于秸稈比煤更易著火燃燒和燃盡，因此使用者大多直接采用燃煤鍋爐，2）大多數生物質秸稈鍋爐并不適合秸稈燃燒，由于缺乏對生物質秸稈燃燒特性的認識，目前推出的生物質秸稈鍋爐，設計上存在嚴重缺陷，導致鍋爐實際效率低，冒黑煙等問題，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，家用生物質鍋爐如下圖所示：
為了解決上述問題，筆者根據農作物秸稈壓塊的燃料及燃燒特性，設計并加工制造新型生物質壓塊熱水鍋爐，對緩解農村秸稈焚燒問題以及能源合理、有效利用有重要意義。
1、設計依據1.1 生物質壓塊燃料特性
生物質壓塊燃料是由玉米、水稻、小麥等秸稈作為原料擠壓而成，形狀通常呈圓形或方形，其元素種類與原材料基本相同．通過實驗測定，擠壓密度在0.9～1.2g/cm3范圍內便于充分燃燒且結焦率很小。
參照國家標準GB212 -9煤的工業分析法和GB5186生物質燃料發熱值測量方法，對3種生物質秸稈進行工業分析及發熱值測定，所得結果如表1所示。
由表l可以看出生物質空氣干燥基中的碳含量集中在35%～43%，灰分和含碳量都小于煤.N元素含量占0.6%～1%，S元素占0.1%～0.2%，這遠遠低于煤炭中N元素和S元素的含量，因此生物質壓塊燃燒產生的有害氣體遠低于煤炭，生物質壓塊揮發分含量一般高達55%以上，所以在設計生物質鍋爐過程中揮發分是要考慮的主要因素。
1.2烘燒特性分析
生物質燃料經過擠壓后密度增大，使得揮發分溢出變得緩慢，但與煤相比仍然十分迅速．燃燒開始階段點火溫度有所提高，點火性能相對減弱，燃燒初期揮發分緩慢分解，生物質熱分解的溫度比較低，一般在350℃就釋放出80%左右的揮發分，燃燒速度很快．高揮發份在燃料不完全燃燒過程中析出，要充分燃燒這些揮發分必須配以足量二次風，以減少氣體不完全燃燒損失。
與一般常見燃料相比，生物質的灰熔點較低，因為生物質燃料包含相對大量堿金屬，如鉀、鈉、氯等，這些堿金屬降低灰分的熔點．使得爐膛內燃燒溫度超過700℃時即會引起聚團結渣，達到1000℃以上將會嚴重結渣，因此燃燒區采用低溫厭氧燃燒將會有效減輕結渣現象。
總體來看，生物質壓塊燃燒速度適中，燃燒相對穩定．只要控制好爐膛內氧量及爐膛溫度，便會使燃料燃燒完全。
2、生物質生物質成型顆粒燃料熱水鍋爐設計
2.1鍋爐結構示意圖
生物質成型熱水鍋爐由爐門孔、進料口、爐排、燃燒室、一次通風口、二次風管、降塵室、對流受熱面、煙道、煙囪等部件組成。
2.2生物質生物質成型顆粒燃料鍋爐的工作原理
鍋爐燃燒部分由下到上由3部分構成：灰渣區；固體燃燒區；氣體然燒區。固體燃燒區使壓塊燃料初步燃燒，產生大量可燃氣體，可燃氣體在氣體燃燒區內配以足夠二次風的情況下順利燃燒，高溫煙氣首先以較低速度橫向沖刷錯列布置的凝渣管，然后進入降塵室，此處大量飛灰由于重力作用面停留，隨后煙氣進入三行程火管，每行程火管煙氣流通面積逐漸減小，使煙氣始終以楣對較高速度沖刷火管。
2.3燃燒設備設計
2.3.1燃燒設備中爐排及爐膛尺寸
爐排尺寸與爐膛尺寸是鍋爐設計的重要參數，也是首先要確定的參數，他們直接影響到鍋爐供熱量與燃燒情況．根據鍋爐原理及計算，選取合適的爐排面積熱負荷及爐膛容積熱負荷，其中，爐排面積熱負荷q=400 kW．m-2;爐膛容積熱負荷g，=350kW·m3；爐排尺寸A。
2.3.2一次風、二次風送風裝置
針對生物質燃料高揮發份的特點，采用分級配風模式，由于空氣中氧氣體積占21%，則1 kg生物質燃料燃燒理論空氣量為
v=0.0889(C+0.375S)+0.265H-0.0333O
根據試驗證明中型生物質鍋爐過量空氣系數一般大于1.5，本小型鍋爐過量空氣系數取1.8，一次風、二次風風量配比4:6，這樣分配的目的是：一次風使燃料在固相燃燒區低溫半氣化燃燒，有效減少爐膛結渣現象產生，二次風使揮發分在氣體燃燒區全部燃盡。
二次風從二次風管以一定角度吹向爐膛，在爐膛內形成漩渦型氣流流場，這樣能使燃燒火焰向中間靠攏，提高火焰溫度，同時還延長火焰在爐膛停留時間，對炭及揮發分充分燃燒有重要作用。
2.4.2對流受熱面的設計
對流受熱面可分為降塵受熱面以及降溫受熱面．降塵受熱面布置在爐膛出口處如圖1所示，高溫煙氣以3～5 m/s速度橫向沖刷錯列鋼管，有效防止大量飛灰隨煙氣進入下一級吸熱面，同時由于煙氣溫度較高，該對流受熱面吸收一部分輻射熱量，吸熱受熱面是煙氣以14~16m/s速度流經三行程煙管，實驗證明，這樣既保證鍋爐的吸熱量，同時由于煙氣在煙管內停留時間較短，有效防止堿金屬灰析出。
3、生物質生物質成型顆粒燃料熱水鍋爐性能
3.1試驗教據
為進一步驗證該生物質鍋爐設計的合理性及鍋爐效率、煙氣排放特性，根據CCAEPI - RG-Q-28環保產品認證實施規則《生物質生物質成型顆粒燃料鍋爐》、GB/T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》、GB10180/T-2003《工業鍋爐熱工性能試驗規程》，對該生物質燃料鍋爐進行熱性能及環保指標測試。
3.2結果分析
由表2~3的物質生物質成型顆粒燃料熱水鍋爐測試可以看出，正、反平衡試驗結果均達到了預定的供熱量，反平衡測試中格林曼黑度級小于1，且排放物濃度均小于燃煤鍋爐，證明鍋爐設計的合理性。
4 結 論
通過對生物質鍋爐設計及測試，得到以下結論：
1)生物質壓塊由于其燃料特性與燃燒特性要求其燃燒設備的風量配比與煤相比有所不同．生物質壓塊燃燒要求過量空氣系數大于1.5，且二次風風量占總供風量的60%情況下燃料燃燒更充分；
2)生物質熱水鍋爐效率可達到80.14%，煙塵、S02 .NOx排放濃度都有遠低于國家關于工業鍋爐大氣中污染物排放標準要求．生物質鍋爐C02排放量為零，這對控制溫室效應有長遠意義；
3)生物質熱水鍋爐結構簡單，成本低廉，且解決農村秸稈焚燒的難題，無論從社會效益還是經濟效益均有廣泛的應用前景。
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