生物质链条蒸汽锅炉炉膛的设计与研究

摘要

在我国面临着能源与环境双重危机日益加重的背景下，生物质能的开发利用对节能减排、改善空气质量、提高资源利用率以及缓解能源危机都有着重大意义。秸秆、木屑等农林废弃物加工成型后，替代煤炭作为中小型工业锅炉的燃料，是我国现阶段生物质资源利用的重要途径之一。
　　我国目前生产应用的大部分生物质锅炉，都是在原有燃煤锅炉基础上直接改燃用生物质燃料，炉膛结构没有经过合理的设计，导致炉内积灰结渣问题严重、热效率低。本文针对传统生物质锅炉炉膛的缺陷，结合生物质层燃理论研究基础，提出一种生物质链条锅炉新型炉膛结构。以额定蒸发量1t/h、额定蒸汽压力0.7MPa的链条蒸汽锅炉为例，介绍炉膛新型结构的设计与试验研究，主要内容与结论如下：
　　1）设计的新型炉膛结构其技术创新主要体现在炉拱结构、二次风系统与防积灰装置的设计上。采用多拱结构，将炉膛分为3个燃烧室，延长烟气行程；二次风在燃料层上方形成近似圆形气流扰动，提高燃尽程度；布置声波吹灰装置，有效减轻受热面与烟管的积灰结渣。
　　2）该炉膛结构应用在1t/h的链条蒸汽锅炉上，经过对炉膛的设计计算，炉膛容积为4.5m3，炉膛周界面积为10.06m2，总有效辐射受热面积为7.48m2，炉膛系统黑度为0.50，火焰黑度为0.275。
　　3）在设计的新型炉膛内燃用玉米杆、甘蔗渣、杂木末三种生物质成型燃料，进行热性能参数试验，工况条件为100％额定负荷，其燃烧效率分别为97.57%、96.67%和97.91%；炉膛出口烟温分别为817℃、799℃和835℃；污染物生成、结渣倾向等热性能明显优于现有的传统“L”型生物质锅炉。
　　4）选取玉米杆成型燃料，80%额定负荷，燃料层厚度30cm，进行对比试验。8个试验工况中，新型炉膛的最佳工况在αpy=1.50时，此时炉膛燃烧效率为97.04%，炉膛出口烟气温度为809℃，炉膛出口烟气含氧量为5.2%。
　　5）在设计的新型炉膛内进行了温度分布规律试验研究。结果表明：温度分布沿高度方向上，第一、二燃烧室均呈现先增大后减小的趋势，0.4m高度处达到峰值；第一燃烧室在0.6～0.8m高度范围内出现回升；温度分布沿炉膛横向截面方向上，第一燃烧室在0.4m、1.2m和1.6m高度处分布均匀。
　　6）在设计的新型炉膛内进行了气体浓度分布规律试验研究。结果表明：气体浓度分布沿高度方向上，O2浓度先减小后增大，0.4m高度时最低，1.2m高度后稳定在9.00%左右；CO2浓度先升高后降低，0.4m高度时最高，1.2m高度后稳定在8.20%左右；CO浓度呈现先增加后减小再趋于恒定的趋势，在0.4m到0.8m高度范围内向CO2转化，浓度下降；沿炉膛深度方向上，壁面处气体浓度低；炉膛中心区域CO2与CO浓度高，O2浓度低。

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中文摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 研究内容

1.4 研究作用与意义

2 生物质的层燃特性分析

2.1生物质层燃机理

2.2 链条炉排上的层燃过程

2.3 链条炉排上燃料层的气体分布

2.4 链条炉排上生物质燃烧的稳定

2.5 生物质燃料性质对层燃的影响

2.6 本章小结

3 生物质链条锅炉炉膛结构的设计

3.1 传统炉膛结构概述

3.2 新型炉膛结构的设计

3.3 1t/h链条蒸汽锅炉炉膛的设计计算

3.4 本章小结

4 炉膛热性能对比试验

4.1 试验目的与意义

4.2 试验仪器

4.3 试验燃料

4.4 试验方法

4.6 试验结果与分析

4.7 本章小结

5 新型炉膛温度场与气体浓度场分布规律测试试验

5.1 试验目的与意义

5.2 试验仪器

5.3 试验方法

5.4 试验结果与分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

英文摘要

附：攻读硕士研究生期间发表的学术论文及其它