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生物质颗粒燃料燃烧锅炉发展综述

2019-04-09 13:49:51

近年来,由于煤炭、石油等传统燃料燃烧,造成的能源安全和环境问题日益严重。随着国家重视程度的提高和相关企业转型的需要,生物质能源已成为解决能源上述问题的关键。

摘要:近年来,由于煤炭,石油等传统燃料的燃烧,能源安全和环境问题日益严重。随着国家关注度的提高和相关企业转型的需要,生物质能成为解决上述能源问题的关键。生物质能通过植物体内的光合作用和太阳能储存。与化石燃料相比,产量大,分布范围广,多种利用方式,氮,硫含量低,灰分含量低,热值低等特点。生物质颗粒的高效燃烧已成为锅炉行业发展的必然趋势。本文的目的是回顾国内外生物质颗粒锅炉的研究现状,探讨生物质颗粒锅炉的深化方向和研究前景,完善现有的学术和工程问题,明确研究和开发的下一步。本文提出了生物质颗粒锅炉领域需要解决的问题和进一步研究的重点,供读者参考。

《2006年中国能源发展报告》指出,全球约90%的能源消耗来自化石能源,10%核电,水电。中国消耗的主要能源是煤和石油。包括煤金和石油在内的化石能源的广泛使用加剧了全球变暖等环境问题。如果能源安全和环境问题没有得到妥善解决,到2050年,中国的标准煤耗将是2005年的三倍,其产生的二氧化碳排放量也将增加2.5倍。因此,寻找安全可靠的新能源是现阶段亟待解决的问题。

生物质能源是植物用来吸收太阳能,水和二氧化碳,产生二氧化碳和碳水化合物并将其储存在植物中的能源。与化石燃料相比,生物质具有以下特点:储存量大,原料分布广,使用方式多;燃烧过程中生物量低,氮含量低,灰分含量低,NOx,SOx和粉尘排放量低;生物质燃料在形成过程中吸收的二氧化碳与燃烧过程中排放的二氧化碳相似,净二氧化碳排放量约为零;由于生物质燃料的含水量高,其热解和燃烧特性相对较高。较差的;生物质能是一种可再生能源。因此,在锅炉工业中产生高效燃烧材料颗粒的锅炉已成为锅炉工业发展的主要趋势。

1国内外现状和存在的问题

在20世纪50年代,日本率先开发了用于生物质燃料特性和燃烧方法的棒状燃料成型机和相关燃烧设备。在20世纪70年代后期,针对木质颗粒燃料的特性,美国开发了一种特殊的木质颗粒燃料燃烧设备。根据在美国和日本的研究,瑞典,芬兰,丹麦和其他国家已开发出用于生物质颗粒燃料的颗粒成型机及其燃烧设备。目前,发达国家生物质燃料燃烧设备的研究相对成熟,并根据工业需求和供热发电领域的产业化进一步升级。

在现阶段,在生物质颗粒燃料燃烧领域,中国将重点关注燃料的燃烧特性,但尚未建立起该系统的理论和相关标准。生物质燃料燃烧设备的研究尚处于起步阶段。

刘胜勇基于热性能试验,气流现场试验,温度场试验和炉内气体浓度场试验,自主设计了单层和双层炉排生物质燃料燃烧设备及其性能指标。针对上述燃烧设备,刘胜勇研究了气流场,浓度场和温度场的参数,为我国生物质颗粒燃料燃烧设备的进一步发展奠定了理论基础。

根据秸秆本身的生物学特性,田义水根据炉膛前后双燃烧室的结构设计了秸秆直燃式热水锅炉的燃烧室。双燃烧室由火拱隔开。这种结构增强了秸秆与空气和高温烟气之间的混合,并延长了秸秆在燃烧室中的燃烧时间,从而提高了燃料的燃烧程度。

严学敏深入研究了甘蔗渣的燃烧机理,采用了独立燃烧室和辐射加热面的封闭式炉体结构,设计出适用于甘蔗渣,稻壳,树枝,树皮等生物质燃料的燃烧锅炉。这种封闭的炉子结构不仅便于燃料的燃烧过程,而且还具有足够的加热表面以满足燃烧和传热的双重要求。同时,人字形前后拱设置在炉内,以改善高温烟气的辐射,提高蔗渣燃料的燃烧速度和燃烧稳定性。

鉴于木屑,树枝,树皮,木粉等废弃物的燃烧特性,何玉恒基于负压燃烧理论,在炉内设计了一个含有水冷壁管的层燃锅炉,改善了内部炉子的温度和促进的燃料,如木屑。完全燃烧。同时,炉子配有防爆门,以避免木屑等燃料燃烧过程中的爆燃现象。

虽然中国的生物质颗粒燃料产业起步较晚,但其发展速度相对较快,相关的燃烧技术相对成熟。然而,生物质颗粒燃料燃烧设备的发展仍然无法跟上产业发展的步伐,还有许多问题需要解决:

1)现有的燃烧设备自动化程度低。目前,国内生物质颗粒燃料燃烧设备的大部分进料系统采用手动或半自动进料,生产和维护成本高,极大地阻碍了生物质颗粒燃料的推广和应用。同时,小型燃烧设备的通风仍然以自然通风为主,降低了燃料的燃烧程度,增加了污染物的排放。

2)燃煤锅炉的结构特性不适用于生物质颗粒燃料的燃烧特性。由于生物质颗粒燃料是从植物转化而来的,它具有高含水量和低热值,并且在燃煤锅炉中燃烧,并且产生的烟气的体积大,并且废气的热损失天然气很高。较高的热损失会导致炉温显着下降,直接影响燃料的燃烧效率。同时,生物质颗粒具有高挥发分含量和快速降水速度,加速了燃料的燃烧速率和空气消耗。燃煤锅炉的结构特点将直接影响炉内的空气供应,降低生物质颗粒燃料的燃烧程度,降低燃烧效率。

3)秸秆基生物质颗粒燃料中灰分沉积率高,结渣现象严重,Si含量高,变形温度约750-1000℃。同时,秸秆颗粒燃料的灰沉积速率高于木颗粒燃料,导致前者燃烧灰沉积物等沉积物增多。灰分中通常存在大量碱性组分和氯化物,这可能导致结垢,结渣等,并影响燃烧设备的热性能和安全性。因此,在设计生物质颗粒燃料燃烧设备的设计过程中,应充分考虑灰分等沉积物的清洗问题。

4)氯腐蚀导致燃烧设备的寿命缩短。秸秆基生物质颗粒燃料中碱金属和氯的含量相对较高。在燃料燃烧期间,随着烟道气的温度降低,碱金属和碱金属氯化物在飞灰颗粒或热交换器的表面上冷凝并释放氯化物。氯化物的氧化能力很强。在高温租赁下,腐蚀速率进一步加强,导致金属损失速度加快,传热效率降低。在严重腐蚀的区域,即使局部金属表面也会失去传热性能。因此,秸秆基颗粒燃料比木屑颗粒燃料更容易损坏设备,并且设备的材料要求更严格。

2生物质颗粒蒸汽锅炉的发展趋势

国外生物质颗粒燃料燃烧设备具有排放低,燃烧效率高,自动化程度高的优点,在加热,发电等多个领域已实现工业化。相比之下,中国的生物质颗粒燃料燃烧设备仍处于研发阶段,存在着严重的灰渣和结渣,燃料适应性差,污染物排放高,自动化程度低等问题。随着我国对能源安全和环境问题的日益重视,生物质颗粒燃料产业的深入发展,生物质颗粒燃料的应用将越来越广泛。因此,与生物质颗粒燃料燃烧技术相适应并适应中国国情的燃烧设备是目前我国生物质颗粒领域研究的重点。主要研究方向如下:1)现有设备易燃烧。料斗的问题是通过优化产品的结构来避免燃烧料斗的现象。 2)对于现有设备,存在生物质颗粒燃料在燃烧过程中具有高热损失,并且生物质颗粒燃料未完全燃烧的问题,并且优化进气模式以增加进气温度。 3)针对现有燃烧设备严重灰渣结渣问题,优化燃烧设备关键结构,降低灰渣和结渣程度,提高燃料适应性。 4)针对现有燃烧设备自动化程度低的问题设计自动上料系统和实时监控系统,引入污染物控制技术,监测燃烧设备内部温度和气体浓度,及时调整燃烧参数,减少污染物排放增加燃烧效率。

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