隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，礦石燃料資源迅速消耗，礦石燃料燃燒所導(dǎo)致的粉塵、二氧化硫和氮氧化物污染也日益嚴(yán)重，因此，合理開(kāi)發(fā)和高效利用包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生低污染的清潔能源就成為能源工程領(lǐng)域的重要課題．所謂生物質(zhì)能，就是以生物質(zhì)為載體的能源，收獲時(shí)留在農(nóng)田里的玉米秸桿是我國(guó)北方地區(qū)主要的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能資源．秸稈致密成型塊雖然燃料加工成本大，但是運(yùn)輸成本小，存儲(chǔ)損耗低，燃燒特性與煤接近，燃煤鏈條鍋爐稍作改進(jìn)，就可以以比較高的燃燒效率利用秸稈致密成型塊，因而得到較為廣泛的使用。
秸稈致密成型過(guò)程中，機(jī)械力要克服秸稈與成型機(jī)械間的摩擦阻力，并對(duì)秸稈原料壓縮做功，將秸稈原料壓縮成具有一定壓縮密度的致密成型塊，秸稈致密成型塊的壓縮密度與成型機(jī)械的電耗密切相關(guān)，也與其層燃反應(yīng)性密切相關(guān)，在工業(yè)鏈條鍋爐上研究不同壓縮密度的致密成型塊的層燃反應(yīng)性，可為尋求最佳的秸稈致密成型塊壓縮密度提供指導(dǎo)。
1、原料與設(shè)備
1.1燃料
作為原料的玉米秸稈收集于遼寧省阜新市阜蒙縣，燃料的工業(yè)分析結(jié)果為M盯=7.11，Aar=5.97，V盯=70. 69，F(xiàn)C盯=16. 23.燃料的元素分析結(jié)果為Car =43.17 Har=5.12, Oar= 36. 93, N =1.33, Sar=0. 08，clar=0.29.燃料的收到基低位發(fā)熱量Qar=17. 746 MJ/kg.秸稈致密成型時(shí)，將秸稈用鍘草機(jī)鍘切成20—30mm的段，而后用致密成型機(jī)壓制成20mmx20 mm x150 mm的燃料塊，燃料塊的壓縮密度在800～1 300 kg/m3左右，松散堆積密度在500—700 kg/rr13左右。
1.2設(shè)備
實(shí)驗(yàn)用工業(yè)鏈條供暖鍋爐型號(hào)為DZL2 -0.8/160 - AII，額定狀態(tài)下每小時(shí)可以向一次供熱管道提供的溫度為160℃，壓力為0.8 MPa的熱水2 t，鍋爐設(shè)計(jì)煤種為二類煙煤。
排煙和爐膛內(nèi)各處煙氣組分用Test0 350煙氣分析儀測(cè)量；爐排上各處煙氣溫度用Tm902c便攜式溫度儀測(cè)量；排渣樣品按照DUL567.6 - 2000，即《火力發(fā)電廠燃料試驗(yàn)方法一飛灰和爐渣可燃物測(cè)定方法》中規(guī)定的用于火力發(fā)電廠性能測(cè)試的灰渣可燃物含量測(cè)定方法B測(cè)量可燃碳含量。
富通新能源銷(xiāo)售
秸稈壓塊機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們也大量銷(xiāo)售楊木木屑顆粒燃料。
實(shí)驗(yàn)用秸稈致密成型機(jī)由800型玉米秸稈致密成型機(jī)改造而成，通過(guò)測(cè)量驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三相電機(jī)的電流與電壓，可以計(jì)算致密成型過(guò)程的電耗．通過(guò)更換壓縮機(jī)械的成型模套，可以得到不同壓縮密度秸稈致密成型塊。
2、秸桿致密成型塊對(duì)層燃反應(yīng)性的影響
2.1不同壓縮密度的燃料的反應(yīng)性
秸稈致密成型過(guò)程中，由于機(jī)械力做功和摩擦熱耗散，溫度升高，會(huì)導(dǎo)致部分水分散失，并釋放低分子可燃?xì)怏w，如醛類等，此外溫度升高也可導(dǎo)致秸稈原料內(nèi)部纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等的組分和物性發(fā)生改變，這些都會(huì)導(dǎo)致不同壓縮密度的秸稈致密成型塊的反應(yīng)性會(huì)有所不同。
將秸稈( SB -O)與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊( SB -l)壓縮密度679 kg/m3，呈松散塊狀，用手輕輕揉搓即散開(kāi)；SB -2壓縮密度798 kg/m3，呈半松散塊狀，用手揉搓會(huì)有秸稈碎末掉落；SB -3壓縮密度952 kg/m’，呈半致密塊狀，表面分布深度裂紋，無(wú)裂紋處呈現(xiàn)淺褐色；SB -4壓縮密度l 103 kg/m3，呈致密塊狀，表面光滑無(wú)裂痕，具有焦色硬殼，粉碎成150，250um的粉狀，在梅特勒一托利多（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為SMP/PF7548/MET的熱重分析儀上進(jìn)行熱重分析．保護(hù)氣為純度99. 9%的氮?dú)猓磻?yīng)氣組分為79% N2、10% 02和II% C02．升溫速率25℃／min，至終溫900℃，維持至恒重，熱重分析結(jié)果如圖1所示。
從圖1中可以看出，秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊的燃燒反應(yīng)性區(qū)別不大，從DTG曲線上可以看出，無(wú)論在脫水干燥過(guò)程、在揮發(fā)分脫出與燃燼過(guò)程，還是在焦炭燃燼過(guò)程，秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊所表現(xiàn)出來(lái)的差異性都十分有限，而且其有限的差異性與壓縮密度沒(méi)有確定的相關(guān)性，也就是說(shuō)，秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊在鏈條鍋爐上如果表現(xiàn)出反應(yīng)差異性，那么這個(gè)差異性也不是由于秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊本身的燃燒反應(yīng)性造成的，而是由于其以壓縮密度為代表的物理形態(tài)的不同造成的。
2.2不同燃料層燃反應(yīng)性的比較
燃料在鏈條鍋爐內(nèi)的燃燒過(guò)程包括3個(gè)階段：燃燒準(zhǔn)備階段、燃燒階段和燃燼階段．當(dāng)爐排轉(zhuǎn)速一定時(shí)，3個(gè)階段所占據(jù)的爐排長(zhǎng)度，尤其是燃燒準(zhǔn)備階段和燃燒階段的長(zhǎng)度反映了該燃料層燃反應(yīng)性．爐排行進(jìn)速度為0. 05 m/min時(shí)，不同燃料燃燒準(zhǔn)備階段、燃燒階段和燃燼階段的長(zhǎng)度如表1所示。
從表1可以看出，隨著燃料壓縮密度的增加，燃燒準(zhǔn)備階段越來(lái)越長(zhǎng)，說(shuō)明點(diǎn)燃越來(lái)越困難，其中秸稈和壓縮密度為679 kg/m3的秸稈致密成型塊的燃燒準(zhǔn)備階段很短，因而在負(fù)荷增加、爐膛溫度升高后，很容易使熱煙氣甚至火焰進(jìn)入料斗，造成火災(zāi)隱患；壓縮密度為1103 kg/m3的秸稈致密成型塊的燃燒準(zhǔn)備階段長(zhǎng)達(dá)450 mm，因而在實(shí)驗(yàn)鏈條鍋爐內(nèi)著火困難，燃燒不穩(wěn)定，不容易自持。
從表1也可以看出，秸稈和壓縮密度為679 kg/m3的秸稈致密成型塊的燃燒段都很短，在爐排總長(zhǎng)度不變的情況下，燃燼段相應(yīng)變長(zhǎng)，而壓縮密度為1103kg/ m3的秸稈致密成型塊的燃燒段很長(zhǎng)，相應(yīng)地燃燼段就很短。
鏈條鍋爐燃燼段過(guò)短，排渣可燃物含量和排渣溫度都高，會(huì)造成機(jī)械不完全燃燒損失和排渣物理熱損失增加；燃燼段過(guò)長(zhǎng)，雖然可以降低機(jī)械不完全燃燒損失和排渣物理熱損失，但是會(huì)顯著增加爐膛過(guò)量空氣系數(shù)，從而增加排煙物理熱損失．燃煤鏈條鍋爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)是，距離擋渣鐵或者爐排后軸中心線500 mm爐排上沒(méi)有火苗，排渣掉落時(shí)沒(méi)有跑火，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還需要根據(jù)排渣可燃物含量、排渣物理熱損失和排煙物理熱損失綜合考慮，才能確定。
2.3燃燒不同燃料鍋爐熱損失比較
鍋爐的熱損失主要包括化學(xué)不完全燃燒損失、機(jī)械不完全燃燒損失、散熱損失、排渣物理熱損失和排煙物理熱損失．由于化學(xué)不完全燃燒損失基本可以忽略，散熱損失決定于鍋爐容量、鍋爐負(fù)荷和爐墻形式，與燃燒狀況關(guān)系不大．因此這里著重研究燃燒不同燃料時(shí)鍋爐排煙物理熱損失、排渣物理熱損失和機(jī)械不完全燃燒損失的變化。
2.3.1排煙物理熱損失
鍋爐排煙物理熱損失決定于鍋爐排煙量和排煙溫度．鍋爐排煙量主要由燃料元素分析組成和過(guò)量空氣系數(shù)決定，而過(guò)量空氣系數(shù)是最重要的運(yùn)行控制參數(shù)之一．因而這里著重研究燃燒不同燃料時(shí)鍋爐排煙溫度和過(guò)量空氣系數(shù)的變化，
為了研究燃料燃燒性能對(duì)爐膛過(guò)量空氣系數(shù)的影響，在后拱底部均勻布置5個(gè)煙氣含氧量測(cè)點(diǎn)，在爐膛喉口上部布置1個(gè)煙氣含氧量測(cè)點(diǎn)，在鍋爐煙氣出口布置1個(gè)煙氣含氧量測(cè)點(diǎn)，通過(guò)煙氣含氧量a計(jì)算各處過(guò)量空氣系數(shù)a，因?yàn)槿剂咸匦韵禂?shù)
從表2中可以看出，在后拱與渣池的連接處，無(wú)論秸稈SB -0還是秸稈致密成型塊SB -1和SB -2，其過(guò)量空氣系數(shù)都很大，并且數(shù)值接近，這是由于此處燃料可燃碳燃燒反應(yīng)基本終止，從渣池漏進(jìn)來(lái)的空氣和從爐排下部補(bǔ)充進(jìn)來(lái)的空氣只有很小部分氧氣與可燃碳發(fā)生了氧化反應(yīng)，這些空氣的更重要的作用是冷卻排渣，回收排渣物理熱，隨著氣體從渣池向喉口流動(dòng)，不停有空氣穿過(guò)爐排補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，然而補(bǔ)充進(jìn)來(lái)的空氣不足以彌補(bǔ)可燃碳氧化反應(yīng)消耗的部分，因而過(guò)量空氣系數(shù)越來(lái)越小。
從表2中也可以看出，在后拱與渣池的連接處，秸稈致密成型塊SB -4的過(guò)量空氣系數(shù)小于其他燃料，說(shuō)明此處存在較強(qiáng)的燃燒反應(yīng)，排渣不能得到充分而適當(dāng)?shù)睦鋮s，因而機(jī)械不完全燃燒損失和排渣物理熱損失必然很大。
2.3.2排渣物理熱損失
鍋爐排渣物理熱損失決定于燃料收到基灰分、灰渣比和灰渣排出溫度．收到基灰分由燃料自身性質(zhì)決定，在此次研究中為5. 97%，基本不隨燃料發(fā)生改變；灰渣比由燃燒方式?jīng)Q定，對(duì)于層燃鍋爐而言，基本維持1:4左右．因而這里通過(guò)測(cè)量灰渣排出溫度，來(lái)研究燃燒不同燃料時(shí)排渣物理熱損失的變化，鏈條鍋爐排渣溫度．般以600℃為宜，溫度太高，排渣物理熱損失過(guò)大，排渣還沒(méi)有被適當(dāng)冷卻；溫度太低，排渣物理熱損失固然減小，但是用過(guò)多的冷空氣冷卻排渣，會(huì)造成爐膛過(guò)量空氣系數(shù)增加，從而增加了排煙物理熱損失。
在后拱下部煙氣含氧量測(cè)點(diǎn)，用Tm902c便攜式溫度儀測(cè)量爐排上相應(yīng)位置排渣的溫度，每個(gè)位置沿著爐排寬度方向均布5個(gè)測(cè)點(diǎn)，該位置排渣的溫度為5點(diǎn)溫度平均值，測(cè)量結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出，由于秸稈、秸稈致密成型塊SB-1和SB -2，燃料與空氣接觸面積大，揮發(fā)分析出量大而迅速，進(jìn)入后拱以后，由于所剩可燃碳份額低，燃燒溫度不容易保持；同時(shí)含可燃碳灰渣堆積密度小，容易被吹穿，灰渣溫度下降很快．而秸稈致密成型塊SB-3和SB -4結(jié)構(gòu)致密，氧氣不容易進(jìn)入燃料塊內(nèi)部，所以進(jìn)入后拱后，仍然剩余相當(dāng)部分可燃碳，能夠維持后拱下部溫度在較高水平，也不容易被吹穿。
2.3.3機(jī)械不完全燃燒損失
燃煤鏈條鍋爐機(jī)械不完全燃燒損失，主要包括漏煤損失、灰渣含可燃碳造成的損失和飛灰含可燃碳造成的損失，由于秸稈與秸稈致密成型塊尺寸很大，通過(guò)爐膛前部爐排落入灰渣池的可能性不存在，同時(shí)正常燃燒的鏈條爐排灰渣比很小，為1:5左右，因而這里只研究排渣可燃碳含量，以比較燃料不同時(shí)，機(jī)械不完全燃燒損失的區(qū)別。
截取落向渣池的排渣，封裝于陶瓷密閉容器中，待冷卻到室溫后，根據(jù)DL/L567.6 - 2000，即《火力發(fā)電廠燃料試驗(yàn)方法一飛灰和爐渣可燃物測(cè)定方法》中規(guī)定的用于火力發(fā)電廠性能測(cè)試的灰渣可燃物含量測(cè)定方法B測(cè)量可燃碳含量，結(jié)果表明，SB -0、SB -1、SB-2、SB -3和SB -4排渣可燃碳含量分別為17.4%、15.2%、8.7%、5.1%和23.9%。
根據(jù)排煙物理熱損失和排渣物理熱損失的分析結(jié)果，可以看出SB -0和SB -1排渣可燃碳含量高的原因是由于秸稈直燃時(shí)，燃料松散堆積，失去大部分水分、揮發(fā)分和部分可燃碳后，剩余物不能有效覆蓋爐排面，容易造成吹穿；并且由于剩余可燃碳質(zhì)量少，因而燃燒反應(yīng)釋放熱量也少，造成后拱下部溫度下降迅速，致使雖然有充足的氧氣，但可燃碳仍然由于溫度較低沒(méi)有燃燼。
SB-4排渣可燃碳含量高的原因在于燃料塊結(jié)構(gòu)致密，燃料點(diǎn)燃困難，燃燒準(zhǔn)備段和燃燒段都很長(zhǎng)，在爐排總長(zhǎng)度不變的情況下，因燃燼段不夠，造成排渣可燃碳含量急劇升高。
2.4燃燒不同燃料時(shí)鍋爐氣體排放量比較
燃燒生物質(zhì)燃料的鍋爐常規(guī)排放的污染物有NOx、S02和CO，此外這里與co一樣，對(duì)作為評(píng)價(jià)燃燒狀況指標(biāo)的H2也進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表4所示，
從表4中可以看出，任何燃料，NOx和S02排放濃度都很低.NOx排放濃度低是由于燃燒溫度低導(dǎo)致熱力型NOx生成量少和大量集中釋放的揮發(fā)分對(duì)已經(jīng)生成的NOx的還原反應(yīng)．S02排放濃度低是由于生物質(zhì)燃料自身S元素含量低，此外還有生物質(zhì)燃料K和Na元素較高的含量導(dǎo)致的較高的自脫硫率的因素。
從表4中也可以看出，燃料SB—4的co和H2排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他，這與燃料SB -4的排渣可燃碳含量高一樣，是不完全燃燒導(dǎo)致的。
2.5成型電機(jī)的功耗
實(shí)驗(yàn)用致密成型機(jī)有3個(gè)電機(jī)，分別為原料輸送皮帶拖動(dòng)電機(jī)、壓縮成型電機(jī)和致密成型塊輸送皮帶拖動(dòng)電機(jī)，其中壓縮成型電機(jī)的功耗與壓縮密度的關(guān)系如表5所示。
從表5中可以看出，隨著壓縮密度的增加，秸稈致密成型機(jī)的產(chǎn)量逐漸提高，壓縮成型電機(jī)的功率也隨之增大，計(jì)算表明，單位產(chǎn)量的電耗也逐漸提高，當(dāng)然，由于不同致密成型機(jī)的單位產(chǎn)量電耗隨著壓縮密度的變化規(guī)律可能不盡相同，但是，其基本趨勢(shì)，即隨著壓縮密度的增大，單位產(chǎn)量電耗逐漸增加的趨勢(shì)是不變的。
3、結(jié)論
1)鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊的排煙物理熱
損失隨著壓縮密度的增加而減小，這是由于高密度的
秸稈致密成型塊在燃燼區(qū)對(duì)床面的覆蓋能力強(qiáng)。
2)鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊的排渣物理熱損失隨著壓縮密度的增加而增加，這是由于高密度的秸稈致密成型塊的揮發(fā)分析出和固定碳燃燼過(guò)程都受到抑制，造成的著火推遲和燃燒段長(zhǎng)度增加所致。
3)鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊的以排渣可燃碳為主的機(jī)械不完全燃燒損失隨著壓縮密度的提高而降低，這是由于高壓縮密度的秸稈致密成型塊在燃燼區(qū)有利于維持較高的溫度，固定碳燃燼效果比較好．但是如果壓縮密度超過(guò)某一數(shù)值，在此次研究所知范圍內(nèi)，這個(gè)限值應(yīng)該大于950 kg/m3，此時(shí)排渣可燃碳含量迅速增加，以排煙中CO和H2為主的化學(xué)不完全燃燒損失也隨之迅速增加。
綜上所述，燃煤鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊，應(yīng)該控制秸稈致密成型塊的壓縮密度，在研究所知范圍內(nèi)，這個(gè)限值應(yīng)該大于950 kg/m3，以求降低排煙物理熱損失、機(jī)械不完全燃燒損失和化學(xué)不完全燃燒損失，并控制排渣物理熱損失，同時(shí)盡可能降低成型電耗。秸稈壓塊機(jī)、秸稈顆粒機(jī)專業(yè)壓制的塊狀、圓柱狀的生物質(zhì)顆粒燃料。
