0、引言
農村能源資源是指在農村就地開發和利用的能源物質，如：薪柴、農作物秸桿、人畜糞便等，農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。
農村能源利用律低，其生物質能源綜合利用率僅16%，薪柴超伐量達54%，秸桿直接燃燒用量占60%，生物質能源的不合理消耗，加劇了農業生態平衡的失調。
生物質成型技術為高效利用農業廢棄物、農作物秸桿等提供了一條很好的途徑。為更好的利用生物質燃料，筆者設計了一種用于發電的生物質成型燃料鍋爐。
1、生物質秸桿鍋爐的工作原理
鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環、膜式壁爐膛、前吊后支，全鋼架Ⅱ型結構。
生物質燃料經爐膛兩側進入高速床移動床。生物質燃料在爐膛內燃燒產生大量煙氣，經過熱器，省煤器、空氣預熱器由尾部煙道排出。鍋爐給水經省煤器加熱后進入鍋筒；鍋筒內的飽和水經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經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節汽溫。然后經高溫過熱器，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、生物質秸桿鍋爐的設計
2.1生物質秸桿鍋爐的設計參數
額定蒸發量： 65 t/h
額定蒸汽壓力： 5.3 MPa
額定蒸汽溫度： 485℃
給水溫度： 150 ℃
連續排污率： ≤2%
冷風溫度： 18℃
排煙溫度： 150℃
鍋爐設計熱效率： 87.9%
2.2設計燃料
本鍋爐的設計燃料為一些常見的農業廢棄物和農作物秸桿，具體組成見表1。
表1 設計燃料各成分質量分數
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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生物質秸桿鍋爐的主要結構
生物質秸桿鍋爐主要由鍋筒、爐膛、埋管、過熱器、省煤器和空氣預熱器等組成。本鍋爐的設計結構示意圖見圖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，鍋筒內設西290 mm旋風分離器28個，其中汽水混合物順時針旋轉的12個，逆時針旋轉的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壁下流，蒸汽經過接管進入過熱器。
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個循環回路，即兩側及前、后回路，鍋水由4根Ø273mm×12mm集中下降管通過24根Ø133mm×6mm的下降管引到運轉層下分別導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），它們與兩側水冷壁共同形成水冷布風板和風室。
2.3.2過熱器
過熱器布置在水平煙道內，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，加熱后的蒸汽經過噴水減溫器降溫，再引入高溫過熱器繼續加熱，以求達到所需要的參數。
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空氣預熱器
布置了兩級鋼管臥式順列空氣預熱器，一級空氣預熱器用來加熱主床風，熱風溫度110℃；另一級空氣預熱器用來加熱副床風，副床風熱風溫度160 ℃。
2.3.5燃燒設備
本爐燃燒設備主要由給料裝置、布風裝置、二次風裝置組成。生物質燃料通過各布置在爐左右側的設有特殊送風裝置的給料口順利進入密相區。
密相區共有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臺風機提供。主床高壓風機送出來的風經低溫空氣預熱器由風道引入主床高壓風室。低速床風機送出的風經高溫空氣予熱器予熱后，進入低速床風室。
主床高壓配風占總風量45%，低速床配風占總風量55%。二次風由副床主風道接出，通過爐膛兩側風管進入爐膛。播料風和密封風由主床主風道接出。
各配風總管上均應設有風門及機翼測風裝置運行時可調節主副床風量和一、二次風比來適應燃料和負荷變化需要。
3、結論
本鍋爐采用單鍋筒自然循環，全膜式壁爐膛帶差速床的低倍率循環流化床鍋爐，在設計上具有如下特點：
1)采用了差速床技術，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構，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，降低了循環流化床鍋爐的磨損，確保了鍋爐連續經濟運行。本鍋爐在沸騰段采用先進的差速床技術，使埋管區域形成低煙速、細顆粒減少磨損的環境，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，迎風面加裝防磨蓋板及彎頭處加裝防磨罩；空氣預熱器采用順列鋼管空氣預熱器；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。
由于秸桿生物質燃料鍋爐的技術資源比較欠缺，在設計過程中的選材、計算等可能還不是非常的合適，期望通過實踐的不斷完善，使秸桿生物質燃料鍋爐產品的性能和技術能夠進一步的提高和優化，也望業內人士提出寶貴建議。
三門峽富通新能源銷售生物質鍋爐、家庭炊事小型鍋爐同時也生產和銷售生產生物質顆粒燃料的顆粒機、秸稈壓塊機、木屑顆粒機等生物質燃料成型機械設備。
