[01497898]束腰型秸秆类生物质碎料燃烧机的研制与应用示范

我国生物质资源丰富,每年产生大量的农林废弃物,就地焚烧不仅造成能源浪费,更会污染环境。同时,轻工、建材、冶金、化工、医药、纺织、陶瓷、玻璃等产业领域,工业生产中对热能需求极大,由于大部分的生物质锅炉以提供热水和蒸汽为主,无法满足这些行业对廉价热源的需求。本研究设计了一种束腰型秸秆类生物质碎料燃烧机,并针对农林生物质原料多样、含水率变化范围大、挥发分高燃尽困难、不充分燃烧污染物排放高、碱金属含量高容易造成积灰结渣等问题,着重研究了农林生物质切碎料的进料技术、炉膛火焰稳定燃烧技术、防回火技术、燃烧机外壁热保护技术等方面。主要工作如下： （1）通过对玉米秸秆及碎木屑两种原料的选取与制备,以及工业分析、元素分析、热重分析、原料理化特性分析、燃烧设计计算等生物质燃烧特性的研究,为燃烧机的优化设计提供了基础。 （2）以拟定的设计原则和要求为依据,对农林生物质碎料燃烧机的整体结构、炉壁保护结构、炉膛、布风系统、喂料系统、防回火系统、控制系统等进行了设计计算。喂料绞龙采用三段式设计,采用二次布风配以炉壁冷却风的配风方式。基于 PLC 系统开发了具有一键点火、自动控温、大小火自动切换、智能故障处理等特点的工业燃烧机控制系统,实现了燃烧机在多种复杂工况下具有燃烧效率高、污染物排放水平低、稳定可靠、操作简便的特点。 （3）建立束腰型生物质粉燃烧机其数学模型,基于 Fluent 研究不同束腰型结构倾角θ、束腰口直径 L、过量空气系数、一二次风配比等参数对于燃烧机燃烧性能的影响。得出：束腰型生物质粉燃烧机出火口的物质的平均质量浓度 D、CO 摩尔分数比与直筒型燃烧机低,θ=15°、θ=30°、θ=45°、θ=60°时 CO 摩尔分数为后者的的 7%、3.7%、4%、2%。模拟结果与燃烧机试验测量结果进行对比验证,两者之间吻合较好。对比不同束腰型结构角度θ、束腰口直径 L、过量空气系数对束腰型生物质粉燃烧机的燃烧效果,得出θ=30°、束腰口直径 L=0.5 m、过量空气系数为 1.1 时燃烧效果较好。 （4）开展了生物质不完全燃烧时有机污染物排放特征研究,与未加入催化剂相比,当添加白云石基多孔陶瓷时部分液体产物的产率有所提高,如 1, 2-环戊I二酮、苯酚、2-丁烯-1-醇的相对百分含量从 1.68%、1.80%、3.08%提高到 2.04%、2.03%、3.82%,增长幅度分别为 21.43%、12.78%、24.03%。不可冷凝气体中 CO2、CH4 和 H2 的百分含量提高,增长幅度分别为 4.17%、13.33%和 112.5%,CO 的百分含量降低,降低幅度为 8.91%。经质量分数分别为 5%、10%、15%和 20%的碳酰胺溶液浸渍处理的松木粉不完全燃烧时,会产生大量大量含氮组分,对环境污染产生较严重危害。 （5）对生物质燃烧机本身进行热态试验,包括生物质热态配风试验、生物质燃烧机温度测试实验、气体分析实验以及灰渣成分分析实验。在过量空气系数1.2 的条件下确定了 4 种工况下的燃烧机燃烧情况。最后对一、二次风配比为0.8:0.2 与 0.7:0.3 的 4 种工况进行了具体分析。得出结论：农林生物质碎料燃烧机不论以玉米秸秆为原料还是以碎木屑为原料,较优工况都为一、二次风配比为0.8:0.2 时,相同条件下,碎木屑燃烧情况要优于玉米秸秆,且不易结渣;烟气中O2 含量与 CO2 含量变化趋势相反,而 CO 含量与 CO2 含量变化情况相类似;烟尘测试结果也满足《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271—2014）,符合环保要求。 （6）开展了束腰型秸秆类生物质碎料燃烧机用于加工能力为 200 吨/日的谷物烘干示范,需要年消耗玉米秸秆碎料 1169.68 吨,节约标准煤 622.77 吨,运行一台谷物烘干机年纯收入 58.02 万元。一台额定功率为 60×104 Kcal/h 农林废弃物碎料工业燃烧机,与燃烧化石燃料相比,每年约可减少 SO2 排放 200 kg,CO2排放 20 吨。