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          自然人生物質鍋爐燃燒試驗分析

          文章出處:生物質鍋爐廠家責任編輯:自然人生物質鍋爐發表時間:2017-01-09 09:42【

          生物質鍋爐是鍋爐的一個種類,就是以生物質能源做為燃料的鍋爐叫生物質鍋爐,分為生物質蒸汽鍋爐、生物質熱水鍋爐、生物質熱風爐、生物質導熱油爐、立式生物質鍋爐、臥式生物質鍋爐等。鍋爐采用最適合生物質燃料燃燒的燃燒設備----往復爐排。鍋爐在結構設計上,相對傳統鍋爐爐膛空間較大,同時布置非常合理的二次風,有利于生物質燃料燃燒時瞬間析出的大量揮發分充分燃燒。 
            采用高效保溫材料,鍋爐表面溫度低,散熱損失可以忽略不計。嚴格按中國國家規范和標準生產,所有受壓部件均采用優質鍋爐鋼材。每臺鍋爐出廠前都要經過嚴格的檢驗和測試,包括水壓試驗、X射線檢測和能效測試。設置有人孔、檢查門、觀火孔等,維護保養十分方便。生物質鍋爐的最大特點是:節能、環保且燃料成本低。 
            1.生物質顆粒鍋爐燃燒試驗 
            1.1生物質鍋爐 
            試驗中采用自然人生物質鍋爐,爐膛面積為1.05m×0.65m,其長寬比為1.6∶1,該鍋爐在爐膛上下方各有一組風機,見圖1。 
            圖1生物質顆粒鍋爐縱向剖面 
            1.2數值計算模型 
            由于模型結構比較簡單,在幾何結構和流場特點簡單的區域,使用結構化體網格,而在燃燒很集中的區域,對網格進行生物質顆粒直燃預燃室采用上給料下送風(定義為一次風)布置方式,進料和主配風位于預燃室的一側,進料斜向插入預燃室,依靠重力和流化風助流進料。配風點包含為自爐排底部進入的風量;流化物料的流化風;預燃室出口煙道冷卻周界風;爐側壁觀察孔保護風,出口高溫煙氣則位于另外一側。預燃室內壁有保溫裝置,材料為粘土,厚度為200mm。 
            圖2數值模擬生物質鍋爐結構 
            由于模型結構比較簡單,在幾何結構和流場特點簡單的區域,使用結構化體網格,而在燃燒很集中的區域,對網格進行了部分的密化,應用了分區劃分的思想,這也是精簡計算的重要手段。 
            采用三維穩態的形式來建立數值模擬,并用QUICK格式進行方程的離散,而流場計算采用SIMPLEC算法,它可以增加收斂性,也是目前使用較多的算法,而邊界條件直接由速度入口和壓力出口可知。其元素分析與工業分析見表1 
            表1生物質顆粒的元素分析與工業分析 
            1.3生物質鍋爐燃燒生物質顆粒試驗分析 
            對生物質鍋爐進行了燃燒試驗,從試驗可知:在100%工況下該鍋爐煙道出口處CO2和O2的分別只有302.53mL/m3和23.5mL/m3,而CO為8437mL/m3。 
            1.4生物質燃燒鍋爐爐內流場分析 
            在煙道口出口處的速度達到最高,流速高達70m/s,在爐排處的速度由于受到爐排的阻擋,流速在10m/s以下。分析原因,一次風射流進入爐膛后,與從進料口處出來的二次風相互作用,使得在煙氣出口處的一次風速度進一步提升。 
            根據實驗測得,在100%工況下,一次風所占總風量比例在85%以上。數值模擬結果,在爐膛下方貼爐壁處的速度較大,并且一直延伸到煙氣出口處的速度也很大。進料口同時也可看做是二次風噴口,生物質顆粒從進料口斜向下高速射出后,有從煙氣口射出的趨勢,并且靠近壁面的速度較小,二次風中心速度較大。與一次風相互作用后,射流速度還會繼續增大。 
            圖3俯視流場分布 
            1.5生物質鍋爐爐內溫度場分析 
            從圖4可見,爐膛上方燃燒強烈,溫度較高,從上向下,溫度迅速減小,所以最上方的橫截面在燃燒的主要區域內,并且發現最高溫度并不是在中心處,而是圍繞中心的一個邊界。由于煙氣出口靠近主燃燒區域,使得高速運行的一部分燃料在還未完全燃燒的情況下,就沿著煙氣出口射出。 
            受一次風射流過大的影響,燃燒區域過于靠上,且在其中心處周圍的某邊界線上溫度達到最高,達2000K左右,靠近煙氣出口處溫度為1500K左右,與試驗測得的煙氣出口附近溫度1555K非常接近。這也驗證了數值模擬結果的正確性。 
            圖4俯視溫度分布(單位:K) 
            豎直截面正面溫度分布見圖5,從圖中可見,上爐膛為燃燒的主要區域,并且燃燒的充滿度不好,主燃區域只占爐膛部分的三分之一。在煙氣出口處的溫度較高,主要是受一次風的影響,導致從二次風射出的氣流和顆粒無法再向下運動,而在上爐膛部分發生了回流。同時,使得燃燒區域靠近煙氣口,使得煙氣出口處溫度過高。 
            圖5豎直截面溫度分布(單位:K) 圖6側面截面溫度分布(單位:K) 
            鍋爐的側面截面溫度分布見圖6,從圖中可以看出在上爐膛的渦流部分為主要燃燒區域,這主要是由于從進料口射入的二次風向下運行遇到高溫煙氣,煙氣把溫度傳導給了生物質顆粒,使得它達到著火點,生物質顆粒燃燒。 
            1.6生物質鍋爐燃燒分析 
            根據數值模擬結果,在進料口處的顆粒停留時間較長,這也與燃燒的主要發生區域相一致,而越往下顆粒的停留時間越短。顆粒在剛進入爐膛后很快就發生熱解,析出揮發分;而在爐膛中部及下方的停留時間較短,迅速到達鍋爐底部。這與一次風的大小與位置有關,如果一次風越往下,風量越小,火焰的下沖深度就越大,顆粒的停留時間就越長,這樣更有利于內部燃燒的穩定。 
            2.結語 
            在爐膛內,爐內溫度場略呈菱形,并在出料口下方存在一定的傾斜,在一次風和二次風的作用下,兩相流沿煙氣出口處射出,使得煙氣出口處溫度較高,容易結焦,而在爐膛內部的火焰充滿度不高,燃燒區域靠上,爐膛上部容易燒壞。 
            在煙氣出口附近,由于靠近主燃燒區域,溫度較高,特別是靠近出口上方,溫度比爐膛內的部分區域還要高,此時溫度達到1555K,數值模擬結果為1500K,與試驗測得的最高溫度較吻合。 
            生物質顆粒運行速度迅速衰減的時間只有毫秒的數量級,最終速度與爐內主氣流基本一致;在進料口截面上,靠近后墻附近,顆粒運行速度較慢,停留時間是下爐膛部分的一倍。此處的揮發分析出的速度也較快;同時此處也是高溫區域,由此表明顆粒停留時間與溫度有很大的關系。 
            參考文獻: 
            [1]孫志華,劉紅,郭亮,邢立云.鍋爐燃燒調整及優化運行[J].民營科技,2011(08). 
            [2]李廣偉.生物質鍋爐選型的比較分析[J].能源與節能,2012(08). 
            [3]寧曉婷.鍋爐燃燒調整試驗的方法[J].科技風,2011(11).

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