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自然人生物质锅炉
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自然人生物质锅炉燃烧试验分析

文章出处:生物质锅炉厂家责任编辑:自然人生物质锅炉人气:-发表时间:2017-01-09 09:42【

生物质锅炉是锅炉的一个种类,就是以生物质能源做为燃料的锅炉叫生物质锅炉,分为生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质热风炉、生物质导热油炉、立式生物质锅炉、卧式生物质锅炉等。锅炉采用最适合生物质燃料燃烧的燃烧设备----往复炉排。锅炉在结构设计上,相对传统锅炉炉膛空间较大,同时布置非常合理的二次风,有利于生物质燃料燃烧时瞬间析出的大量挥发分充分燃烧。 
  采用高效保温材料,锅炉表面温度低,散热损失可以忽略不计。严格按中国国家规范和标准生产,所有受压部件均采用优质锅炉钢材。每台锅炉出厂前都要经过严格的检验和测试,包括水压试验、X射线检测和能效测试。设置有人孔、检查门、观火孔等,维护保养十分方便。生物质锅炉的最大特点是:节能、环保且燃料成本低。 
  1.生物质颗粒锅炉燃烧试验 
  1.1生物质锅炉 
  试验中采用自然人生物质锅炉,炉膛面积为1.05m×0.65m,其长宽比为1.6∶1,该锅炉在炉膛上下方各有一组风机,见图1。 
  图1生物质颗粒锅炉纵向剖面 
  1.2数值计算模型 
  由于模型结构比较简单,在几何结构和流场特点简单的区域,使用结构化体网格,而在燃烧很集中的区域,对网格进行生物质颗粒直燃预燃室采用上给料下送风(定义为一次风)布置方式,进料和主配风位于预燃室的一侧,进料斜向插入预燃室,依靠重力和流化风助流进料。配风点包含为自炉排底部进入的风量;流化物料的流化风;预燃室出口烟道冷却周界风;炉侧壁观察孔保护风,出口高温烟气则位于另外一侧。预燃室内壁有保温装置,材料为粘土,厚度为200mm。 
  图2数值模拟生物质锅炉结构 
  由于模型结构比较简单,在几何结构和流场特点简单的区域,使用结构化体网格,而在燃烧很集中的区域,对网格进行了部分的密化,应用了分区划分的思想,这也是精简计算的重要手段。 
  采用三维稳态的形式来建立数值模拟,并用QUICK格式进行方程的离散,而流场计算采用SIMPLEC算法,它可以增加收敛性,也是目前使用较多的算法,而边界条件直接由速度入口和压力出口可知。其元素分析与工业分析见表1 
  表1生物质颗粒的元素分析与工业分析 
  1.3生物质锅炉燃烧生物质颗粒试验分析 
  对生物质锅炉进行了燃烧试验,从试验可知:在100%工况下该锅炉烟道出口处CO2和O2的分别只有302.53mL/m3和23.5mL/m3,而CO为8437mL/m3。 
  1.4生物质燃烧锅炉炉内流场分析 
  在烟道口出口处的速度达到最高,流速高达70m/s,在炉排处的速度由于受到炉排的阻挡,流速在10m/s以下。分析原因,一次风射流进入炉膛后,与从进料口处出来的二次风相互作用,使得在烟气出口处的一次风速度进一步提升。 
  根据实验测得,在100%工况下,一次风所占总风量比例在85%以上。数值模拟结果,在炉膛下方贴炉壁处的速度较大,并且一直延伸到烟气出口处的速度也很大。进料口同时也可看做是二次风喷口,生物质颗粒从进料口斜向下高速射出后,有从烟气口射出的趋势,并且靠近壁面的速度较小,二次风中心速度较大。与一次风相互作用后,射流速度还会继续增大。 
  图3俯视流场分布 
  1.5生物质锅炉炉内温度场分析 
  从图4可见,炉膛上方燃烧强烈,温度较高,从上向下,温度迅速减小,所以最上方的横截面在燃烧的主要区域内,并且发现最高温度并不是在中心处,而是围绕中心的一个边界。由于烟气出口靠近主燃烧区域,使得高速运行的一部分燃料在还未完全燃烧的情况下,就沿着烟气出口射出。 
  受一次风射流过大的影响,燃烧区域过于靠上,且在其中心处周围的某边界线上温度达到最高,达2000K左右,靠近烟气出口处温度为1500K左右,与试验测得的烟气出口附近温度1555K非常接近。这也验证了数值模拟结果的正确性。 
  图4俯视温度分布(单位:K) 
  竖直截面正面温度分布见图5,从图中可见,上炉膛为燃烧的主要区域,并且燃烧的充满度不好,主燃区域只占炉膛部分的三分之一。在烟气出口处的温度较高,主要是受一次风的影响,导致从二次风射出的气流和颗粒无法再向下运动,而在上炉膛部分发生了回流。同时,使得燃烧区域靠近烟气口,使得烟气出口处温度过高。 
  图5竖直截面温度分布(单位:K) 图6侧面截面温度分布(单位:K) 
  锅炉的侧面截面温度分布见图6,从图中可以看出在上炉膛的涡流部分为主要燃烧区域,这主要是由于从进料口射入的二次风向下运行遇到高温烟气,烟气把温度传导给了生物质颗粒,使得它达到着火点,生物质颗粒燃烧。 
  1.6生物质锅炉燃烧分析 
  根据数值模拟结果,在进料口处的颗粒停留时间较长,这也与燃烧的主要发生区域相一致,而越往下颗粒的停留时间越短。颗粒在刚进入炉膛后很快就发生热解,析出挥发分;而在炉膛中部及下方的停留时间较短,迅速到达锅炉底部。这与一次风的大小与位置有关,如果一次风越往下,风量越小,火焰的下冲深度就越大,颗粒的停留时间就越长,这样更有利于内部燃烧的稳定。 
  2.结语 
  在炉膛内,炉内温度场略呈菱形,并在出料口下方存在一定的倾斜,在一次风和二次风的作用下,两相流沿烟气出口处射出,使得烟气出口处温度较高,容易结焦,而在炉膛内部的火焰充满度不高,燃烧区域靠上,炉膛上部容易烧坏。 
  在烟气出口附近,由于靠近主燃烧区域,温度较高,特别是靠近出口上方,温度比炉膛内的部分区域还要高,此时温度达到1555K,数值模拟结果为1500K,与试验测得的最高温度较吻合。 
  生物质颗粒运行速度迅速衰减的时间只有毫秒的数量级,最终速度与炉内主气流基本一致;在进料口截面上,靠近后墙附近,颗粒运行速度较慢,停留时间是下炉膛部分的一倍。此处的挥发分析出的速度也较快;同时此处也是高温区域,由此表明颗粒停留时间与温度有很大的关系。 
  参考文献: 
  [1]孙志华,刘红,郭亮,邢立云.锅炉燃烧调整及优化运行[J].民营科技,2011(08). 
  [2]李广伟.生物质锅炉选型的比较分析[J].能源与节能,2012(08). 
  [3]宁晓婷.锅炉燃烧调整试验的方法[J].科技风,2011(11).

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