生物質（秸稈）成型燃料燃燒設備研制及試驗研究

【摘要】： 本研究是在國家科技部“十五”科技攻關項目“生物質成型關鍵技術及配套設備研究”(編號：2001BA403804)及河南省科技攻關項目“秸稈生物質成型關鍵技術及配套設備產業(yè)化技術研究”(編號：0124110304)的支持與結合下而開展的系列研究。本文通過對“生物質成型燃料燃燒設備設計”、“生物質成型燃料燃燒設備熱性能試驗”、“生物質成型燃料燃燒設備空氣流動場試驗”、“生物質成型燃料燃燒設備溫度場試驗”、“生物質成型燃料燃燒設備爐膛內氣體濃度場試驗”、“生物質成型燃料燃燒設備結渣特性試驗”、“生物質成型燃料燃燒設備主要設計參數(shù)確定試驗”及“生物質成型燃料燃燒設備技術經濟評價”等方面的系統(tǒng)研究，獲得了生物質成型燃料燃燒設備各項性能指標及燃燒空氣流動場、溫度場、濃度場、結渣性能、主要設計參數(shù)變化規(guī)律。為生物質成型燃料燃燒設備設計、運行及技術改造奠定了理論基礎，同時為生物質成型燃料燃燒設備開發(fā)提供了實際指導。主要研究成果有以下幾個方面： 1．根據生物質成型燃料的燃燒特性、層燃鍋爐熱性能及熱力特性參數(shù)為設計依據，設計出雙層爐排生物質成型燃料專用燃燒設備；根據燃燒設備的加工工藝制造出生物質成型燃料專用燃燒設備；按照燃燒設備安裝方法及調試方法對該燃燒設備進行了安裝與調試。從而為生物質成型燃料燃燒設備熱性能、空氣動力場、結渣特性、主要設計參數(shù)確定等試驗奠定了基礎。 2．根據BG／T15137—1994工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測方法，在最小風門、較小風門、較大風門、最大風門4種工況下，分別對生物質成型燃料燃燒設備熱效率、熱水流量、熱水參數(shù)等熱性能參數(shù)進行了試驗，得出了相應結果，評價了設計方法的正確性與可靠性；根據GB5468—91鍋爐煙塵測試方法及 河南農業(yè)大學博士學位論文 GWPB3一1 999鍋爐大氣污染物排放標準，對燃燒設備的環(huán)保指標進行了試 驗，得出了燃燒設備排煙中CO、NOx、502、煙塵含量等環(huán)保指標，對國 家工業(yè)鍋爐大氣污染物排放標準進行對比;根據該燃燒設備在試制中加工 工藝特點、價格高低、操作難易、安全程度等，與同容量燃煤鍋爐作了對 比。從該燃燒設備的熱性能試驗，環(huán)保指標等其他性能試驗，對該燃燒設 備綜合性能進行了評價，肯定了雙層爐排燃燒設備燃用生物質成型燃料的 優(yōu)勢，同時也指出了該燃燒設備的不足之處，在本文中特別指出雙層爐排 生物質成型燃料燃燒設備運行參數(shù)與設計選用參數(shù)之間存在一定差別，給 設計所帶來的計算誤差，向人們提出了要盡快完善生物質成型燃料燃燒設 備主要設計參數(shù)，特別是秸稈成型燃料燃燒設備的主要設計參數(shù)，為提高 生物質成型燃料專用燃燒設備的設計精度指出了方向。 3.根據有限元分割原理，通過試驗與觀察相結合方法測出了該燃燒設備 空轉情況爐膛立面空氣流線及流速分布，為冷態(tài)、熱態(tài)爐膛立面空氣流場 研究提供一定指導;測出了冷態(tài)狀態(tài)燃燒設備爐排上下空氣流速大小及分 布，找到了流速分布規(guī)律，為熱態(tài)爐排上下空氣流速分布規(guī)律分析打下了 基礎;根據4種燃燒工況測出熱態(tài)單雙爐排燃燒方式爐排上下流速大小，找 出了相應分布規(guī)律，分析評價了單雙爐排燃燒方式爐排上下流速分布特點 與差別，肯定了雙層爐排燃燒方式空氣流動場分布合理性，同時為生物質 成型燃料燃燒設備有一個合理的流場分布指出了方向;通過試驗得到了單 雙爐排燃燒方式冷熱態(tài)空氣流動場分布規(guī)律，找到了冷熱狀態(tài)存在區(qū)別與 聯(lián)系，為生物質成型燃料燃燒設備空氣流動場的簡化試驗及模擬試驗提供 了一定的數(shù)據積累。 4.根據有限元分割原理布置測點，采用紅外測溫儀及多點熱電偶溫度計 相結合，測出了單雙爐排燃燒方式生物質成型燃料燃燒設備在4種工況爐 膛各點溫度，找到了2種燃燒方式爐膛內溫度隨爐膛高度方向、深度方向、 河南農業(yè)大學博士學位論文 寬度方向變化規(guī)律;分析評價了單雙爐排燃燒方式溫度場分布特點，肯定 了雙層爐排燃燒方式溫度場分布合理性，從溫度場分布角度找到了最佳工 況。從而為生物質成型燃料燃燒設備燃燒方式確定，運行狀態(tài)的調整，爐 膛設計及技術改進提供了可靠的科學依據，同時對爐膛內局部溫度分布不 均勻原因也進行了分析，從而為爐膛的優(yōu)化設計提供了理論指導。 5.根據有限元分割原理布置測點，采用降溫方法，用K五江9106等儀器分 別測出單雙爐排燃燒方式4種不同工況下，該燃燒設備爐膛內COZ、02、 CO氣體濃度，并找到了隨爐膛高度方向及深度方向變化規(guī)律;從燃燒原理 分析評價了2種燃燒方式爐膛內COZ、02、CO氣體濃度場分布特點及相應 燃料層內干燥、干餾、氧化、還原、灰渣層厚度，肯定了雙層爐排燃燒方 式爐膛中C02、02、CO氣體濃度場分布合理性，從燃燒理論找出了最佳濃 度場分布狀態(tài)及燃料層內各反應層厚度。濃度場試驗為生物質成型燃料燃 燒設備雙層爐排燃燒方式確定，爐膛合理設計及添加燃料的最佳厚度，維 持爐內高效、穩(wěn)定燃燒運行提供一定的科學指導，同時對爐膛內濃度不合 理分布現(xiàn)象及位置進行分析。 6.根據GB/T1572一2001燃料結渣性測定方法，GB/T1572一2001燃 【關鍵詞】：生物質成型燃料 燃燒設備 空氣動力場特性 結渣特性 主要設計參數(shù)
【學位授予單位】：河南農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：TK17
【目錄】：

• 摘要10-14
• 第一章 緒論14-19
• 1 國外生物質成型燃料燃燒設備發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 2 我國生物質成型燃料燃燒設備發(fā)展現(xiàn)狀16-19
• 第二章 生物質成型燃料燃燒設備的設計19-35
• 1 生物質成型燃料燃燒特性19-21
• 1.1 生物質燃料特性19-20
• 1.2 原生物質燃燒特性20
• 1.3 生物質成型燃料燃燒特性20-21
• 2 燃燒設備設計指導思想21-22
• 3 燃燒設備主要設計參數(shù)22-23
• 4 生物質成型燃料燃燒設備設計23-34
• 4.1 燃燒設備結構總體設計23-24
• 4.2 燃燒設備熱效率、燃料消耗量和保熱系數(shù)計算24-26
• 4.2.1 煙氣量與煙氣焓的計算24-25
• 4.2.2 燃燒設備熱效率、燃料消耗量和保熱系數(shù)計算25-26
• 4.3 爐膛及爐排的設計26-29
• 4.4 輻射受熱面的設計29-30
• 4.5 對流受熱面的設計30-32
• 4.6 燃燒設備引風機選型32-34
• 5 本章小結34-35
• 第三章 生物質成型燃料燃燒設備熱性能試驗與分析35-54
• 1 試驗目的35
• 2 試驗方法及使用儀器35-38
• 2.1 試驗方法35-38
• 2.1.1 燃燒設備正平衡試驗法36-37
• 2.1.2 燃燒設備反平衡試驗法37-38
• 2.2 試驗所用儀表38
• 3 試驗結果與分析38-51
• 3.1 過?？諝庀禂?shù)與生成CO的關系42-44
• 3.2 過?？諝庀禂?shù)與生成三原子氣體RO_2的關系44-45
• 3.3 過剩空氣系數(shù)與生成NO_x的關系45-46
• 3.4 過?？諝庀禂?shù)a_(py)與煙塵YC的關系46-47
• 3.5 過?？諝庀禂?shù)與主要熱損失的關系47-51
• 3.5.1 過剩空氣系數(shù)與固體不完全燃燒熱損失的關系47-48
• 3.5.2 過?？諝庀禂?shù)與氣體不完全燃燒熱損失的關系48-49
• 3.5.3 過?？諝庀禂?shù)與排煙熱損失的關系49-50
• 3.5.4 過剩空氣系數(shù)與散熱損失的關系50
• 3.5.5 過剩空氣系數(shù)與總熱損失的關系50-51
• 4 本章小結51-52
• 5 問題與建議52-54
• 第四章 燃燒設備空氣流動場試驗與分析54-70
• 1 試驗目的與類別54
• 2 試驗方法54-56
• 2.1 試驗儀器54
• 2.2 測試方法與步驟54-56
• 2.2.1 測試方法54-56
• 2.2.2 測試步驟56
• 3 試驗結果與分析56-69
• 3.1 雙層爐排燃燒方式試驗結果與分析56-65
• 3.1.1 冷態(tài)空轉時對上爐膛立面風速及風向變化的分析56-59
• 3.1.2 對冷態(tài)空轉上爐排風速的分析59-61
• 3.1.3 對冷態(tài)加料后上爐排風速的分析61-63
• 3.1.4 熱態(tài)4種不同工況上爐排風速的分析63-65
• 3.2 對單層爐排燃燒的數(shù)據分析65-69
• 3.2.1 冷態(tài)時參數(shù)分析65-67
• 3.2.2 熱態(tài)時參數(shù)分析67-69
• 4 本章小結69-70
• 第五章 燃燒設備爐膛溫度場試驗與分析70-84
• 1 試驗目的與意義70
• 2 試驗方法與儀器70-71
• 2.1 試驗儀器70
• 2.2 試驗方法70-71
• 3 試驗結果與分析71-83
• 3.1 雙層爐排與單層爐排燃燒垂直方向溫度分布71-75
• 3.1.1 雙層爐排燃燒上爐膛垂直方向溫度分布71-72
• 3.1.2 雙層爐排燃燒下爐膛在垂直方向溫度分布72-73
• 3.1.3 單層爐排燃燒爐膛垂直方向溫度分布73-75
• 3.2 雙層爐排與單層爐排燃燒在爐膛深度方向溫度分布75-78
• 3.2.1 雙層爐排燃燒上爐膛深度方向溫度分布75-76
• 3.2.2 雙層爐排燃燒下爐膛深度方向溫度分布76-77
• 3.2.3 單層爐排燃燒爐膛深度方向溫度分布77-78
• 3.3 雙層爐排與單層爐排燃燒爐膛寬度方向溫度分布78-83
• 3.3.1 雙層爐排燃燒上爐膛溫度在爐膛寬度方向分布78-79
• 3.3.2 雙層爐排燃燒下爐膛溫度在爐膛寬度方向分布79-80
• 3.3.3 單層爐排燃燒爐膛寬度方向溫度分布80-83
• 4 本章小結83-84
• 第六章 燃燒設備爐膛氣體濃度場試驗與分析84-93
• 1 試驗目的與意義84
• 2 試驗儀器與方法84-86
• 2.1 試驗主要儀器84-85
• 2.2 試驗方法85-86
• 3 試驗結果與分析86-91
• 3.1 雙層爐排燃燒86-89
• 3.1.1 上爐膛內O_2、CO_2、CO濃度隨y軸變化86-87
• 3.1.2 上爐膛內O_2、CO_2、CO濃度隨x軸變化87-88
• 3.1.3 下爐膛內O_2、CO_2、CO濃度隨y′軸變化88
• 3.1.4 下爐膛內O_2、CO_2、CO濃度隨x′軸變化88-89
• 3.2 單層爐排燃燒89-91
• 3.2.1 爐膛內O_2、CO_2、CO濃度隨y′軸變化89-90
• 3.2.2 爐膛內O_2、CO_2、CO濃度隨x′軸變化90-91
• 4 本章小節(jié)91-93
• 第七章 燃燒設備結渣特性研究93-107
• 1 研究目的與意義93-94
• 2 試驗方法與使用儀器94-95
• 2.1 試驗方法94-95
• 2.2 試驗所用儀器95
• 3 試驗的結果與分析95-105
• 3.1 生物質成型燃料熔融特征溫度與灰渣成分95-96
• 3.2 生物質成型燃料結渣性能評價96-98
• 3.2.1 根據灰熔點溫度進行評價96-97
• 3.2.2 根據灰成分綜合比值進行預判斷97-98
• 3.3 生物質成型燃料沾污性能評價98-100
• 3.3.1 煤灰成分沾污指數(shù)R_f99
• 3.3.2 根據灰中鈉的含量判斷沾污性99-100
• 3.3.3 用灰中堿金屬氧化物含量來預測其沾污傾向100
• 3.4 結渣機理100-102
• 3.4.1 結渣的形成過程100-101
• 3.4.2 結渣的原因101-102
• 3.5 試驗結果與分析102-105
• 3.5.1 結渣與爐膛內過量空氣系數(shù)的關系102-103
• 3.5.2 結渣與爐膛溫度的關系103
• 3.5.3 燃料粒徑與結渣的關系103-104
• 3.5.4 燃料層厚度與結渣的關系104-105
• 3.5.5 運行工況對結渣的影響105
• 4 本章小結105-107
• 第八章 燃燒設備主要設計參數(shù)的確定107-113
• 1 確定燃燒設備主要設計參數(shù)的目的與意義107
• 2 燃燒設備主要設計參數(shù)提出107-108
• 3 確定燃燒設備主要設計參數(shù)試驗的方法108
• 3.1 試驗所用儀器108
• 3.2 試驗方法108
• 4 試驗結果與分析108-112
• 4.1 雙層爐排燃燒試驗結果與分析108-109
• 4.2 單層爐排燃燒試驗結果與分析109-112
• 5 本章小結112-113
• 第九章 生物質成型燃料燃燒設備技術經濟評價113-121
• 1 評價目的與意義113-114
• 2 評價方法114-115
• 2.1 技術評價方法114
• 2.2 經濟性評價方法與指標114-115
• 3 評價115-120
• 3.1 技術評價115-116
• 3.2 經濟評價116-120
• 3.2.1 效益和成本116-117
• 3.2.2 經濟評價117-119
• 3.2.3 敏感性分析119-120
• 4 本章小結120-121
• 第十章 結論與建議121-123
• 1 結論121-122
• 2 建議122-123
• 參考文獻123-130
• 英文摘要130-133
• 在讀博士期間已取得成果和發(fā)表論文133

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生物質顆粒燃料微觀成型機理    霍麗麗;田宜水;孟海波;趙立欣;姚宗路;

栽培管理措施和環(huán)境脅迫對柳枝稷生長特性和生物質品質的影響    李繼偉

生物質能—太陽能聯(lián)合制冷的適配性研究    周恒濤

秸稈燃料鍋爐受熱面高溫腐蝕機制及防護研究    張小輝

生物質常溫開模成型機及其快捷設計方法研究    張海鷹

生物質燃燒氯的析出與控制研究    郭獻軍

秸稈固化成型燃料助燃劑研制及燃燒特性試驗與模擬研究    袁海榮

中國農業(yè)生物質能源評價與產業(yè)發(fā)展模式研究    高文永

生物質催化氣化定向制備合成氣過程與機理研究    成功

生物質顆粒燃料制粒機數(shù)字化設計及試驗研究    高微

煙草廢棄物熱解和氣化的實驗及機理研究    楊益

生物質與煤混合燃燒特性的研究    馬愛玲

不同Mo含量NiCrMo系耐蝕合金的制備及特性研究    王明怡

環(huán)模式秸稈壓塊機致密成型機理研究    寧鵬輝

玉米秸稈力學模型及壓縮成型設備研究    陳聲顯

新型多頭式秸稈成型設備的數(shù)值模擬與研制    章長榮

懸掛式森林細小生物質顆粒燃料成型機的設計與研究    方官麗

基于模糊優(yōu)化理論的生物質熱解轉錐優(yōu)化的有限元研究    周楠

生物質噴然技術的研究    王奔

基于生物質碾壓成型機理的成型能耗影響因素研究    王慧

玉米秸稈顆粒狀燃料的初步研究    李慧媛

我國動力用煤結渣特性的試驗研究    何佩敖,張忠孝

在層燃鍋爐上型煤燃燒的試驗研究    王方,韓錦珠

煤的揮發(fā)分釋放特性指數(shù)及燃燒特性指數(shù)的確定    陳建原,孫學信

煤中礦物質及爐膛結渣的研究    梁靜珠

煤灰結渣特性的粗集評判    吳福保,撒應祿,李奇,宋文忠,張軍

大力開發(fā)工業(yè)鍋爐生物質燃燒技術前景分析    劉雅琴

城市垃圾氣化處理法探索    聞望,王寶生,修同斌,倪雙躍,吳家正,李世巍,錢慧芬

金屬化合物對煤矸石燃燒動力學特性的影響    張全國,馬孝琴,劉圣勇,張連喜,寧曉峰,呂書凡,陳開碇

生物質型煤點火性能的理論分析和試驗    劉偉軍,于艷秋,胡仁德

電站用煤結渣預報的自適應模糊神經網絡方法    劉革輝,鄭楚光,劉迎暉

生物質（秸稈）成型燃料燃燒動力學特性及液壓秸稈成型機改進設計研究    馬孝琴

中國生物質固體成型燃料技術和產業(yè)    趙立欣;孟海波;姚宗路;田宜水;

重油磁化節(jié)油效果好    楊步旭;

采用爐內爐外相結合的方法治理鍋爐煙塵    程履青;

SZW型鍋爐燃燒設備的節(jié)能改造    穆金亮，陳立新，溫俊喜

EVT垃圾焚燒系統(tǒng)燃燒設備    汪軍,舒雄娟,陳之航

鋁熔鑄廠用的熔煉或保溫爐    Oliver MOOS

寧海電廠二期1000MW機組鍋爐低負荷燃燒特性    朱峰;

結渣性煤種鍋爐燃燒設備選型    李衛(wèi)東;周虹光;張經武;許傳凱;

“火浪神”系列煤粉燃燒設備    晟華;

新型煤粉燃燒設備研制成功    安月;

生物質成型燃料燃燒設備結渣特性試驗研究    劉圣勇;李文雅;蘇超杰;朱長河;

鈰化合物對無煙煤催化燃燒的影響    公旭中;陳彥廣;郭占成;王志;

我國廢氣凈化行業(yè)2006年發(fā)展報告    

用一噸水泥生產十噸水泥的技術    徐德成;于世明;

蓄熱式燃燒技術在軋鋼連續(xù)加熱爐應用的合理性與適用性(下)    呂以清;

玻璃生產中的純氧燃燒    黃勝訓;趙矩平;

一種漩流燃燒設備燃用貧煤時的No_x排放特性    林正春;王軍代;茂林;李月華;盧斗;屈昌文;張山鷹;

燃氣具煙氣中CO_2濃度測試方法及設備    蔣學悟;劉海韜;魏海明;

SLC75-1.6/204型生活垃圾蒸汽鍋爐的設計特點    黃榮捷;

SLC75-1.6/204型生活垃圾蒸汽鍋爐的研制    黃榮捷;

為了雞西這片藍天    薛云峰

中關村領跑中國經濟發(fā)展潮流    本報記者 晏燕實習生 劉義成 于曉琳

南京劃定鍋爐“禁燃”綠色地帶    陳炳山 呂妍

藍星玻璃關停搬遷一條生產線    趙雪筠

提高能源利用率降低污染物排放    張科 余德祖

上下求索中的環(huán)保命題    楊言

技術創(chuàng)新，老樹開新花 服務鋼鐵，秦冶邁大步    百木牛

富氧燃燒技術推動鋼廠節(jié)能減排    朱久發(fā)

燒不得的特氟龍可以安全回收了    報道員 周谷風

七大領域環(huán)保設備發(fā)展獲鼓勵    董筱宇

生物質（秸稈）成型燃料燃燒設備研制及試驗研究    劉圣勇

生物質（秸稈）成型燃料燃燒動力學特性及液壓秸稈成型機改進設計研究    馬孝琴

生物質粉末化氣力輸送及燃燒實驗研究    李瓊

混煤燃燒氮氧化物排放特性試驗研究    王明

230kW稻草壓塊熱水鍋爐研發(fā)及冷態(tài)流場模擬    張德利

生物質電廠鍋爐運行優(yōu)化研究    付小倩

新型生物質成型燃料熱水鍋爐的設計與研究    趙迎芳

生物質顆粒燃料燃燒的試驗研究    羅小金

可用于層燃爐的RDF固氯特性和燃燒性能的研究    趙鵬

鍋爐燃燒新技術的應用研究    王健夫

工業(yè)鍋爐爐內空氣動力場的研究    楊鳳煥

生物質成型燃料層燃鍋爐結渣特性的研究    李文雅