|
王月喬1,2,3，田宜水1,3，侯書(shū)林2，趙立欣1,3，孟海波1,3
?。?.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100125；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083；3.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100125）
摘要：為深入研究生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性，探討自動(dòng)燃燒器的燃料適應(yīng)性，該文基于PB-20型生物質(zhì)顆粒燃燒器，選擇了5種灰分小于25%（空氣干燥基）的顆粒燃料，分別研究了燃燒工況中進(jìn)料量和空氣量對(duì)燃燒性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明灰分含量大于20%的顆粒燃料燃燒不充分，工況不穩(wěn)定，效率低，結(jié)渣大，易熄火，不適用于此類生物質(zhì)顆粒燃燒器；灰分含量為12.40%的顆粒燃料推薦參數(shù)為進(jìn)料量4kg/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600～2800r/min，清渣速度為3r/min，轉(zhuǎn)5s/停35s；灰分在7.21%的顆粒燃料推薦控制參數(shù)為進(jìn)料量3～4kg/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600～2800r/min，清渣速度相對(duì)應(yīng)為3r/min，轉(zhuǎn)5s/停60～55s；灰分值低于1%的顆粒燃料均以進(jìn)料量3～4kg/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600～2800r/min，不需清渣為推薦參數(shù)。該研究總結(jié)了生物質(zhì)顆粒燃燒器的燃料適用控制參數(shù)，為燃燒器的推廣應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。
0引言
生物質(zhì)能具有環(huán)境友好和可再生的雙重屬性，其中，生物質(zhì)固體成型燃料取之于農(nóng)林廢棄物，燃燒特性明顯改善，成為生物質(zhì)能的主要利用方向之一[1-5]。
生物質(zhì)顆粒燃料作為一種典型的生物質(zhì)固體成型燃料，直徑小于25mm，體積只有壓縮前的1/8～1/6，且體積和質(zhì)量較為均勻，流動(dòng)性較強(qiáng)。燃燒使用過(guò)程中，點(diǎn)火容易，燃燒高效，易于自動(dòng)控制，且CO2零排放，SO2低排放[6-10]。
生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器是一種典型的燃燒生物質(zhì)顆粒的設(shè)備，在日本及歐洲一些國(guó)家應(yīng)用比較成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)[11-14]。
國(guó)外的顆粒燃料以木質(zhì)為主，種類單一[15]。但是中國(guó)生物質(zhì)顆粒燃料原料種類多樣化[16]，理化特性差異大，不同顆粒燃料的燃燒特性有所不同，使得生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器的燃料適應(yīng)性不佳，造成生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器使用范圍不廣等問(wèn)題。
目前，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)顆粒燃料燃燒方面的文獻(xiàn)多為研究顆粒燃料本身的燃燒特性，王惺等[17]、王翠蘋(píng)等[18]利用熱重分析技術(shù)研究了多種生物質(zhì)顆粒的點(diǎn)火及燃燼特性，蘇俊林等[19]重點(diǎn)研究了玉米秸稈顆粒的熱工特性，羅娟等[20]研究了生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性及污染物排放特性，侯中蘭等[21]、袁海榮等[22]研究了點(diǎn)火的影響因素，徐飛等[23]研究了生物質(zhì)顆粒燃料的熱風(fēng)點(diǎn)火性能，總結(jié)了最佳點(diǎn)火控制條件。
由于農(nóng)作物秸稈具有周期性，為保證周年生產(chǎn)，一般采取原料來(lái)源多元化的方式，而同一地區(qū)不同種類的秸稈其特性差異較大[24]，造成同一燃燒設(shè)備需要適應(yīng)多種生物質(zhì)燃料。但是，設(shè)備制造后，一般難以調(diào)整。因此，需要針對(duì)生物質(zhì)燃料燃燒設(shè)備的燃料適應(yīng)性方面開(kāi)展研究，明確運(yùn)行工況。
羅娟等[20]、姚宗路等[25]的文章中均指出顆粒燃料的灰熔融點(diǎn)、灰分值對(duì)燃燒的結(jié)渣情況等有影響，同時(shí)，實(shí)際燃燒中，發(fā)現(xiàn)不同灰含量的生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒狀態(tài)有很大不同。因此，本文將灰分值作為選擇燃料的主要依據(jù)，探討不同灰分的顆粒燃料的適應(yīng)性。
本文擬基于農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院研制的PB-20型生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器[26-28]，使用多種不同灰分的生物質(zhì)顆粒燃料，選取不同進(jìn)料量，不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)試燃燒器的熱工性能，分析生物質(zhì)顆粒燃料燃燒的效率變化以及其成因，得出適用于15～25kW生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器的燃料最佳匹配進(jìn)料和進(jìn)風(fēng)，為今后生物質(zhì)顆粒燃燒設(shè)備的推廣研究提供數(shù)據(jù)支持。
1原料及試驗(yàn)設(shè)備
1.1試驗(yàn)原料
本試驗(yàn)所用的生物質(zhì)顆粒燃料依據(jù)燃料灰分值介于0～25%之間依次選擇了秸稈和木質(zhì)共5種。所有顆粒燃料均采用環(huán)模成型工藝[2,29]，基本外形尺寸為直徑6～8mm，長(zhǎng)度10～30mm，顆粒密度約為1.2～1.8g/cm3。5種生物質(zhì)顆粒燃料的工業(yè)分析、元素分析以及熱值見(jiàn)表1。其中，顆粒1的灰份偏高，為24.41%，主要原因可能為收獲和加工過(guò)程混入土壤等雜質(zhì)。
1.2試驗(yàn)裝置及平臺(tái)
1.2.1試驗(yàn)儀器及裝置
試驗(yàn)儀器：GJ-2封裝式化驗(yàn)制樣粉碎機(jī)（河南省天弘儀器有限公司）、6100氧彈熱量計(jì)（Parr公司）、SA223S-CW型分析天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）、101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（河南省天弘儀器有限公司）、XL-1箱型高溫爐（河南省天弘儀器有限公司）、2400SeriesⅡCHNS/O元素分析儀（PE公司）、3012H型煙塵/煙氣分析儀（青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所）、KM9106煙氣分析儀（英國(guó)凱恩公司）、6mm孔徑篩（安平分樣篩廠）、熱電偶（0～1200℃，定做）。
試驗(yàn)裝置：農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院研究制作的PB-20型生物質(zhì)顆粒燃燒器[26-28]，設(shè)計(jì)熱功率為15～25kW，點(diǎn)火絲300W，風(fēng)機(jī)25W，進(jìn)料電機(jī)25W，清渣電機(jī)15W。如圖1所示，該燃燒器為上進(jìn)料式，主要由點(diǎn)火絲、風(fēng)機(jī)、清渣電機(jī)及進(jìn)料電機(jī)（位于落料管上方，通過(guò)耐熱軟管與落料管連接，圖中未畫(huà)出）組成，點(diǎn)火時(shí)間、進(jìn)料量、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及清渣頻率等控制參數(shù)可通過(guò)生物質(zhì)燃燒設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
1.2.2試驗(yàn)平臺(tái)
本文試驗(yàn)是在農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院依據(jù)《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程GB/T10180-2003》[31]研發(fā)的生物質(zhì)燃燒設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)[32]上完成，如圖2所示。本生物質(zhì)燃燒設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)包括上位機(jī)、燃燒器和鍋爐系統(tǒng)以及多個(gè)數(shù)據(jù)采集傳感器，可對(duì)生物質(zhì)顆粒燃燒器的燃燒控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，也對(duì)生物質(zhì)鍋爐的進(jìn)出水溫、進(jìn)出冷熱空氣溫、循環(huán)水流量、O2/CO等多個(gè)燃燒性能熱工參數(shù)進(jìn)行采集和處理。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1測(cè)試燃燒特性
PB-20型生物質(zhì)顆粒燃燒器設(shè)計(jì)功率為15～25kW，所以每種顆粒均分別選擇3種進(jìn)料量，為3、4、5kg/h，顆粒燃料的熱輸入如表3所示；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分為0～9等，正弦波調(diào)速，0～2800r/min，5級(jí)以下風(fēng)量過(guò)小，不適用于正常燃燒狀態(tài)。通過(guò)前期試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，由于風(fēng)量與壓力有關(guān)，微調(diào)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，風(fēng)量及過(guò)量空氣系數(shù)變化不敏感，因此選擇了5、7和9共3種轉(zhuǎn)速，為2600、2700、2800r/min，做3×3種工況測(cè)試。
每種工況單獨(dú)測(cè)試，清渣電機(jī)則在燃燒過(guò)程中多次調(diào)試，取燃燒狀況最好的情況下的電機(jī)轉(zhuǎn)速和停機(jī)占空比；待燃燒穩(wěn)定后，連續(xù)測(cè)試1h。每隔1min記錄測(cè)試參數(shù)，煙塵排放每隔15min測(cè)量1次。
1.3.2測(cè)試灰渣特性
試驗(yàn)開(kāi)始前，將爐膛內(nèi)底灰清理干凈，試驗(yàn)結(jié)束后，使用熱電偶測(cè)量灰渣溫度，并取出全部底灰及渣塊，迅速平攤散熱，防止在空氣中繼續(xù)燃燒，稱量灰渣質(zhì)量。將全部灰渣研磨成粒徑小于100目的粉末，取空氣干燥基測(cè)取底灰可燃物含量。
2性能指標(biāo)
鍋爐熱工性能是指鍋爐的熱力學(xué)效率，用來(lái)評(píng)判鍋爐性能。由于國(guó)家未發(fā)布生物質(zhì)顆粒燃燒器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，可測(cè)試配套鍋爐熱工性能，反推燃燒器性能。本文依據(jù)《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程GB/T10180-2003》[31]重點(diǎn)考察燃燒器的燃燒效率、其中的各項(xiàng)熱損失以及煙塵排放，通過(guò)分析可以得到不同灰分值的燃料在不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的燃燒狀態(tài)及原因，為研究燃料的適應(yīng)性和燃燒器及燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化提供參考。
2.1燃燒效率
2.2熱損失
2.4煙塵排放
測(cè)量煙塵排放濃度，觀測(cè)煙氣黑度。由于國(guó)家未出臺(tái)生物質(zhì)燃料燃燒的相關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，因此根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13271-2001》[34]，選取自然通風(fēng)燃煤鍋爐的排放要求。燃燒器所處地區(qū)為二類區(qū)，因此煙塵最高排放濃度為120mg/m3，煙氣黑度（林格曼黑度）為1級(jí)。
通過(guò)上述多組試驗(yàn)，得到燃燒試驗(yàn)結(jié)果。除對(duì)比各個(gè)工況的燃燒效率外，根據(jù)各項(xiàng)熱損失的成因，重點(diǎn)選取氣體不完全燃燒熱損失、固體不完全燃燒熱損失、灰渣物理熱損失3種熱量損失，從中分析熱量損失成因。
3結(jié)果與分析
3.1不同顆粒的燃燒熱損失分析
3.1.1顆粒1的燃燒性能指標(biāo)分析
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，顆粒1不管進(jìn)料量、進(jìn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，清渣量如何改變，燃燒均不能持續(xù)到1h以上，燃燒狀態(tài)變化較大，不能穩(wěn)定測(cè)量熱損失，初步測(cè)定效率在60%甚至少于50%，甚至在進(jìn)料5kg/h的情況下，燃燒約15min即熄滅，沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)。原因是顆粒1屬于高灰燃料（24.41%），發(fā)熱量低，燃燒時(shí)熱量傳導(dǎo)差，結(jié)渣嚴(yán)重，使得火焰不能持續(xù)，如表4所示。這說(shuō)明此類燃燒器并不適用于燃用高灰分燃料，需要優(yōu)化調(diào)整燃燒器結(jié)構(gòu)。
3.1.2顆粒2的燃燒性能指標(biāo)分析
顆粒2燃燒時(shí)的清渣電機(jī)均為3r/min，啟停間斷時(shí)間分別為：進(jìn)料量3kg/h，轉(zhuǎn)5s/停40s；進(jìn)料量4kg/h，轉(zhuǎn)5s/停35s；進(jìn)料量5kg/h，轉(zhuǎn)5s/停30s。顆粒2的9種工況結(jié)果如表4所示。
試驗(yàn)結(jié)果顯示，顆粒2在進(jìn)料3和4kg/h時(shí)的燃燒效率η均在90%以上，且不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)相差不大；進(jìn)料5kg/h的η下降到70%左右，且隨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加而增加。
進(jìn)料3和4kg/h的氣體未完全燃燒熱損失q3在0.10%～0.27%之間，其過(guò)量空氣系數(shù)α在1.48以上，與進(jìn)料量匹配較好，熱損失較小。進(jìn)料5kg/h的q3，高至18%以上，主要原因在于其進(jìn)料量較高，α在0.92～1.13之間，空氣量明顯偏小，與顆粒燃料之間燃燒不充分，造成煙氣中CO含量偏高，進(jìn)而造成其燃燒效率η較低。
進(jìn)料3kg/h在轉(zhuǎn)速2800r/min時(shí)，固體未完全燃燒熱損失q4有所增長(zhǎng)，可能原因是進(jìn)料量少，轉(zhuǎn)速大，將部分燃料或燃燒中的顆粒物吹出燃燒筒，造成飛灰中未燃盡的碳增加。此外，進(jìn)料5kg/h的q4在轉(zhuǎn)速2600r/min時(shí),高于其他2種進(jìn)料4%以上，且隨轉(zhuǎn)速增多而減小。主要是因?yàn)檫M(jìn)料量增大，且顆粒燃料含灰量比較高，空氣與固定碳混合不均勻，燃燒不完全，產(chǎn)生較多的灰渣；轉(zhuǎn)速增加，則空氣和固定碳混合的越好，使得q4下降。
顆粒2的灰渣物理熱損失q6整體較高，進(jìn)料3和4kg/h均在0.05%～0.08%之間，進(jìn)料5kg/h在0.08%～0.10%之間，主要是因?yàn)榛液枯^大。
顆粒2在進(jìn)料3kg/h時(shí)煙塵排放量很高，轉(zhuǎn)速2800r/min時(shí)，高達(dá)393mg/m3。顆粒2灰分大，同時(shí)進(jìn)料3kg/h時(shí)燃燒較為完全，灰分結(jié)成渣塊較小，飛灰較多，由煙氣夾帶飛灰排出，造成煙塵量大，轉(zhuǎn)速大夾帶飛灰更多，建議在煙道添加排煙過(guò)濾裝置。進(jìn)料4和5kg/h的煙塵排放和煙氣黑度在國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。
3.1.3顆粒3的燃燒性能指標(biāo)分析
顆粒3燃燒時(shí)的清渣電機(jī)均為3r/min，啟停間斷時(shí)間分別為：進(jìn)料量3kg/h，轉(zhuǎn)5s/停60s；進(jìn)料量4kg/h，轉(zhuǎn)5s/停55s；進(jìn)料量5kg/h，轉(zhuǎn)5s/停50s。顆粒3的9種工況結(jié)果如表4所示。
試驗(yàn)結(jié)果顯示,針對(duì)η而言，有隨著進(jìn)料量增大而減小的趨勢(shì)，進(jìn)料3和4kg/h的η均在90%以上，轉(zhuǎn)速對(duì)其影響較小，進(jìn)料5kg/h的η隨轉(zhuǎn)速增大而提高，在85.01%～87.76%之間。
顆粒3的α值均在1.45以上，相較于同等工況的其他顆粒是最大的，主要原因在于顆粒3通過(guò)化學(xué)元素組成計(jì)算出的理論空氣量是最小的。進(jìn)料量3和4kg/h的α均大于2，其q3在1%以下，說(shuō)明空氣量與進(jìn)料量比較匹配。進(jìn)料5kg/h的α則在1.5左右，相對(duì)空氣量較少，q3在3%左右，比進(jìn)料3和4kg/h稍高，但不是影響η的主要因素。
進(jìn)料3kg/h時(shí)，q4隨轉(zhuǎn)速增加而減小，因?yàn)檗D(zhuǎn)速增加，空氣量增加，燃料燃燒更加充分，灰渣可燃物含量下降，灰渣量也有所減少。進(jìn)料4kg/h在轉(zhuǎn)速2700r/min時(shí)，q4有所突變，也是造成該工況效率降低的主要因素，主要原因是轉(zhuǎn)速2700r/min的灰渣可燃物含量相較于轉(zhuǎn)速2600和2800r/min偏高7%左右，可能是在燃燒過(guò)程中清渣電機(jī)速度有所波動(dòng)，清出較多的未完全燃燒顆粒物。進(jìn)料5kg/h的q4在10%上下，明顯高于進(jìn)料3和4kg/h，且均隨轉(zhuǎn)速增大而減小，固體未完全燃燒熱損失是影響燃燒效率的變化的主要原因?？赡茉蚴沁M(jìn)料量增大，加之空氣量不夠，固定碳與氧氣接觸不充分，導(dǎo)致燃燒不充分，灰渣中可燃物含量會(huì)有所提高。
3種進(jìn)料量的q6均在0.04%以下，主要由于顆粒燃料灰含量減小，灰渣物理熱損失也均相應(yīng)減小。顆粒3的煙塵排放量和煙氣黑度均符合國(guó)家排放要求。
3.1.4顆粒4的燃燒性能指標(biāo)分析
顆粒4燃燒時(shí)無(wú)需清渣。顆粒4的9種工況結(jié)果如表4所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示，進(jìn)料3kg/h時(shí)，η最高，其次是4kg/h，并且均在95%以上，進(jìn)料5kg/h時(shí)，η最低，不同轉(zhuǎn)速對(duì)其影響較大，隨轉(zhuǎn)速增大而增大，從86.91%增長(zhǎng)到96.45%。
進(jìn)料3和4kg/h的α在1.2～1.7之間，進(jìn)風(fēng)量比較適合，燃燒相對(duì)完全，CO排放值小，使得q3均小于1.5%，同時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化對(duì)其影響較小。而進(jìn)料5kg/h在轉(zhuǎn)速2600r/min和轉(zhuǎn)速2700r/min時(shí)，q3較大，最高達(dá)到4.29%，主要原因是空氣量相對(duì)小，顆粒的可燃部分燃燒非常不充分，轉(zhuǎn)速2600r/min時(shí)的空氣流速小，與固定碳接觸時(shí)間長(zhǎng)，CO排放值少于轉(zhuǎn)速2700r/min，而轉(zhuǎn)速2800r/min的空氣量增大，CO排放值也少于轉(zhuǎn)速2600和2700r/min。
針對(duì)q4，進(jìn)料3和4kg/h的整體燃燒充分，灰渣量小，灰渣可燃物含量小，q4低于4%，而進(jìn)料5kg/h在轉(zhuǎn)速2600r/min時(shí)q4高達(dá)9.88%，也是造成該工況η僅為86.91%的主要原因，該工況灰渣量為0.226kg/h，其他工況的灰渣量?jī)H為0.04～0.05kg/h，可能由于顆粒4灰分含量較小，燃燒過(guò)程中幾乎沒(méi)有結(jié)到一起的渣塊，無(wú)需清渣，灰渣均為進(jìn)風(fēng)吹出的灰沉積而得，測(cè)量的灰渣量會(huì)稍有偏差，另外也有帶出的未完全燃燒的顆粒，密度大于飛灰，使得灰渣量與灰渣可燃物含量稍大。3種進(jìn)料的q6除進(jìn)料5kg/h在轉(zhuǎn)速2600r/min時(shí)在0.03%外，其余工況均在0.01%以下，得益于顆粒4的低灰含量。
顆粒4的進(jìn)料3和4kg/h的煙塵煙氣排放符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，其中，進(jìn)料3kg/h在轉(zhuǎn)速2800r/min時(shí)，煙塵排放大可能是因?yàn)闇y(cè)量的時(shí)段燃燒稍有不穩(wěn)定，排放顆粒物較多。而進(jìn)料5kg/h的煙塵排放量均超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，煙氣黑度均為林格曼黑度2級(jí)，主要是進(jìn)料量大，同時(shí)灰含量小、可燃物多，燃燒相對(duì)不完全，煙氣夾帶的飛灰多所致。
3.1.5顆粒5的燃燒性能指標(biāo)分析
顆粒5燃燒時(shí)無(wú)需清渣。顆粒5的9種工況結(jié)果如表4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，顆粒5在進(jìn)料3kg/h時(shí)，η在不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下持平，進(jìn)料4kg/h的η則隨轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)有所提高，進(jìn)料5kg/h為最低，但也在91%以上。
同為低灰顆粒，且燃燒效率相差不多的情況下，對(duì)比表4中顆粒5和顆粒4的熱損失數(shù)值，發(fā)現(xiàn)，顆粒5的q3要比顆粒4的低，可能原因是顆粒5單顆顆粒短小且輕，較為松散，不如顆粒4單顆顆粒緊實(shí)，留在燃燒筒內(nèi)的燃料與空氣接觸的更為充分，燃燒得較為徹底。
同時(shí)，排除個(gè)別工況，顆粒5的q4整體比顆粒4要高，主要原因也在于顆粒5的單顆顆粒比顆粒4長(zhǎng)度短、質(zhì)量小，特別是進(jìn)料量小時(shí)，有些顆粒未完全燃燒就被風(fēng)吹出燃燒筒，構(gòu)成灰渣，使得灰渣可燃物含量高達(dá)80%～90%。進(jìn)料4kg/h在轉(zhuǎn)速2800r/min時(shí)比進(jìn)料3kg/h在轉(zhuǎn)速2800r/min時(shí)的η值高主要也是由于進(jìn)料4kg/h比3kg/h進(jìn)料量要多，壓在進(jìn)風(fēng)口的顆粒多，被吹出的燃料要少于進(jìn)料3kg/h，使得q4較小。因此，在燃燒此類顆粒燃料時(shí)可在燃燒器上添加相應(yīng)的攔網(wǎng)類配件。
顆粒4和5的q6均在0.03%以下，也得益于灰含量非常低。顆粒5的煙塵排放量表明，進(jìn)料3和4kg/h的燃燒工況均能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，煙塵排放量在40mg/m3左右。但進(jìn)料5kg/h的煙塵量較高，林格曼黑度也為2級(jí)，其原因同顆粒4的進(jìn)料5kg/h一樣。
3.2不同顆粒燃料的效率與煙氣排放分析及結(jié)果分別對(duì)5種顆粒燃料的3×3種工況的燃燒狀態(tài)匯總分析，均為兩因素三水平，3個(gè)觀測(cè)值，觀測(cè)值中重點(diǎn)考察燃燒效率，越高越好?！豆I(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程GB/T10180－2003》[31]中指出符合標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐最低效率為69%，本文考察燃燒器的燃燒效率水平，相較于鍋爐熱效率中的排煙熱損失和散熱損失，燃燒器的排煙熱損失和散熱損失可按常規(guī)排煙溫度140℃計(jì)算排煙熱損失為8%，散熱損失為2.9%，排除鍋爐系統(tǒng)的影響因素，計(jì)算可知：燃燒器燃燒效率低于70.9%為不符合標(biāo)準(zhǔn)，煙塵排放和煙氣黑度兩個(gè)觀測(cè)值滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[34]（120mg/m3、林格曼黑度1級(jí)）即可。
匯總試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選出其中推薦的控制參數(shù)，如表5所示。
4結(jié)論及建議
基于15～25kW生物質(zhì)顆粒燃燒器，測(cè)試不同灰分的5種顆粒燃料的燃燒情況，可得以下結(jié)論：
1）顆粒2（灰分12.40%）進(jìn)料量3kg/h，顆粒4（灰分0.87%）、顆粒5（灰分0.32%）在進(jìn)料量5kg/h時(shí)需要添加排煙過(guò)濾裝置，降低煙塵濃度；燃燒顆粒5（灰分0.32%）時(shí)，可以添加攔網(wǎng)類配件，減少未完全燃燒的顆粒的被吹出率；
2）灰分含量大于20%的顆粒燃料燃燒不充分，工況不穩(wěn)定，效率低，結(jié)渣大，易于熄火，不適用小型生物質(zhì)顆粒燃燒器；灰分含量為12.40%的顆粒燃料推薦參數(shù)為進(jìn)料量4kg/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600～2800r/min均可，清渣速度為3r/min，轉(zhuǎn)5s/停35s；灰分在7.21%的顆粒燃料的推薦控制參數(shù)為進(jìn)料量3～4kg/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600～2800r/min，清渣速度相對(duì)應(yīng)為3r/min，轉(zhuǎn)5s/停60～55s；灰分值低于1%的顆粒燃料均以進(jìn)料量3～4kg/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600～2800r/min，不需清渣為推薦參數(shù)。
建議：1）對(duì)高灰分的顆粒燃料展開(kāi)更為詳細(xì)的燃料適應(yīng)性試驗(yàn)；2）對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料燃燒的影響因素很多，顆粒水分、大小、密度，清渣速度，分級(jí)進(jìn)風(fēng)等，可從其他角度多次試驗(yàn)燃料的適應(yīng)性。
[參 考 文 獻(xiàn)]
[1]Juan F.GonzáleZ，Carmen M.González-García，Antonio Ramiro，et al.Combustion optimisation of biomass residue pellets for domestic heating with a mural boiler[J].Biomass and Bioenergy，2004，27(2)：145－154.
[2]霍麗麗，侯書(shū)林，趙立欣，等.生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)及設(shè)備研究進(jìn)展[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，9(6)：27－31.
[3]張百良，樊峰鳴，李保謙，等.生物質(zhì)成型燃料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化前景分析[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，39(1)：111－114.
[4]姚向軍，田宜水.生物質(zhì)能資源清潔轉(zhuǎn)化利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.
[5]陳永生，沐森林，朱德文，等.生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2006(4)：16－18.
[6]羅娟，侯書(shū)林，趙立欣，等.生物質(zhì)顆粒燃料燃燒設(shè)備的研究進(jìn)展[J].可再生能源，2009，27(6)：90－95.
[7]徐飛，侯書(shū)林，趙立欣，等.生物質(zhì)顆粒燃料燃燒技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].安全與環(huán)境，2011，11(1)：70－74.
[8]張百良，樊峰鳴，李保謙，等.生物質(zhì)成型燃料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化前景分析[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，39(1)：111－114.
[9]王久臣，戴林，田宜水，等.中國(guó)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(9)：276－282.
[10]姚宗路，田宜水，孟海波，等.生物質(zhì)固體成型燃料加工生產(chǎn)線及配套設(shè)備[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(9)：280－285.
[11]Pallav Purohit，Arun Kumar Tripathi，Tara Chandra Kandpa.Energetics of coal substitution by briquettes of agricultural residues[J].Energy，2006，31(8/9)：1321-1331.
[12]Margaret K Mann，Pamela L Spath.Life cycle assessment of a biomass gasification combined-cycle power system[M].Beijing：China Environmental Science Press,2000.
[13]姚宗路，崔軍，趙立欣，等.瑞典生物質(zhì)顆粒燃燒產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與經(jīng)驗(yàn)[J].可再生能源，2010，28(6)：28－32.
[14]European Commission.White paper：Energy for the future-renewable sources of energy，51991DC0599[R].Europe：European Commission，1997.
[15]田宜水，孟海波.農(nóng)作物秸稈開(kāi)發(fā)利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.
[16]田宜水.我國(guó)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].中國(guó)能源，2006，28(9)：16－18.
[17]王惺，李定凱，倪維斗，等.生物質(zhì)壓縮顆粒的燃燒特性[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2007，13(1)：86－90.
[18]王翠蘋(píng)，李定凱，王鳳印，等.生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒特性的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22(10)：174－177.
[19]蘇俊林，戴文儀，矯振偉，等.玉米秸稈顆粒燃料的熱工熱性[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，2010，40(2)：386－390.
[20]羅娟，侯書(shū)林，趙立欣，等.典型生物質(zhì)顆粒燃料燃燒特性試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(5)：220－226.
[21]侯中蘭，賈孟立，郭前輝.影響生物質(zhì)成型燃料點(diǎn)火性能的因素分析[J].可再生能源，2007，25(1)：71－72．
[22]袁海榮，左曉宇，李秀金，等.影響秸稈固化成型燃料點(diǎn)火過(guò)程的因素分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(6)：224－228.
[23]徐飛，趙立欣，田宜水，等.生物質(zhì)顆粒燃料熱風(fēng)點(diǎn)火性能的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27(7)：288－294.
[24]田宜水，姚宗路，歐陽(yáng)雙平，等.切碎農(nóng)作物秸稈理化特性試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2011，42(9)：89－93.
[25]姚宗路，趙立欣，Ronnback M，等.生物質(zhì)顆粒燃料特性對(duì)其燃燒的影響分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(10)：97－102.
[26]姚宗路，孟海波，田宜水，等.抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(11)：124－128.
[27]田宜水，趙立欣，孟海波，等.自動(dòng)高效生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器[P].中國(guó)專利：201010126437.1，2010-08-04.
[28]田宜水，趙立欣，孟海波，等.一種生物質(zhì)顆粒燃料燃燒器清灰破渣裝置[P].中國(guó)專利：201020188012.9，2011-01-05.
[29]霍麗麗，田宜水，孟海波，等.模輥式生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)性能試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(12)：121－125.
[30]NY/T1881.1-2010，生物質(zhì)固體成型燃料試驗(yàn)方法[S].
[31]GB/T10180-2003，工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程[S].
[32]田宜水，姚宗路，王月喬，等.生物質(zhì)燃燒設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)[P].中國(guó)專利：201220496574.9，2013-03-13.
[33]蘇超杰，羅志華，李文雅，等.生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備熱力特性參數(shù)測(cè)試[J].節(jié)能技術(shù)，2006，24(3)：220－224.
[34]GB13271-2001，鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S]. |
