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生物质的燃烧过程
生物质的燃烧通常可以分为三个阶段,即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。
(1)预热起燃阶段
在该阶段,生物质(湿物料)被加热,水分逐渐蒸发后变为干物料。当生物质被加热到160℃时,开始释放出挥发分。挥发分的组成为:二氧化碳、一氧化碳、低分子碳氢化合物(如:甲烷、乙烯等)、还有氢气、氧气和氮气等气体。挥发分中的氢气、低分子碳氢化合物和一氧化碳是可燃成分,二氧化碳和氮气是不可燃成分。
(2)挥发分燃烧阶段
生物质经加热所释放出的挥发分在高温下开始燃烧,同时释放出大量热量,由于挥发分的成分比较复杂,其燃烧反应也比较复杂。几种主要挥发分气体的燃烧反应方程式如下:
(3)炭燃烧阶段
挥发分在燃烧初期将固定碳包裹着,氧气不能接触到炭的表面,因而炭在挥发分的燃烧初期是不燃烧的,经过一段时间以后,挥发分燃烧结束,剩下的炭与氧气接触并发生燃烧反应。炭燃烧时的反应方程式如下:
(3)
对于生物质燃烧的基本过程的认识,其他人员有不同的观点。如:,生物质的水分对燃烧过程影响很大,甚至主宰整个燃烧过程,所以将水分的干燥作为一个独立的过程,并将生物质燃烧的基本过程分为三步:生物质脱挥发分、挥发分燃烧和炭的燃烧。
生物质在振动炉排上燃烧的过程
炉排锅炉的燃烧特点
分区供风
分区燃烧
生物质在振动炉排上的燃烧过程
生物质在振动炉排上的燃烧过程分为预热干燥区、燃烧区和燃尽区,这可以与振动炉排的高、中和低端相对应。根据各区的燃烧特点,各区需要的风量有差别,预热干燥区和燃尽区的风量少一些,燃烧区的风量要大一些。
燃料颗粒在振动炉排锅炉中燃烧可以分为两种类型:颗粒大的在炉排上燃烧,颗粒特别小的燃料颗粒,在气力播撒的过程中,在炉排上部空间发生悬浮燃烧。
生物质在炉排上完全燃烧的条件
炉内良好燃烧的标志就是在炉内不结渣的前提下,尽可能接近完全燃烧,同时保证较快的燃烧速度,得到最高的燃烧效率。燃烧效率可用下式来表示:
,%
式中q3——化学不完全燃烧热损失;
q4——机械不完全燃烧热损失
从而,确保生物质在炉排上完全燃烧的主要条件如下:
供应充足而有合适的空气量
如果过量空气系数过小,即空气量供应不足,会增大机械不完全燃烧热损失q4和化学不完全燃烧热损失q3,使燃烧效率降低;如果过量空气系数过大,则会降低炉膛温度,增加不完全燃烧热损失。
最佳的过量空气系数使q2+q3+q4之和为最小值。
适当提高炉温
根据阿累尼乌斯定律,燃烧反应速度与温度成指数关系。在保证炉膛不结渣的前提下,尽量提高炉膛温度。
炉膛内良好的扰动和混合
在着火和燃烧阶段,要保证空气和燃料的充分混合,在燃尽阶段,要加强扰动混合。
(4)燃料在炉排上有足够的停留时间
燃烧调整的必要性
1、燃料粒度、水分、料层的厚度
(1)设计燃料的粒度分布:100%小于100mm;90%小于50mm;50%大于5mm;至多5%小于3mm。但是,实际的燃料粒度分布超过设计范围,特别是有粒度较大的燃料颗粒。
(2)水分要求:BWE公司给出水分含量:不超过40%
实际现场的燃料水分在20%~30%之间。
(3)料层的厚度:150mm(第一次播料);360~400mm(额定负荷运行时)
实际单县公司的燃料分析表:
2、负荷的变化
燃烧调整的手段
调整振动炉排的振动周期(振动时间和停止时间);
调整炉排各区一次风的风量以及相互间匹配
调整播料风和二次风压
炉膛负压,组织好合理的炉内燃烧空气动力场
燃烧调整的原则
1、炉排上的料层分布
(1)沿炉排宽度和长度方向上料层的分布曲线图
燃料应该均匀地分布在炉排上部的四分之三区域,料层应该为波浪式的。
为低端炉排
中端炉排
高端炉排
料层厚度
炉排的长度
炉排的宽度
料层厚度
(2)在气力播散过程中,大的燃料颗粒的行程越大,小的燃料颗粒的形成越小,这样在炉排上的随燃料颗粒的分布为:炉排的中端和高端的燃料颗粒较大,炉排低端的燃料颗粒较小。
(3)确保燃料在炉排上合理的布料,主要从以下几个方面来考虑:
调试时根据燃料粒度的大小,调整播料盘的角度(可以在正负5度之间进行调整)和脉冲阀旁路挡板的开度,除非燃料发生较大变动,否则,调整好的播料盘的角度和脉冲阀旁路挡板的开度在运行中一般不再作调整。
在正常运行中,要调整播料风的压力(投入自动后,该压力和根据负荷的变化发生变化,运行人员可以进行调整(1~))和前墙下二次风的压力(投入自动后,该压力和根据负荷的变化发生变化。运行人员可以进行调整,(~)增大该压力值,增强燃料流的刚性,增大燃料流的播散距离)。
增加炉排中间对应给料机的转速,减少最边上两个给料机的转速。
2、料层厚度的调整
(1)炉排上燃料太少会导致新入炉的湿燃料着火不稳定,可能导致灰渣结块,这又会阻碍燃烧。
(2)炉排上燃料太多会导致灰渣燃尽困难,极端情况下,炉排振动时会导致炉膛内燃料过分扰动。这将会导致污染物排放量的增加,同时由于过量空气太少或炉膛超压,导致停炉的危险。
(3)燃料颗粒变大,颗粒间的空隙增大,通风阻力小,应增大料层厚度;燃料颗粒变小,则通风阻力大,应减小料层厚度。水分变大时,因其预热干燥需要增加热量,所以要增加料层厚度;水分变小时,可减少料层厚度。
3、火焰前沿的位置
(1)火焰前沿在炉排上的位置
火焰前沿应该位于高端炉排与中部炉排的之间区域,高端炉排处()应几乎看不到火焰。
炉排高端
炉排中端
炉排低端
炉膛前墙
(2)调整火焰前沿的方法
通过调整振动炉排的振动周期(振动时间和停止时间)和高、中和低端一次风量的比例来控制火焰前沿的位置。(上二次风不进行调整)
炉排的振动时间决定燃料颗粒在炉排上的行走速度(或每一振动周期内燃料在炉排上的行程),振动时间越长,其破坏焦渣的能力强,但料层内部的翻动性能差,行走速度加快;炉排的停止时间控制炉排的振动频率,在很大程度上决定燃料颗粒在炉排上的停留时间。
如果振动频率太高,炉排上燃料会摊的很均匀,灰渣未燃尽度会很高(原因是燃料在炉排上的停留时间太短)。火焰前沿将靠近落渣处。
振动时间
停止时间
燃料粒度
变大
减少
增加
变小
增加
减少
水分
变大
减少
增加
变小
增加
减少
料层厚度
(锅炉负荷)
变大
增加
减少
变小
减少
增加
如果高端、中端炉排的炉排风量都增大,则炉排上火焰前沿向炉排高端移动;如果高端炉排的炉排风量减少、中端炉排的炉排风量增大,则炉排上火焰前沿向炉排低端移动;如果低端、中端炉排的炉排风量都增大,则炉排上火焰前沿向炉排中端移动;如果低端炉排的炉排风量减少、中端炉排的炉排风量增大,则炉排上火焰前沿向炉排低端移动;
4、其它注意事项
(1)必须定期和密切监视炉排上的燃烧。在监视过程中,要评估炉排上的燃料量和灰渣的燃尽度。
(2)给料量太少(堆积密度太低)或者振动频率会太高都会导致烟气中氧含量太高。