生物质成型燃料燃烧设备热力特性参数测试

1、第24卷, 总第137期2006年5月, 第3期节能技术E NERGY C ONSERVATI ON TECH NO LOGY Vol. 24,Sum. No. 137May. 2006,No. 3生物质成型燃料燃烧设备热力特性参数测试苏超杰, 罗志华, 李文雅, 刘圣勇(河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室, 河南郑州450002摘要:本文采用工业锅炉节能监测方法G B/T15317-1994、工业锅炉热工性能试验规程G B10180-2003和锅炉大气污染物排放标准G B 13271-2001, 在特制生物质致密燃料燃烧设备上, 按8种工况试验测定了生物质成型燃料燃烧设备的热力特性参

2、数, 从而为生物质致密燃料燃烧设备设计及技术改造提供一定科学依据。关键词:生物质成型燃料; 燃烧设备; 热力特性参数; 变炉膛体积中图分类号:TK51311文献标识码:A文章编号:1002-6339(-04Test of the H eating Pow er P Equipment-, LI Wen -ya , LI U Sheng -y ong(K ey Laboratory of Ministry , Henan Agricultural University , Zhengzhou 450002, China Abstract :On the basis of the m onitor

3、ing and testing method for energy saving of industrial boilers (G B/T15317-1994 , the thermal performance test code for industrial boilers (G B 10180-2003 and the emission stan 2dard of air pollutants for boilers (G B 13271-2001 , the heating power parameters of a biomass briquette combustion equipm

4、ent under eight different w orking m odes were investigated. This paper lays an im portant ba 2sis for designing and im proving the biomass briquette combustion equipment.K ey w ords :biomass briquette ; combustion equipment ; heating power parameter ; varible hearth v olume收稿日期2006-03-07修订稿日期2006-0

5、3-19基金项目:河南省科技攻关项目(0511052000 , 郑州市科技攻关项目(052SGYG 34150作者简介:苏超杰(1981 , 男, 硕士研究生。刘圣勇(1964 , 男, 教授, 博士生导师。1引言当前世界能源危机将越来越严重, 我国的能源形式更是不容乐观。生物质能作为一种可再生能源, 越来越受到人们的重视。人们对生物质能的利用途径有直接燃烧、转换成液体燃料、转换成高效固体成型燃料、转换成气体燃料等, 其中, 转换成固体成型燃料再燃烧, 应用前景很广。但目前国内对生物质成型燃烧设备理论研究和应用研究很少。要设计出性能优良的生物质成型燃烧设备, 必须要有相应的热力特性参数作为设计

6、依据, 为此, 作者对生物质成型燃料燃烧设备的热力参数进行了试验与研究。2试验所采用的燃烧设备所采用生物质成型燃料设备为下吸式双层炉排热水锅炉, 其结构如图1所示。该锅炉的工作过程是:一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在上炉排, 下吸燃烧, 上炉排漏下的生物质屑和灰渣到下炉排上继续燃烧。生物质成型燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入上、下炉排之间的炉膛进行燃烧, 并与下炉排上燃料产生的烟气一起, 经两炉排间的出烟口流向燃烬室和后面的辐射对流受热面, 而后, 烟气经引风机从烟囱排出。 图1生物质成型燃料锅炉结构简图1-上炉门;2-中炉门;3-下炉门;4-上炉排;5-辐

7、射受热面;6-下炉排;7-风室;8-炉膛;9-燃烬室;10-对流受热面;11-炉墙;12-排汽管;13-烟道;14-引风机;15-烟囱3试验测定的主要热力特性参数多, , 表1参数名称符号单位炉膛体积热负荷q v kW/m 3炉排面积热负荷q r kW/m 2炉膛侧面积热负荷q s kW/m 2传热系数kkW/(m 2热效率%排烟温度T p 燃料量B kg/h 固体不完全燃烧热损失q 4%气体不完全燃烧热损失q 3%排烟热损失q 2%散热损失q 5%灰渣的物理热损失q %4燃烧设备主要热力特性参数试验的方法4. 1试验所用仪器(1 K M9106综合燃烧分析仪, 其各指标的测量精度分别为:O

8、2浓度-0. 1%、+0. 2%; C O 浓度±20ppm ;C O 2浓度±5%; 效率±1%; 排烟温度±0. 3%(2 3022热成像仪, 测试范围:-101200, 测试精度:±2(3 IRT -2000A 手持式快速红外测温仪, 测量精度为读数值1±1(4 SW J 精密数字热电偶温度计, 精度为±0. 3%(5 应用3012H 型自动烟尘(气 测试仪, 精度为±0. 5%(6 C型压力表, 精度为1. 0级(7 大气压力计, 精度为1. 0级(8 磅称, 米尺, 秒表, 水银温度计, 水表(9 XRY

9、 -A 数显氧弹式量热计, 精度为±0. 2%(10 C LCH -型全自动碳氢元素分析仪, 精度为±0. 5%(11 烘干箱, 马氟炉, 电子天平。4. 2试验方法目前, 没有生物质成型燃烧设备热力参数测定的试验方法, 借鉴工业锅炉节能监测方法G B/T151371994、工业锅炉热工性能试验规程G B 10180-2003、锅炉大气污染物排放标准G B 13271-2001及锅炉烟尘测试方法G B54681991, 采用8工况对比试验与分析方法, 在特制生物质致密燃料热水锅炉上, 对生物质致密燃料燃烧设备主要热力参数进行试验确定。4. 3主要热力参数的计算(1 传热系数

10、K。+h 2k 1h , 2烟气对管壁灰污层及管壁对工质的放热系数;h , h 灰污层高度及其导热系数。(2 炉排面积热负荷q R炉排面积热负荷是炉排面上燃烧放热强烈程度的热力特性参数。q R =3600×A式中B 平均每小时消耗的燃料质量;Q net ,ar 燃料收到基的低位发热量; A 炉排面积。(3 炉排体积热负荷q v炉排体积热负荷是指燃料在单位炉膛容积, 单位时间内燃烧释放的热量。q v =B Q V s ×3600式中V s 炉膛体积。(4 单位有效燃料体积热负荷q y单位有效燃料体积热负荷是指单位燃料体积上燃料燃烧放出的热功率。q y =V y ×3

11、600式中V y 平均每小时消耗的燃料体积。(5 热效率热效率是指燃烧设备有效利用的热量与燃料输入燃烧设备的热量的比值。正平衡效率计算, 以燃料的低位发热量为基础。=B ×Q net ,ar×100%Q 1=D ×(h cs -h js 式中Q 1设备平均每小时有效利用的热量;D 平均每小时循环的热水量; h cs , h js 分别为出水焓值, 给水焓值。反平衡效率计算, 以设备热损失项目为计算基础。=100-(q 2+q 3+q 4+q 5+q 6 %式中q 2排烟热损失;q 3气体不完全燃烧热损失; q 4固体不完全燃烧热损失; q 5散热热损失; q 6灰

12、渣物理热损失。(6 排烟热损失q 2离开燃烧设备的烟气, 其焓值高于基准温度下进入设备的空气焓, 便形成燃烧设备的排烟热损失。此项损失是各项热损失中最大的一项。q 2=Q net ,ar×(100-q 4式中H py H lk 气在基准温度下的焓值。(7 气体不完全燃烧热损失q 3q 3=×3012×CO ×(100-q Q net ,ar式中CO 排烟气CO 的容积百分数;V gy 每千克燃料在排烟处的干烟气体积。(8 固体不完全燃烧热损失q 4q 4=Q net. ar×(×100-C hz +×100-C fh

13、5;100%式中A ar 燃料收到基灰分;C hz C fh 灰渣、飞灰中的含炭量;hz 灰渣中灰占燃料中总灰的份额; fh 飞灰中灰灰占燃料总灰的份额。(9 散热损失q 5燃烧运行时, 炉壁、锅筒、管道等外壁温度高于周围空气温度, 要向外界散热, 而形成的散热损失。q 5=××(t B ×Q net ,ar×100%式中A s 散热表面积;s 散热表面放热系数; t s , t 0散热表面温度和环境温度。5试验材料及实验工况介绍本试验采用玉米秸成型燃料, 成型燃料直径为13cm , 燃料密度为1. 1g/cm 3。八种工况可分为两种类型:第一种类型:上

14、炉膛体积不变(0. 182m 3 为基础, 等体积减小下炉膛体积, 分别为:0. 167m 3、0. 1535m 3、0. 146m 3、0. 1385m 3, 并分别命名为工况(1 、工况(2 、工况(3 、工况(4 。第二种类型:下炉膛体积不变(0. 167m 3 为基础, 等体积减小上炉膛体积, 分别为:0. 173m 3、0. 1595m 3、0. 1505m 3、0. 1445m 3, 并分别命名为工况(5 、工况(6 、工况(7 、工况(8 。每种工况在燃烧时都是选取在最佳状况下燃烧试验。选取最佳状况的依据:使用K M9106综合烟气分析仪多次试验, 通过调整一次进风口和二次进风口

15、, 率最高、。6 , 为了明确的表明燃烧设备势, 现将试验结果整理如下图。图2炉膛体积热负荷与炉膛体积关系(1 炉膛体积热负荷q V 与炉膛体积关系由图2可知:炉膛体积热负荷随上炉膛体积的增加而增加, 主要是上炉膛是燃料的装载和燃烧区,是燃料燃烧的主要区域, 承载量增加炉膛体积热负荷当然也增加; 炉膛体积热负荷随下炉膛体积先增加后减小, 主要是下炉膛体积是燃料燃烧的次要区, 过大反而会使炉膛体积热负荷减少。(2 炉排面积热负荷q r 与炉膛体积关系由图3可知, 炉排面积热负荷随上炉膛体积的增加, 先增加后减小, 主要由于上炉膛体积的增加承载燃料量增加的同时, 炉排面积也在增加, 但两者的增加的

16、速度不同而导致; 炉排面积热负荷随下炉膛 图3炉排面积热负荷与炉膛体积关系体积变化趋势也是和上炉膛的相似, 但原因却不同,其减小的主要原因是下炉膛体积过大使过量空气系数增加, 风机抽力相对不足而致。(3 炉膛侧面积热负荷q c 与炉膛体积关系由图4可知, 炉膛侧面积热负荷随上炉膛体积的增加, 先增大而后减小, 其原因和炉排面积热负荷原因相似; 但炉排面积热负荷却随下炉膛体积的增加而减小, 其原因是下炉膛体积增加其侧面积必然增加, 但燃料量却增加的很少, 炉膛侧面积热负荷呈下降趋势。图4炉膛侧面积热负荷与炉膛体积关系(4 传热系数k 与炉膛体积关系由图5可知, 传热系数随上炉膛体积的增加而增加,

17、 却随下炉膛体积的增加而减小, 其原因是上炉膛体积的增加, 使燃料量增加炉膛温度升高燃烧效果好, 而下炉膛体积的增加却对燃烧不利, 而且增加二次进风量, 使排烟热损失增加。(5 热效率 与下炉膛体积关系由图6知, 热效率 (包含正平衡效率和反平衡效率 随下炉膛体积的增加, 先增大而后减小, 有一个最大值。说明下炉膛体积不能太大和太小, 要适中。(6 排烟温度T p 与炉膛体积关系由图7可知, 排烟温度随上炉膛体积的增加而增加, 随下炉膛体积的增加而减小, 其原因是上炉膛体积的增加使燃料量增加, 炉膛体积热负荷增加, 但换热面积却没有增加, 故排烟温度上升; 下炉膛体积的增加, 使二次进风量增加

18、, 但燃料量却没有增加, 故使排烟温度增加。图5传热系数与炉膛体积关系图6正反平衡效率与下炉膛体积的关系图7排烟温度与炉膛体积关系图8燃料量与炉膛体积关系(7 燃料量B 与炉膛体积关系由图8可知, 燃料量随上炉膛体积的增加而增(下转第235页4结论(1 土壤源水环式热泵空调系统既具有水环热泵空调系统可独立分室控制的优点, 又利用了土壤源这一可再生能源, 同时由于地下埋管采用闭式系统, 因此不会污染地下水资源。(2 利用土壤中蕴藏的巨大能量对循环水路提供或排除热量, 不需安装冷却塔以及锅炉等设备, 既减少了系统的安装和维护费用, 又降低了污染物的排放量, 具有良好的环保效益。(3 本工程中所采用

19、的自主开发的Y 型管接头, 可有效地减少空调系统中所需要的换热管和阀门的数量。(4 本工程现正处于设计施工阶段, 鉴于土壤源水环式热泵空调系统是一种节能、环保、可实现分室独立控制、具有可持续发展性的系统, 故可预见在本办公楼中采用此空调系统一定会收到良好的经济和环保效益。参考文献1姚杨, 马最良. 水环热泵空调系统在我国应用中应注意的几个问题J . 流体机械,2002,30(9 .2蒋能照. 空调用热泵技术与应用M . 北京:机械工业出版社,1997.3Chao Chen , Feng -ling Sun , Lei Feng. Underground water-s ource loop h

20、eat -pump air -conditioning system applied in a residential building in Beijing J . Applied Energy. 2005,82:331-344.4Chen Y i -ren , Zhou Chun -feng , Y e Rui -fang. Discus 2sion on the system design of the geothermal water -loop heat -pumpJ . Build Energy Environment. 2002,21(3 .(上接第223页加, 由于上炉膛是燃料

21、的主燃烧区和承载区, 它的增加将使炉膛的有效利用率增加, 炉膛温度增高, 使燃烧更加容易进行, 从而使燃料量增加; 膛体积的增加变化不大, , (8 24q 5、q 6关系由图9可知, 总热损失随下炉膛体积的增加而减小, 说明下炉膛体积设计的过大, 需要进一步减小; 主要热损失是排烟损失和散热损失, 说明该燃烧设备需加强保温, 并增加换热面积; 气体不完全燃烧热损失、固体不完全燃烧热损失及灰渣的物理热损失都很小, 对燃烧效率影响不大。 图9各项热损失7结果与讨论1 根据8种工况的试验比较与分析, 得出了生物质成型燃料的燃烧设备的热力特性参数随上炉膛体积及下炉膛体积变化趋势, 并分析了形成这种变化趋势的原因。从而为生物质成型燃料燃烧设备的进一步设计、。2 8, 这将