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0、引  言
    生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)是將秸稈、稻殼、鋸末和木屑等生物質(zhì)廢棄物，用機(jī)械加壓的方法，壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料。美國在20世紀(jì)30年代就開始研究壓縮成型燃料及燃燒技術(shù)，并研制了螺旋壓縮機(jī)及相應(yīng)的燃燒設(shè)備；日本在20世紀(jì)30年代開始研究機(jī)械活塞式成型技術(shù)處理木材廢棄物，1954年研制成棒狀燃料成型機(jī)及相關(guān)的燃燒設(shè)備；70年代后期，西歐許多國家也開始重視壓縮成型技術(shù)及燃燒技術(shù)的研究，各國先后有了各類成型機(jī)及配套的燃燒設(shè)備；20世紀(jì)80年代亞洲除日本外，泰國、印度、菲律賓、韓國、馬來西亞已建了不少固化、碳化專業(yè)生產(chǎn)廠，并已研制出相關(guān)的燃燒設(shè)備。到20世紀(jì)90年代日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，并形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已普遍推廣應(yīng)用。
    從20世紀(jì)80年代中國引進(jìn)螺旋推進(jìn)式秸稈成型機(jī)至今，中國生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究開發(fā)已有20多年的歷史。但是，相應(yīng)的專用生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的研制還很少。在中國，生物質(zhì)成型燃料作為一種新的燃料，其燃燒特性的理論研究還處于初級階段，對燃用生物質(zhì)成型燃料的專用燃燒設(shè)備的研制開發(fā)亦剛剛起步。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)并制造出I型生物質(zhì)成型燃料鍋，但存在著爐膛溫度高、排煙溫度高、熱損失大等問題。作者根據(jù)生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性和燃燒機(jī)理，在I型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐，為把生物質(zhì)專用燃燒設(shè)備推向市場，實(shí)現(xiàn)其商品化生產(chǎn)找到了一條合理的途徑，解決了I型生物質(zhì)成型燃料鍋爐存在的爐膛溫度高、排煙溫度高、熱損失大等問題。
1、Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐存在的問題
1.1Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的結(jié)構(gòu)布置
   Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐采用雙層爐排的下吸式燃燒結(jié)構(gòu)，即在手燒爐排一定高度另加一道水冷卻的鋼管式爐排。雙層爐排的上爐門常開，作為投燃料與供應(yīng)空氣之用；中爐門用于調(diào)整下爐排上燃料的燃燒和清除灰渣，僅在點(diǎn)火及清渣時(shí)打開：下爐門用于排灰及供給少量空氣，正常運(yùn)行時(shí)微開，開度視下爐排上的燃燒情況而定。其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1 2 Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐存在的問題
1.2 1 Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐爐膛溫度高、散熱損失大
    Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的輻射受熱面即是水冷排的表面，其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，該輻射受熱面積偏小，導(dǎo)致輻射換熱不充分，使得爐膛溫度過高，特別是上爐膛，致使上爐門附近爐墻墻體過熱，增加了鍋爐的散熱損失。
1.2 2 Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐排煙溫度高、排煙熱損失大
    Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的對流受熱面分為兩個(gè)部分（如圖1所示），降塵對流受熱面和降溫受熱面，兩個(gè)對流受熱面均置于水箱內(nèi)，水容量小，當(dāng)煙氣與水箱中的水換熱不均時(shí)，會出現(xiàn)熱水部分沸騰現(xiàn)象，增加了鍋爐運(yùn)行的不穩(wěn)定因素，其設(shè)計(jì)布置不夠合理，煙道長度偏短，煙氣與鍋爐水箱里的水換熱不夠充分，使得排煙溫度過高，增加了鍋爐的排煙熱損失。
2、Ⅱ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的優(yōu)點(diǎn)及設(shè)計(jì)依據(jù)
2.1  II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的優(yōu)點(diǎn)
    在Ⅰ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的基礎(chǔ)上，II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐通過對鍋爐的結(jié)構(gòu)布置、輻射受熱面及對流受熱面等方面的改進(jìn)設(shè)計(jì)，使鍋爐的設(shè)計(jì)更加合理，輻射換熱和對流換熱更加充分，并由II型與I型生物質(zhì)成型燃料鍋爐對比試驗(yàn)結(jié)果可以看出，II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐熱效率更高，同時(shí)較好的解決了I型生物質(zhì)成型燃料鍋爐存在的爐膛溫度高、排煙溫度高、熱損失大等問題。
2.2  II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的設(shè)計(jì)依據(jù)
2.2.1  生物質(zhì)成型燃料的燃燒過程
    生物質(zhì)成型燃料燃燒屬于靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒，從著火后開始其燃燒過程如下1）生物質(zhì)成型燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒，進(jìn)行可燃?xì)怏w和氧氣的放熱化學(xué)反應(yīng)，形成火焰；2）除生物質(zhì)成型燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒外，成型燃料表層部分的碳處于過渡燃燒區(qū)，形成較長火焰；3）生物質(zhì)成型燃料表面仍有較少的揮發(fā)分燃燒，燃燒向成型燃料更深層滲透。焦碳的擴(kuò)散燃燒，燃燒產(chǎn)物CO2、CO及其他氣體向外擴(kuò)散，CO不斷與02結(jié)合成CO2，成型燃料表層生成薄灰殼，外層包圍著火焰；4)生物質(zhì)成型燃料燃燒進(jìn)一步向更深層發(fā)展，在層內(nèi)主要進(jìn)行碳燃燒（即C+02+CO），在其表面進(jìn)行一氧化碳的燃燒（即CO+02→CO2），形成比較厚的灰殼，由于生物質(zhì)的燃盡和熱膨脹，灰層中呈現(xiàn)微組織或空隙通道甚至裂縫，較少的短火焰包圍著成型塊；5）燃燼殼不斷加厚，可燃物基本燃盡，在沒有強(qiáng)烈干擾的情況下，形成整體的灰球，灰球表面幾乎看不出火焰，灰球變暗紅色，至此完成整個(gè)燃燒過程。
3、Ⅱ型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的設(shè)計(jì)
3.1II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐的結(jié)構(gòu)布置
    實(shí)踐證明I型生物質(zhì)成型燃料鍋爐所采用的下吸式的燃燒方式，實(shí)現(xiàn)了秸稈成型燃料的分步燃燒，緩解秸稈燃燒速度，達(dá)到燃燒需氧與供氧的匹配，使秸稈成型燃料穩(wěn)定持續(xù)完全燃燒，起到了消煙除塵作用。因此，改進(jìn)設(shè)計(jì)的II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐同樣采取下吸式燃燒的形式。保留兩個(gè)爐門，上爐門仍常開，作為投燃料與供應(yīng)空氣之用：把I型的中爐門與下爐門合二為一，用于清除灰渣及供給少量空氣，正常運(yùn)行時(shí)微開，在清渣時(shí)打開。這樣既保留了I型的全部功能，又減少了由于爐門多而造成的散熱損失。水冷爐排將爐膛空間分為上爐膛和下爐膛兩部分，上爐膛又相當(dāng)于風(fēng)室，下爐膛后墻上設(shè)有煙氣出口，煙氣出口不宜過高，以免煙氣短路，影響可燃?xì)怏w的燃燒和火焰充滿爐膛，但也不宜過低，以保證下爐排有必要的灰渣層厚度(100～200 mm)。
    II型生物質(zhì)成型燃料鍋爐由上爐門、下爐門、水冷爐排、輻射受熱面、風(fēng)室、下爐膛、降塵室、對流受熱面、排汽管、煙道、引風(fēng)機(jī)、煙囪等部分組成，其結(jié)構(gòu)布置如圖2所示。其工作過程為：一定粒徑秸稈成型燃料經(jīng)上爐門加在爐排上下吸式燃燒，水冷爐排漏下的秸稈屑和灰渣到下爐膛底部繼續(xù)燃燒并燃盡。秸稈成型燃料在上爐排上燃燒后形成的煙氣和部分可燃?xì)怏w透過燃料層、灰渣層進(jìn)入下爐膛進(jìn)行燃燒，并與爐膛底部的燃料產(chǎn)生的煙氣一起，經(jīng)出煙口流向后面的對流受熱面。