1、實(shí)驗(yàn)
1.1燃料
作為燃料的玉米秸稈收集于遼寧省阜新市阜蒙縣。秸稈的工業(yè)分析結(jié)果：收到基水分7.11%，收到基灰分5. 97%，收到基揮發(fā)分70. 69%，收到基可燃炭16, 23%。秸稈的元素分析結(jié)果：收到基炭43.17%，收到基氫5.12%，收到基氧36.93%，收到基氮1，33%，收到基硫0.08%，收到基氯0. 29%。秸稈的收到基低位發(fā)熱量Qnet=17, 746MJ/kg。直燃秸稈時(shí)，將秸稈用鍘草機(jī)，鍘切成120～50 mm的段，而后用打包機(jī)制成500 mm×250 mm×80 mm的燃料包。燃料包的表觀密度在150 kg/m3左右。燃燒秸稈致密成型塊時(shí)，將秸稈用鍘草機(jī)鍘切成20一30 mm的段，而后用壓塊機(jī)壓制成20mm x 20mm×150mm的燃料塊，燃料塊的表觀密度在800—1300 kg/m3左右，堆積密度在500~700kg/m3左右。
1.2設(shè)備
實(shí)驗(yàn)用工業(yè)鏈條供暖鍋爐型號為D212-0. 8/160—AII，額定狀態(tài)下每小時(shí)可以向一次供熱管道提供溫度為1600C，壓力為0.8 MPa的熱水2t。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為二類煙煤。
排煙和爐膛內(nèi)各處煙氣組分用Test0 350煙氣分析儀測量；爐排上和爐膛內(nèi)各處煙氣溫度用Tm902c便攜式溫度儀測量；排渣和飛灰樣品按照DL/L 567.6 - 2000．即《火力發(fā)電廠燃料試驗(yàn)方法——飛灰和爐渣可燃物測定方法》中規(guī)定的用于火力發(fā)電廠性能測試的灰渣可燃物含量測定方法B測量可燃炭含量。
2、結(jié)果與討論
2.1不同燃料的燃燒性能
秸稈致密成型過程中，由于機(jī)械擠壓力和摩擦力做功，使其溫度升高，會導(dǎo)致部分水分散失，并釋放低分子可燃?xì)怏w，如醛類等。此外溫度升高也導(dǎo)致秸稈原料內(nèi)部纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等的組分和物性發(fā)生改變。這些都導(dǎo)致秸稈致密成型塊與秸稈的燃燒性能會有所不同。
將秸稈與秸稈致密成型燃料粉碎成1.5~2.5 mm的粉狀，在梅特勒一托利多（中國）有限公司出產(chǎn)的型號為SMP/PF7548/MET的熱重分析儀上進(jìn)行分析。保護(hù)氣為純度99.9%的氮?dú)猓磻?yīng)氣組分：79%～2、10%02和11%C02。升溫速率25℃/min，終溫900℃，維持至質(zhì)量恒定。
從圖1中可以看出，秸稈與秸稈致密成型塊的反應(yīng)動力學(xué)特性區(qū)別不大。秸稈致密成型塊脫水過程稍為明顯，可燃炭燃燒反應(yīng)速率稍小，持續(xù)時(shí)間稍長；秸稈脫水過程不甚明顯，可燃炭燃燒反應(yīng)速率稍大，持續(xù)時(shí)間稍短。然而秸稈致密成型塊和秸稈的燃料形態(tài)和表觀密度的區(qū)別卻影響了它們在鏈條鍋爐上的燃燒反應(yīng)特性。這在熱重分析中是不能體現(xiàn)出來的，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。
2.2燃燒不同燃料鍋爐熱損失比較
鍋爐的熱損失主要包括化學(xué)不完全燃燒損失、機(jī)械不完全燃燒損失、散熱損失、排渣物理熱損失和排煙物理熱損失。由于化學(xué)不完全燃燒損失基本可以忽略，散熱損失決定于鍋爐容量、鍋爐負(fù)荷和爐墻形式，與燃燒狀況關(guān)系不大。因此本研究著重研究燃燒不同燃料時(shí)鍋爐排煙物理熱損失、排渣物理熱損失和機(jī)械不完全燃燒損失的變化。
2. 2.1排煙物理熱損失鍋爐排煙物理熱損失取決于鍋爐排煙量和排煙溫度。鍋爐排煙量主要由燃料元素組成和過量空氣系數(shù)決定，而過量空氣系數(shù)是最重要的運(yùn)行控制參數(shù)之一。因而本文作者著重研究燃燒不同燃料時(shí)鍋爐排煙溫度和過量空氣系數(shù)的變化。
鏈條鍋爐過量空氣系數(shù)是爐膛過量空氣系數(shù)和煙道漏風(fēng)系數(shù)之和，顯然煙道漏風(fēng)系數(shù)是有煙道密封性能決定的，因而鏈條鍋爐過量空氣系數(shù)變化主要由爐膛過量空氣系數(shù)變化引起。鏈條鍋爐特殊的供風(fēng)方式?jīng)Q定了爐排前后段空氣過剩，爐排中段供氧不足，因而需要后拱與前拱配合，將爐排前后部多余的的氧量輸送到爐排中部，參與燃燒。
如果前后拱的設(shè)計(jì)與燃料的燃燒性能不匹配，就會造成爐膛過量空氣系數(shù)增加，最終造成排煙物理熱損失增加。
從表l中可以看出，在后拱與渣池的連接處無論燃燒秸稈還是秸稈致密成型塊，其過量空氣系數(shù)都很大，并且數(shù)值接近，這是由于此處燃料可燃炭燃燒反應(yīng)基本終止，從渣池漏進(jìn)來的空氣和從爐排下部補(bǔ)充進(jìn)來的空氣只有很小部分氧氣與可燃炭發(fā)生了氧化反應(yīng)，這些空氣更重要的作用是冷卻排渣，回收排渣物理熱。隨著氣體從渣池向喉口流動，不停有空氣穿過爐排補(bǔ)充進(jìn)來，然而補(bǔ)充進(jìn)來的空氣不足以彌補(bǔ)可燃炭氧化反應(yīng)消耗的部分，因而過量空氣系數(shù)越來越小。如果鏈條爐排配風(fēng)不合理，亦可造成過量空氣系數(shù)越來越大，最后鍋爐處于大過量空氣系數(shù)燃燒狀態(tài)，爐膛溫度很低，很難帶負(fù)荷。
對比表中秸稈與秸稈致密成型塊燃燒時(shí)，相同位置的過量空氣系數(shù)可以看出，由于秸稈致密成型塊顆粒密度大，氧氣需要擴(kuò)散進(jìn)入顆粒內(nèi)部才能與顆粒內(nèi)部秸稈發(fā)生反應(yīng)，所以在后拱下面，仍然存在較強(qiáng)烈的燃燒反應(yīng)；同時(shí)由于秸稈揮發(fā)分大，直接燃燒秸稈時(shí)揮發(fā)分脫出后，所剩灰分與可燃炭殘余物堆積密度小，結(jié)構(gòu)松散，容易造成爐排局部吹穿。以上兩種原因造成秸稈直接燃燒時(shí)，過量空氣系數(shù)大于秸稈致密成型塊，也就是說秸稈直接燃燒時(shí)，排煙物理熱損失較大。
2.2.2排渣物理熱損失鍋爐排渣物理熱損失決定于燃料收到基灰分、灰渣比和灰渣排出溫度。收到基灰分由燃料自身性質(zhì)決定，在本研究中為5.97%，基本不隨燃料發(fā)生改變；灰渣比由燃燒方式?jīng)Q定，對于層燃鍋爐而言，基本維持1:4左右。因而本研究通過測量灰渣排出溫度來研究燃燒不同燃料時(shí)，排渣物理熱損失的變化。
鏈條鍋爐排渣溫度一般以600℃為宜，溫度太高，排渣物理熱損失過大，排渣還沒有被適當(dāng)冷卻；溫度太低，排渣物理熱損失固然減小，但是用過多的冷空氣冷卻排渣，造成爐膛過量空氣系數(shù)增加，從而增加了排煙物理熱損失。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以距離擋渣鐵或者爐排后軸中心線500 mm爐排上沒有火苗，排渣掉落時(shí)沒有跑火為參考。
在后拱下部煙氣含氧量測點(diǎn)用Tm902c便攜式溫度儀測量爐排上相應(yīng)5個(gè)位置排渣的溫度，每個(gè)位置沿著爐排寬度方向均布5個(gè)測點(diǎn)，該5個(gè)位置排渣的溫度為5個(gè)測點(diǎn)溫度的平均值。測點(diǎn)位置如圖2所示，測量結(jié)果如表2所示。
從表2可以看出，由于秸稈直燃時(shí)，燃料與空氣接觸面積大，揮發(fā)分析出量大而迅速，進(jìn)入后拱以后，由于所剩可燃炭份額低，燃燒溫度不容易保持；同時(shí)含可燃炭灰渣堆積密度小，容易被吹穿，灰渣溫度下降很快。而秸稈致密成型塊結(jié)構(gòu)致密，氧氣不容易進(jìn)入燃料塊內(nèi)部，所以進(jìn)入后拱后，仍然剩余相當(dāng)部分可燃炭，能夠很好維持后拱下部溫度水平，也不容易被吹穿。
2. 2.3機(jī)械不完全燃燒損失燃煤鏈條鍋爐機(jī)械不完全燃燒損失主要包括漏煤損失、灰渣含可燃炭造成的損失和飛灰含可燃炭造成的損失。由于秸稈與秸稈致密成型塊尺寸很大，通過爐膛前部爐排落入灰渣池的可能性不存在，同時(shí)正常燃燒的鏈條爐排灰渣比很小，為1:5左右，因此只研究排渣可燃炭含量，以比較燃料不同時(shí)，機(jī)械不完全燃燒損失的區(qū)別。
截取落向渣池的排渣，封裝于陶瓷密閉容器中，待冷卻到室溫后，根據(jù)DUL 567.6 -2000，即《火力發(fā)電廠燃料試驗(yàn)方法——飛灰和爐渣可燃物測定方法》中規(guī)定的用于火力發(fā)電廠性能測試的灰渣可燃物含量測定方法B測量可燃炭含量。結(jié)果表明秸稈直接燃燒時(shí)，排渣可燃炭含量為17.4%，燃燒秸稈致密成型塊時(shí)，排渣可燃炭含量為8.7%。
根據(jù)排煙物理熱損失和排渣物理熱損失的分析結(jié)果，可以看出秸稈直燃排渣可燃炭含量高的原因是由于秸稈直燃時(shí)，燃料松散堆積，失去大部分水分、揮發(fā)分和部分可燃炭后，剩余物不能有效覆蓋爐排面，容易造成吹穿；并且由于剩余可燃炭質(zhì)量少，因而燃燒反應(yīng)釋放熱量也少，造成后拱下部溫度下降迅速，致使雖然有充足的氧氣，可燃炭仍然由于溫度較低沒有燃盡。
2.3燃燒不同燃料時(shí)鍋爐氣體排放量比較
燃燒生物質(zhì)燃料的鍋爐常規(guī)排放的污染物有：NOx、S02和CO，此外與CO -樣，作為評價(jià)燃燒狀況指標(biāo)的H2也進(jìn)行了測量，結(jié)果如表3所示。
從表3可以看出，無論秸稈直燃，還是秸稈致密成型塊燃燒，NOx和S02排放濃度都很低。NOx排放濃度低是由于燃燒溫度低導(dǎo)致熱力型NOx生成量少和大量集中釋放的揮發(fā)分對已經(jīng)生成的NOx的還原反應(yīng)。SO2排放濃度低是由于生物質(zhì)燃料自身S元素含量低，此外還有生物質(zhì)燃料K和Na元素較高的含量導(dǎo)致較高的自脫硫率的因素。
從表3也可以看出，秸稈直燃排放的CO和H2濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了秸稈致密成型塊燃燒，這是由于秸稈直燃揮發(fā)分釋放更迅速，當(dāng)揮發(fā)分沒有與足夠的氧氣完全混合時(shí)，造成了可燃?xì)怏wCO和H2排放濃度的增加。
3、結(jié)論
3.1燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，由于燃料揮發(fā)分含量高和灰分含量低，導(dǎo)致燃盡區(qū)燃料不能有效覆蓋床面，排煙過量空氣系數(shù)較大為1.92，導(dǎo)致排煙物理熱損失增加。而生物質(zhì)致密成型塊在燃盡區(qū)對床面的覆蓋能力好于秸稈直燃，排煙過量空氣系數(shù)為1.58，因而其排煙物理熱損失要小些。
3.2燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，應(yīng)該設(shè)立擋渣鐵和改進(jìn)后拱結(jié)構(gòu)，以利于提高后拱下爐排溫度，降低機(jī)械不完全燃燒損失和化學(xué)不完全燃燒損失；調(diào)節(jié)后拱下風(fēng)室的配風(fēng)并提高后拱下風(fēng)室之間的密封能力，以利于降低過量空氣系數(shù)，從而降低排煙物理熱損失。
3.3燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，由于燃料揮發(fā)分含量高，可燃炭含量低，后拱下爐排溫度很難保持，低溫與可燃物少的共同作用下，造成后拱下風(fēng)室過來的空氣不是助燃，而是冷卻排渣，因而排渣溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于600℃的鏈條鍋爐運(yùn)行規(guī)范，這對鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是不利的。燃燒秸稈致密成型塊的情況稍好于直接燃燒秸稈。秸稈直接燃燒時(shí)，排渣可燃炭含量為17.4%；燃燒秸稈致密成型塊時(shí)，排渣可燃炭含量為8.7%。
3.4燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，由于后拱下部爐排溫度低，導(dǎo)致可燃炭燃盡程度不高；同時(shí)由于揮發(fā)分釋放迅速而數(shù)量巨大，前后拱配合不良，二次風(fēng)配置不好的時(shí)候，會造成一定濃度的可燃?xì)怏w的排放，燃燒秸稈致密成型塊的時(shí)候，情況稍好一些。
