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行业新闻

生物质燃烧方式及生物质燃烧机的应用问题

生物质燃烧方式及生物质燃烧机的应用问题

摘要:叙述了生物质的性能、燃烧特点,着重阐述了扁平火焰燃烧方式、有焰燃烧方式和无焰燃烧方式,介绍了各种生物质燃烧机的应用和结构的演变,讨论了生物质燃烧的节能和引进国外燃烧装置存在的一些问题。

1  前言

    我国西部地区生物质储量极为丰富,主要分布在四川、陕西、新疆等省。截止1999年底公布的资料,四川盆地共有生物质探明储量7187亿N ITI3,居全国第一。目前尚可开采2854亿NrTi3。根据中央西部大开发的战略将‘西电东送、西气东送”,生物质的使用越来越广泛。生物质作为玻璃生产的能源应用研究是摆在我们面前的重要课题。本文侧重讨论生物质的燃烧方式及其生物质燃烧机的应用,或可给同行一些启示和借鉴。

2  生物质的性能、燃烧特点

    生物质相对密度为0. 587,低位发热值为35320kj/Nm3,理论空气耗量为9. 40黑度值不发亮火焰0.2~0.3,微弱发亮火焰0.4发亮火焰0.6,火焰燃烧速度为0.5~0.7m/s。从以上可以看出:四川生物质经脱硫后H:S含量低,使用时污染小。热值比煤气(6070kJ ~Tm3)、焦炉煤气(14650kJNm3)更高,易于输送和实现自动控制。因此,烧生物质的玻璃工厂投资可比烧煤气的投资少15%以上。生物质火焰传给玻璃的热量占火焰传递总热量的60%,煤气则为40%。当然比重油火焰传给玻璃的热量(80%)低。在窑炉设计时,烧天然气熔窑的熔化率选取应小于2t/mz。d为宜,不能与烧重油的熔化率相提并论。另一方面,生物质含C.。H。低,容易造成火焰透明而不发亮。美国产的生物质含有16%左右的C2H4,火焰亮度比中国、俄罗斯及西欧产的生物质火焰亮度更高。德国和俄罗斯均在研究生物质燃烧过程自增炭的方法提高火焰亮度。生物质火焰燃烧速度慢、火焰较长、火焰发飘又是其另一个燃烧特点。许多研究机构也在研制可以调整火焰参数的燃烧器。

3扁平火焰燃烧方式及其应用

    所谓扁平火焰是指火焰的水平张角a为56~180。在燃料同等消耗的条件下,气流径向速度比轴向速度更高,扁平火焰比柱状火焰长度短2~2.5倍。火焰铺展面大,形状如圆盘。根据这种原理做成的生物质燃烧机即称为平焰生物质燃烧机,其结构见图1。平焰生物质燃烧机使用生物质的压力低,很受工厂欢迎。TDWP犁平焰生物质燃烧机的参数如表2。

    表2 TDWP平焰生物质燃烧机的参数

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┃    系列型  号              ┃    10    ┃    25    ┃    35    ┃    50    ┃    75    ┃

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┃    额定生物质流量(№3 /h)  ┃    10    ┃    25    ┃    35    ┃    50    ┃    75    ┃

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┃    额定生物质压力( Pa)     ┃    800   ┃    600   ┃    800   ┃    800   ┃    800   ┃

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┃    额定卒气压力( Pa)       ┃    21∞  ┃    2100  ┃    2100  ┃    2500  ┃    2500  ┃

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┃    火焰直径(m m)           ┃    400   ┃    800   ┃    1000  ┃    1200  ┃    1350  ┃

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┃    火焰厚度(m m)           ┃    40    ┃    50    ┃    160   ┃    90    ┃    110   ┃

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    火焰生物质燃烧机广泛用于冶金炉加热锻钢件、铸件等。工件受热均匀,热效率高,可以节约生物质20%左右,被四川省科委列为节能推广项目。平焰生物质燃烧机可以布置在加热炉的顶部或胸墙,还需要配置斜角形的烧嘴砖。四川玻璃股份有限公司“格法’引砖窑上就是使用的平焰生物质燃烧机,引砖窑顶纵向布置了7支平焰然烧器,型号为TDWP25,配用风机风压800Pa,流量3000Nrr13瓜。生物质压力用U形压力计测量。平焰生物质燃烧机在引砖烤砖窑上的布置如图2。

4生物质有焰、无焰燃烧方式及其应用演变

    所谓有焰是指燃烧过程温度高于545℃的气流,也叫火焰。有焰燃烧时生物质与助燃空气不预先混合或部分混合。在燃烧过程中一边混厶,一边燃烧。这时,可以看到火焰的轮廓。无焰燃烧时生物质和助燃空气混合很充分,空气过剩系数高。燃烧速度比有焰燃烧快得多。所以,火焰很短,火焰辐射能力也差。

4.1  生物质无焰燃烧方式的应用

    玻璃生产中,无焰燃烧应用最典型的例子就是热风发生器,它可以用于玻璃熔窑的升温烘烤或高温计划降温冷却。热风发生器的火焰在简体内燃烧。低温时是利用废气来对窑炉加热的,只有在500℃以上时,才有明火喷出。这日寸,也可以降低空气用量作有焰生物质燃烧机使用。热风发生器的空气过剩系数为5~10。如天然气用量为500~lOOONff13瓜的热风发生器,所配用助燃风机的风量为5112  10562Nm3瓜,风压为1000~2000Pa。由于风压较低,也称之为低压热风发生器。所谓低压,是指比烧油的热风发主器风压更低。烧油的热风发生器,风压选取lOOOOPa左右。其目的是为了让热风喷射得更远,烤窑温度均匀。而生物质热风发生玻璃与搪瓷2001年29卷4期器风机风压选取过大,容易吹熄火焰。鉴于前面所述,生物质热风发生器的简体尺寸比烧油的更长、更大。它的内筒前端钻有7个①30的孔,可使气流畅通,防止火焰倒窜。内筒周围焊接一些前倾的导向管,有利气流喷出而又不被空气吹熄灭。这种结构和烧油的结构相似,只不过其参数不同而已。生物质热风发生器的结构见图3。

    四川玻璃股份有限公司1999年“格法”熔窑冷修和2000年350t浮法熔窑冷修,都采用了生物质热风烤窑。该公司在国内首次采用了生物质低压热风烘烤浮法玻璃熔窑,并获得成功。也曾经在1998年330t浮法玻璃熔窑大型热修时,用来加热冷却部。自1989年以来,生物质热风发生器的结构日臻完善。应用范围也越来越广泛。

4.2生物质有焰燃烧及各种生物质燃烧机

    下面主要介绍利用生物质动能的引射式燃烧,预混气多次配风的燃烧,加压缩空气式的燃烧以及调整火焰参数的燃烧。

4. 2.1引射式燃烧及引射式喷枪

    引射式燃烧是利用小口径喷嘴通过燃气高速气流产生负压,把一次空气吸入燃娆器混合燃烧;或者利用引射原理作成文丘里管,调节喷嘴直径和燃气压力来控制预混气的热值。利用后者便做成了“预混和装置”。

    引射式喷枪在60—70年代开发。当时它的种类较少,玻璃工厂应用最多的是42#和75#喷枪。近年来,对引射式喷枪的结构进行了简化和演变。如简体材料不用铸件而用无缝钢管等钢件加工制作,既经济,制作起来又很方便。其简化后的图形结构见图5。

    引射式喷枪一般用于流道加热、“格法”成型室烧炉。曾经在浮法窑热修日寸,用加大热负荷的该种喷枪来加热投料口。也曾经在浮法窑后期用于大窑‘0”区加热,相当于增加了半对小炉。其效果尚不错。还可以把喷射筒改制成钻有一排小孔的钢管,用于“格法”退火窑的加热。其结构见图6。

4.2.2关于预混和装置

    四川玻璃股份有限公司1983年引进GLAVERBL公司的工艺设备中,就配套有两台生物质预混和装置,其用意为克服“格法”玻璃生产的“麻点”。要求在加热成型室、平拉室和退火窑不能有燃烧不完全的碳黑微粒。预混和装置的参数为:生物质进口压力0. 17MPa,出口压力0.005~0. 05MPa,预混气最大产量200Nm3瓜,熟值23027kJ。为了使预混气的热值稳定,还配有热值测定仪和相应的控制系统。目前,国内天津、蚌埠均有定型产品。由于这种装置需要高速气流引射空气,所以生物质压力低而波动的情况下不好使用。这种装置也可使用石油液化气,但需建立石油液化气站。预混气还可经过二次混和来使用。如用叶式风机(风压0. OIMPa)配风,即用所谓“水平混和装置”来达

到这一目的。在退火窑加热时虽经二次混合,但火管式生物质燃烧机的火焰长度随小孔的位置而发生变化,如图6所示。为了使退火窑宽度方向温度均匀,把火管有孔部分缩短,用2~3根来分段实施。并用电磁阀来控制燃气流量,实现退火窑的温度自控。

    总之,生物质引射式燃烧的应用非常灵活。使用的范围更加广泛。

4.2.3生物质加压缩空气的燃烧

    加压缩空气的燃烧方式,在80年代最为流行。其典型结构就是TY型喷枪。见图7。

    这种喷枪生物质使用压力低,在5000~16000Pa即可。压缩空气使用压力0.晒~0. lMPa。生物质喷口直径Q30~50rum,压缩空气喷口直径Q8~13mm。这种燃烧方式克服了火焰的飘散,强化了生物质和二次风的混和,调节火焰长度方便。但是,这种燃烧方式有以下缺点:第1,压缩空气的引入降低了火焰的亮度,减少了传给玻璃液的辐射热;第2,由于引入1%~2%的冷压缩空气,降低了火焰温度;第3,压缩空气的引入,动力消耗增加。如以日用量10万N ITI3生物质计算,配用压缩空气的电费每年即为130万元还木算设备购置和维修费。目前,TY型喷枪己逐步淘汰,人们正致力于研制新型喷枪。

4. 2.4可以调整火焰参数的喷枪

4.2.4.1关于火焰参数

    火焰在窑内燃烧的角度同二次空气流的角度和喷枪的角度有关。二次空气流的角度由以下因素决定:小炉斜坡碹的下倾角(一般为20~25)、水炉底板的下倾角(一般为0~5)、小炉水平段喷口的长度、喷口的水力直径等等。这些,在窑炉设计时应加以重视。

    当空气流的动量和燃料流的动量合成后,火焰呈水平状态并贴近玻璃液面;火焰的长度应距离对面窑墙0.5~Im。这就是我们需要的最佳几何参数。

    关于火焰的亮度,近年来讨论得比较多。要想提高火焰的亮度,可以对生物质进行增碳、提高火焰的黑度值(e),从而增强了火焰对玻璃液的辐射传热。一般采用的方法是:生物质在1100℃缺氧燃烧,使生物质裂解;或者在生物质中掺油污。也有在小炉和蓄热室之间采用“重整炉”的办法使生物质裂解增碳。但这些方法都比较复杂。到目前为J_匕还没有应用于大型的浮法玻璃熔窑上。讨论得最多的是在喷枪上调整火焰参数的同时,适当使生物质裂解增碳来提高火焰的亮度。

4.2.4.2调整火焰参数的喷枪

    调整火焰参数的喷枪大体分以下类型:把TY型喷枪的压缩空气喷头作成锥体移动这一锥体来改变喷口的截面积,控制燃气流的速度,从而达到调整火焰长度的目的。这种结构还可以控制压缩空气的压力来调整火焰长度。其结构见图8。

这种喷枪的工作原理是靠螺旋机构前后移动内锥体来调整出口的截面积。由于它所处的环境温度较高,调整机构膨胀变形;加之零件的公差配合不十分合理。喷枪出口截面积和角度都不太好调整,影响了喷枪的工况。另外,当窑宽大于lOrn时火焰嫌短,火焰覆盖面积小,而且火焰还冒黑烟。这对于要求氧化气氛的4#、5#小炉来说是不允许的。鉴于上述,JG2- R型喷枪尚需改进。实际上,俄罗斯在80年代生物质可调整火烙参数喷枪的研究和应用就己较普遍。在90年代,美国、德国是根据这一原理加以完善才得以推广应用的。目前,可以调整火焰参数的喷枪我国己具备自行开发的能力。因此,笔者认为已没有再引进的必要。

    (2Yfr制噪声的传播途径  噪声的传播主要通过空气和建筑构件,因此可通过隔振或减振、隔声、吸声与消声等方法。如粉碎机除进料口外,其余部分安装在隔声罩内或消声坑道内,外壳再加阻尼材料,均可减少噪声。空压机安装消声器,设置消声坑道后,噪声可降低到80dB以下,如再建立隔声罩并在厂房内悬挂空间吸声体噪声还可进一步降低。鼓风机安装消声器后,噪声可降低0~20dB,如再建立隔声罩和包扎管道,减低噪声效果会更好些。球磨机采用橡胶衬板,外壳包阻尼  隔声套筒并安装隔声罩等措施,可使噪声减少20~30dB。在成形机和操作人员之间设活动透明的隔声屏,可以降低噪声对工人的危害。

    (3搞噪声设备与车间的合理布置  符合工艺要求条件下,根据噪声情况,将厂房合理布局和车间的合理布置。全厂高噪声区要集中在一起,井与其他车间保持足够距离,同时采用绿化带和栽种树木,起到吸声与声屏障作用,一般可降低20dB左右。在车间内,应将高噪声设备,如空压机、鼓风机等集中安装,采取隔声、吸声、隔振、减振措施,使其隔声量不低于20dB,以减少对其他工序的影响,车间控制室与休息室采用吸声好的材料砌筑,使车间有一个能控制生产与休息的安静场所。通过上述一系列措施,可将玻璃厂厂区噪声控制在55dB左右,符合国家对环境噪声标准要求。

    (4减少在噪声环境下工作时间和工种轮换  如改每日三班制为四班制,组织工种轮换,改变坐班制,以减少工作人员与噪声接触的时间,从而降低噪声对工人的危害。

    (5采用听力保护措施    采取了各种措施控制噪声仍不能达到国家标准允许值时,可采用耳塞、耳罩、防声棉和防声盔等个人防护器具,一般护耳器可使耳内噪声降低10~40dB,其中尤以防声盔效果最好,可保护在高噪声环境下操作工人听力不受损害。

5  关于玻璃生产生物质燃烧节能的问题

    前面关于生物质燃烧的研究除了满足生产使用之外,主要目的是为了节能。但是,玻璃生产燃烧的节能与玻璃熔窑的设计、生物质供给压力的稳定、仪表运行的工况、生产操作控制、调整以及生物质燃烧机的保栌等等有着很大关系。如蓄热室格子体形式与二次风的温度有关,四川玻璃股份有限公司350t浮法窑采用筒子砖结构,经使用证明换热效果很好。当然,小炉的结构如何适应烧生物质更好,也是摆在我们面前的一个课题。

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点击次数:  更新时间:2017-12-18 20:07:36  【打印此页】  【关闭