燃烧

[ 4 ,5 ]

。因此

树皮的燃烧阶段主要是挥发分的空间

燃烧

固定炭的燃烧只占燃料放热的一小部分

哈尔滨

工业大学的赵广播教授研究建立了树皮流化床加煤粉

复合燃烧锅炉炉膛传热计算的零维模型和炉膛燃烧及

炉膛传热计算的一维模型

为今后这一类型锅炉的设

计提供了理论依据

[ 6 ]

。树皮等木质废料的燃烧采用两

种方式

层状燃烧和沸腾燃烧。层状燃烧的炉排结构

复杂

而且对于大型造纸及木材加工企业

单台锅炉负

荷的发展受到限制。沸腾燃烧是一种发展方向

木材

是一种高水分、

高挥发分、

低灰分的燃料

在沸腾层中

燃烧能充分混合

并与热空气充分接触。一方面有利

于木材废料的干燥

;

另一方面

沸腾床的悬浮室有利于

挥发物的燃烧和燃尽。

国外

世纪

至

年代曾广泛采用旋风燃烧

锅炉

优点是高燃烧效率、

燃烧良好、

有烧湿能力

但其

缺点亦难以克服

燃烧单位容积低、

人力出灰、

燃烧室

砖工维护成本高、

动力消耗和噪音高等

考虑到较高的

燃烧效率

旋风燃烧对小型设备仍可以选择。

目前

国际上广泛采用流化床技术利用生物质能。

由于生物质燃料含灰量少

燃烧后难以形成稳定的床

层

部分生物质因其特定的形状难以流化

这就需要在

流化床中加入合适的媒体以改善流化质量。同时

这

些媒体用以形成稳定的床层

为高水分、

低热值的生物

质燃料提供优越的着火条件。媒体的选用应考虑如下
几个因素

具有与所燃烧的生物质燃料相配合的流化

性能

;

热物性宜于流化床燃烧使用

物理特性包括耐磨

性、

硬度、

密度等

应适应炉体的需要

;

价格低廉

无毒

无味

易于获得。按以上要求

河砂、

石英砂、

大理石颗

粒等

是合理的流化媒体。生物质媒体流化床的流体

动力特性非常重要

是合理设计流化床锅炉的基础

国

内外不少学者对这一问题进行了研究

得到了媒体流

化床的最小流化速度和完全流化速度及其影响因素。

他们还对生物质与媒体混合比例对床层内流化工况的

影响进行了研究

为媒体添加比例和粒径范围的选择

提供了依据。

佳木斯造纸股份有限公司二期扩建的

85000

吨牛

皮箱纸板工程

从前苏联引进的一台

75t/ h

的锅炉

采

用流化床加煤粉燃烧器的复合燃烧方式

以树皮和煤

为原料。原设计树皮在流化床部分燃烧

产生

50t/ h

蒸汽

;

燃煤粉产生

25t/ h

蒸汽。因扩建工程没有全部

投产

现有的生产能力产生的树皮量少

满足不了设计

要求

因此提出对原锅炉进行改造

由哈尔滨工业大学

热能工程教研室完成改造的设计工作

见图

、

。改

造后

燃树皮的流化床产生

25t/ h

蒸汽

炉膛的煤粉燃

烧器产生

50t/ h

蒸汽。

有关树皮燃烧的假设

树皮挥发分全部在流化床中析出

一部分挥发分

在流化床中燃烧

另一部分在上炉膛燃烧

;

水分和挥发分析出后

树皮颗粒的尺寸不变

密度

减小。随着燃烧的进行

树皮厚度减薄

当树皮厚度等

于表观速度下能析出去的最大粒子直径时

树皮破碎

并进入上炉膛

进入上炉膛的树皮颗粒的含碳量等于

挥发分析出后树皮的含碳量

;

图

　流化床加煤粉复合

　燃烧锅炉炉膛示意图

1 -

煤粉燃烧器　

2 -

管排

3 -

埋管　

4 -

风室　

5 -

冷

灰斗

图

　锅炉简图

1 -

点火室　

2 -

水冷风室　

3 -

风帽　

树皮入口溜管　

5 -

二次风喷口　

6 -

燃烧器　

7 -

蒸发屏　

8 -

锅筒　

9 -

第二

级过热器　

10 -

第一级过热器　

11 -

减

温器　

12 -

吹灰器　

13 -

第一级空气预

热器　

14 -

第三级过热器　

15 -

第二级

过热器　

16 -

省煤器

　　树皮挥发分中包含了树皮含有的全部氢、

氧、

氮、

硫和部分碳。树皮挥发分含碳占树皮总碳的份额为

= ( V

ar , s

- O

ar , s

- N

ar , s

- S

ar , s

) / C

ar , s

(1)

式中

: V

ar , s

树皮收到基挥发分

;

ar , s

—树皮收到基氢

( %) ;

ar , s

—树皮收到基氧

( %) ;

ar , s

—树皮收到基氮

( %) ;

ar , s

—树皮收到基硫

( %) ;

ar , s

—树皮收到基碳

( %)

。

按以上假设

树皮中的挥发分和焦碳都仅有一部

分在流化床中燃烧。焦碳在流化床中的燃烧份额为

= ( h -

0 , s

) / h

(2)

式中

—焦碳在流化床中的燃烧份额

;

0 , s

—终端速度等于表观速度的粒子直径

( m) ;

—树皮的初始厚度

( m)

。

焦碳在流化床中的燃烧放热量为

c , s

32700 C

ar , s

( 1 -

)

(3)

式中

: Q

c , s

—焦碳在流化床中的燃烧放热量

( kJ / kg)

为满足热平衡计算得到的树皮在流化床中的燃烧

份额

挥发分在流化床中的燃烧放热量应为

v , s

(100 - q

3 , s

4 , s

) Q

r , s

c , s

(4)

式中

: Q

v , s

—挥发份在流化床中的燃烧放热量

(kJ/ kg)

挥发份在流化床中的燃烧份额则为

= Q

v , s

/ Q

ar , v , s

(5)

式中

—挥发份在流化床中的燃烧份额

;

ar , v , s

—树皮挥发份收到基发热量

( kJ / kg)

　结论

将造纸工业木质废料转化为热能

解决了厂区内

树皮、

锯末堆存的难题

改善了厂区的环境

并为生产

—

造纸企业木质废料燃烧转能的研究