生物质成型燃料链条锅炉送风引风系统设计与研究毕业论文.docx

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生物质成型燃料链条锅炉送风引风系统设计与研究毕业论文

本科生毕业论文（设计）

题目生物质成型燃料链条锅炉送风引风系统设计与研究

毕业论文（设计）原创性声明

本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

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对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

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6）论文主体部分：

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7）参考文献

8）致谢

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2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

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图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

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4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

摘要

目前,能源和环境问题成为人类关注的焦点,虽然天然气、石油是当前的主要燃料来源,但是随着这些来源的枯竭和环境问题的日益突显,开发利用洁净的可再生能源已经迫在眉睫。

因此,生物质能作为唯一可储存和运输的可再生绿色能源,其作用和功能不容小觑。

锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求,同时保证锅炉的安全经济运行。

送风控制一般采取串级比值控制系统,辅之以含氧量校正信号。

引风控制系统一般引入送风量前馈信号,使送风量与引风量相匹配。

锅炉送风机、引风机是锅炉系统的重要设备，对提高介质的燃烧利用率、保证锅炉的正常使用起着关键作用。

本文从生物质成型燃料的优势和链条锅炉的结构总体分析,着重设计送风系统和引风系统,使燃料充分利用和燃烧,提高效率,节能环保,解决传统锅炉的诸多问题。

关键词：

生物质成型燃料；送风；引风；链条锅炉

DesignandResearchofStrawBriquetteFuelSupplyChainBoilerWindSystem

Abstract

Nowadays,thepublicfocusontheenergyandenvironmentproblems.Withtheexhaustionofthemainsourceoffuelandtheincreasingenvironmentissue,it’sveryimportanttoexploitanduseclearrenewableenergyresource,thoughthenaturalgasandoilarethetoday’smainsourceoffuel.Therefore,biomassenergy,astheonlyrenewablegreenandstorageandtransportationenergy,itsroleandfunctionisveryimportant.Boilercombustionautomaticcontrolsystem‘sbasictaskistoadaptfuelcombustionheatprovidedtotheoutsideworlddemandforboileroutputofthesteamload,atthesametimetoensurethesafeandeconomicoperationofboilers.Airsupplycontrolgenerallyadoptscascaderatiocontrolsystem,supplementedbyoxygencorrectionsignal.Leadthewindcontrolsystemgenerallyleadairoutputfeedforwardsignal,andmakethesupplyairvolumeandleadairvolumetomatch.Boilerblowerinduceddraftfanistheimportantequipmentofboilersystem,itplaysakeyroleinimprovingthecombustionefficiencyofthemediumandensuringthenormaluseofboiler.Thispaperbasedontheadvantageofstrawbriquettefuelandoverallanalysisofthestructureofthechainboiler,focusingondesignofairsupplysystemandairleadsystem,makefulluseofthefuelandcombustion,improvingefficiency,savingenergyandprotectingenvironmentaltosolvetheproblemsoftraditionalboiler.

KeyWords:

BiomassBriquette;SupplyAir;LeadAir;Chain-grateBoiler

_Toc388809622

1.生物质成型燃料2

1.1定义2

1.2产品特点2

1.3应用范围2

2.生物质成型燃料链条锅炉2

2.1生物质成型燃料链条锅炉优势2

2.2分系统介绍2

2.2.1给料系统2

2.2.2燃烧系统2

2.2.3吹灰系统2

2.2.4送风系统2

2.2.5自控系统2

3.锅炉燃烧过程分析2

3.1一次风机工作原理2

3.2送、引风机工作原理2

3.3燃烧器布置2

4.燃烧过程控制任务和调节量2

4.1燃烧过程控制任务2

4.2燃烧过程调节量2

4.2.1．燃料量调节2

4.2.2．送风量调节2

4.2.3．引风量调节2

5.锅炉送、引风机风压及风量的理论计算2

5.1送风机风压与风量的确定2

5.2引风机的风压与风量的确定2

5.3送风机引风机选型2

5.3.1送风机在锅炉中的作用2

5.3.2送风机选型应该注意的问题2

5.3.3种型式风机比较2

6.锅炉燃烧过程控制基本方案及分析2

6.1送风量控制系统2

6.2引风量控制系统2

7.结束语2

参考文献2

致谢2

1.生物质成型燃料

1.1定义

生物质成型燃料作为可再生能源，它低碳节能,作为锅炉燃料，它的燃烧时间长，强化燃烧炉膛温度高，而且经济实惠，同时对环境无污染，是替代常规化石能源的优质环保燃料。

1.2产品特点

绿色能源、清洁环保：

燃烧无烟无味、清洁环保，其含硫量、灰分，含氮量等远低于煤炭，石油等，二氧化碳零排放，是一种环保清洁能源，享有“绿煤”美誉;成本低廉、附加值高：

热值高，使用成本远低于石油能源，是国家大力倡导的代油清洁能源,有广阔的市场空间;密度增大、储运方便：

成型后的成型燃料体积小，比重大，密度大，便于加工转换、储存，运输与连续使用；高效节能：

挥发分高，碳活性高，灰份只有煤的1/20,灰渣中余热极底,燃烧率可达98%以上；应用广泛适用性强：

成型燃料可广泛应用于工农业生产[1]，发电、供热取暖、烧锅炉、做饭，单位家庭都适用。

1.3应用范围

生物质成型燃料可用于纺织、印染、造纸、食品、橡胶、塑料、化工、医药等工业产品加工工艺过程所需高温热水。

并可供企业、机关、宾馆、学校、餐饮、服务性行业的取暖、洗浴、空调与生活用所需热水。

生物质固化成型法与其他方法生产相比较，具有生产工艺、设备简单，易于操作和易于实现产业化生产和大规模使用等特点。

如果将农作物秸秆固化成型有效开发利用，替代原煤，对于有效缓解能源紧张，治理有机废弃物污染，保护生态环境，促进人与自然和谐发展都具有重要意义。

2.生物质成型燃料链条锅炉

2.1生物质成型燃料链条锅炉优势

生物质锅炉利用生物质能源，生物质能源是绿色、环保、可再生能源，获得较为容易，取之不尽用之不竭，归根结底是太阳能的一种，在一个循环周期内可以做到“零”碳排放，利用不受时间、气候、地域限制，污染物排放低[2]。

2.2分系统介绍

2.2.1给料系统　　

给料系统由料仓、振动给料器、皮带输送机、螺旋给料机、斗式提升机、料斗等部件组成。

根据不同的燃料性质和锅炉类型采用不同的给料方式。

在工厂中加工成型的BMF燃料通过皮带运输机转存到料仓中，然后再通过斗式提升机（螺旋给料机）把料仓中的BMF燃料供给燃烧器进行燃烧[3]。

2.2.2燃烧系统　　

燃烧系统的主要设备是链条炉排,相对燃煤，生物质燃料有较易着火、燃烧快的特点，故炉排减速机采用慢速电机，使炉排运行速度降低。

考虑到控制炉排适应不同的锅炉不同负荷，炉排电机采用变频控制，以满足对炉排行走速度的控制。

锅炉的料层通过炉排前侧的闸板控制。

优化炉膛受热面布置和前后拱结构，采用低温燃烧技术，控制炉膛燃烧温度为750~850℃之间（根据燃料灰熔点确定），有效的抑制碱金属的结渣，降低锅炉腐蚀几率[4]。

生物质的燃烧通常可以分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。

生物质在炉排上的燃烧过程分为预热干燥区、燃烧区和燃尽区，根据各区的燃烧特点，各区需要的风量有差别，预热干燥区和燃尽区的风量少一些，燃烧区的风量要大一些。

风量的调节通过设置在炉排两侧的调风挡板实现。

温度控制是以炉膛内部温度为准，其温度与燃料气化时空气供给的量有关。

锅炉负荷的调整通过给料量的调整来进行控制。

燃烧后的烟气通过炉膛进入对流烟道进行换热，然后依次进入省煤器（节能器）、空气预热器完成整个燃烧过程，再进入除尘器进行净化处理，最后通过烟囱排入大气[5]，由于采用和省煤器和空气预热器等节能装置，降低了烟气温度，大大提高了锅炉整体效率。

2.2.3吹灰系统　　

锅炉配有全自动声波吹灰装置，可以定时对炉膛和烟管进行吹扫，保证烟管表面不出现积灰，从而实现锅炉的安全高效运行。

采用声波吹灰器具有以下优点：

1）结构简单，吹灰器本体不用电，没有机械运动旋转机构，没有易损部件，不会产生机构运动旋转故障。

2）体积小，重量轻，没有伸缩机构，不存在机械卡壳现象。

3）材质耐高温，耐磨损，耐腐蚀，抗老化，使用寿命长。

4）安全可靠,不会磨薄或吹损管束，无导致爆管现象，满足人身安全和工业劳动保护条例的要求。

5）声波效能高，功率大，频带宽，清灰效果显著。

6）适应范围广，可适用于各种炉型和锅炉任何部位，包括炉膛水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、电除尘器等；光管和螺旋翅片管均可使用，清灰无死角；

7）用气量小，动力消耗少。

8）控制系统分为自动、手动功能，可自成单元，也可接入DCS系统，实现全自动化运行。

2.2.4送风系统　　

锅炉送风系统与炉排进行优化布置，空气经鼓风机通过空气预热器送至炉膛，来达到输送燃料及助燃的作用，炉排下部的风仓使热风可以在炉排下侧均匀的进入炉膛，做到炉排左右两侧配风均匀，减少偏烧现象，保证燃料燃烧完全。

引风除尘系统：

在引风机作用下，燃烧完成后产生的高温烟气经过在烟管中的对流换热后、再依次通过省煤器、空气预热器进行换热，最后进入除尘器净化，最后经引风机由烟囱排出。

锅炉二次风的布置

二次风是指在火床上方送入炉膛的一股强烈气流（习惯上将从炉排下送入的空气称为一次风）。

二次风主要作用是扰动炉内气流，使之自相混合，从而使气体不完全燃烧损失和炉膛内过量的空气系数都得以降低。

一般情况下，二次风配合炉拱使用，以取得最佳效果。

除扰动和混合烟气外，蒸汽锅炉加装二次风若布置恰当，它还能起多种其他的良好作用，例如，二次风能将锅炉炉内的高温烟气引带至漩涡流动，这既可延长未燃尽的飞灰颗粒在炉膛中的行程，增加其停留时间，也由于气流的漩涡分离作用，使部分飞灰摔回炉排，减少飞灰的逸出量[6]。

有利于消除烟尘，降低飞灰带走的损失；充分利用高速二次风射流引带和推送烟气的作用，能使烟气流完全按照所要求的路线流动，从而达到延长烟气在炉内的行程，改善炉内气流的充满度，控制燃烧中心的位置，防止炉内局部结渣等目的；二次风射流所形成的气幕能起封锁烟气流的作用，这可以用来防止烟气流短路，使锅炉炉膛中的可燃气体和飞灰不致未经燃烧就逸出蒸汽锅炉炉膛；空气二次风可以提供一部氧气，帮助燃烧。

前、后起墙布置是一种最常用的布置方式。

当二次风量不太充足和炉膛深度不大时，一般采用前墙或后墙的单面布置，以集中风力来发挥更大的扰动作用，布置也可简化。

在链条炉中，由于燃料中的挥发分在火床头部放出，前墙布置二次风时的混合效果较好。

但布置在后墙或后拱上的蒸汽锅炉二次风，除了起扰动作用外，还能把高温烟气适当地压向火床的头部，对新燃料的着火有所帮助。

二次风的前后双面布置，可以大幅度的降低对二次风射程的要求，因而适合于容量较大的锅炉[7]。

此时，锅炉二次风优先布置在前、后、拱出口的喉口处，以进一步减少其喷射距离。

2.2.5自控系统　　

控制系统采用高亮度、全中文显示，以名牌PLC控制系统为中央控制单元；以人机对话方式与锅炉用户交换信息，实现BMF锅炉全自动操作运行。

3.锅炉燃烧过程分析

3.1一次风机工作原理

一次风机为前弯式离心风机,由叶轮组、机壳、进风口、调节门、传动组组成。

其工作原理为当风机运转时,充满叶轮的气体被叶片带动一起旋转,旋转的气体因自身的质量产生了离心力。

在离心力作用下,使气体沿叶片流道从叶轮四周出口处冲出,获得能量,同时,叶轮中心形成负压。

进口侧气体在大气压力作用下不断的吸入,风机不停的旋转,气体就不断的被吸入、排出。

3.2送、引风机工作原理

送、引风机为动叶可调轴流风机,它的工作原理是基于机翼型理论。

气体以一个攻角进入叶轮,在翼背上产生一个升力,同时必定在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力,使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。

与此同时,风机进口处由于差压的作用,使气体不断地被吸入。

而动叶可调轴流风机,攻角越大,翼背的周界越大,则升力越大,风机的压差越大,风量则小[8]。

当叶片攻角达到临界值时,气体将离开翼背的型线而发生涡流,此时风机压力大,风量下降,产生失速现象。

3.3燃烧器布置

自然循环煤粉炉采用四角布置切圆燃烧方式的直流式摆动燃烧器。

在炉膛下由八层二次风喷嘴、五层一次风喷嘴和两层三次风喷嘴组成。

4.燃烧过程控制任务和调节量

4.1燃烧过程控制任务

▪满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定；

▪燃烧过程控制任务与机组运行方式有关；

▪证燃烧过程经济性；

▪使燃料得以充分燃烧；

▪保证燃烧过程稳定性；

▪维持锅炉炉膛压力稳定。

4.2燃烧过程调节量

根据控制任务，主要调节以下三个物理量：

4.2.1．燃料量调节

调节燃料量使入炉燃料燃烧所产生的量能与锅炉外部负荷需求的量能相适应。

4.2.2．送风量调节

燃料量改变时，送风量也应改变，以保证燃料的完全燃烧和排烟热损失最小。

调节送风量的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。

4.2.3．引风量调节

调节引风量的目的是使引风量与送风量相适应[9]，以保持炉膛压力在要求范围内，以保证燃烧过程稳定性。

5.锅炉送、引风机风压及风量的理论计算

锅炉送风机、引风机是锅炉系统的重要设备，对提高介质的燃烧利用率、保证锅炉的正常使用起着关键作用。

送风机以控制锅炉进风量为目标；引风机是以控制炉内压力为目标，通常为控制炉膛负压。

因此，对锅炉风量、压力受控制参数的调节极其重要。

5.1送风机风压与风量的确定

按理论要求，在锅炉房的烟风系统中，送风机的风压用于克服从风道入口到进入炉膛（包括通过空气预热器、燃烧设备和燃料层）的全部阻力。

▪送风机风压值可按下式表示：

　　　H=1.1（h1+h2+h3-h4-h5）

（1）

式中h1———燃烧设备和燃烧层的阻力；

h2———空气预热器空气侧的阻力；

h3———送风道的阻力（包括摩擦阻力和局部阻力）；

h4———风道自生风；

h5———炉膛入口处真空度；

1.1———风压储备系数。

在

（1）式中，h1值变化范围较大，它受燃煤特性、燃煤厚度、燃煤粒度的影响。

其次与锅炉操作人员管理水平有关。

▪送风机风量可按下式确定：

V=1.05abc（273+t）/273X101325/d

（2）

式中a———炉膛过量空气系数；

1.05———风量储务系数；

b———计算燃煤量；

c———理论空气量；

d———当地大气压；

101325———标准大气压；

t———冷空气温度。

由

（2）式可知，影响风量大小的因素主要是燃煤特性、锅炉负荷、炉膛过量空气等因素[8]。

5.2引风机的风压与风量的确定

引风机用于克服从炉膛出口到烟囱出口（包括炉膛出口负压、锅炉防渣管以后的各部分受热面和除尘设备）的全部烟道阻力。

▪引风机的风压值可按下式确定：

　　H=1.2（h1+h2+h3+h4+h5-h6）（3）

式中h1———炉膛负压值；

h2———锅炉阻力，DC；

h3———除尘器阻力；

h4———烟道阻力；

h5———烟囱阻力；

h6———烟道自生风。

在上式中，各项阻力值的变化范围与锅炉的容量、结构形式有关，其中h2、h3是主要因素[9]。

当锅炉结构不同时h2值不同；当除尘器结构不同时h3不同。

▪引风机风量可按下式确定：

　　　V=1.1B（V1-aV2）（4）

式中B———计算燃煤量；

V2———锅炉尾部受热面后的排烟容积；

a———锅炉尾部受热面后烟道的漏风系数；

1.1———风量储备系数。

综上所述，应该按照锅炉系统的有关阻力和保证锅炉正常运行所需空气量，来确定锅炉送、引风机的风量、风压，同时考虑一定的储备系数。

特别指出的是，对风机采用常规的风阀调节风量法，虽然风量减小了，但系统阻力却增加了。

风机所需功率没有减小或减小的很少，电机的能耗没有节省，不能达到节能的目的。

而且可能因为满足了炉膛负压值要求而不能满足风量要求，进而造成锅炉出力不足的结果。

采用变频调速控制风量，不仅可以调节风机的风量和风压，减小系统的噪声，而且可以达到节能的目的。

变频调速控制风量法是一种有效的节能控制方法[10]。

▪相关计算表格[11]

表5-1风机风压与风量的计算

序号

项目

符号

计算依据

数值

单位

一

烟道的阻力计算

炉膛出口负压

△h1`

（20~40）+0.95H``g

40.5

烟管沿程阻力

△hmc

α1ρW2/D²L

烟气密度

[（Aar+1.306α

）/Vy]273/（273+ty）

0.37

kg/m³

烟气流速

表15

m/s

烟气系数

选取

0.02

烟管长度

选取

2.5

烟管当量直径

ddl

计算

烟管局部阻力系数

∑ξjb

选取

0.63

烟管局部阻力

△hjh

∑ξjbρω²/2

149

烟管总阻力

△Hgs

△hmc+△hjh

154

烟道阻力

△hyd

（λL0/dn+ξyd）ρω²/2

烟囱阻力

△hyc

ρyω²/2

15.2

烟气平均压力

选取

101317

烟气中飞灰质量密度

αfhAarV/（100ρy）

0.25

kg/m³

烟道的总阻力损失

△hlz

By△Hgs∑△h（1+μ）（ρy/1.293）/By

320

二

风道总阻力

燃料层阻力

△hlz`

选取

160

空气入口处炉膛负压

△hl

选取

风道的全压降

△hk

△hlz`—△hl

120

三

引风机的选择

烟囱自生抽力

Hytg[273ρk`/（Tlk+273）-273ρy`/Qyt+273]

25.3

引风机总压降

∑△hy

△hlz+△hk

440

风机入口烟温

表15

170

℃

当地大气压力

选取

0.98

烟气标况下浓度

ρy`

选取

1.41

kg/Nm³

引风机压头储备系数

β1

选取

1.2

引风机压头

Hyf

β1（△hy—Sy）（273+ty）/273

风机流量储备系数

β2

选取

1.1

引风机风量

Vyf

[Byβ2Vj（Vpy—△α

k）（273+ty）/273]/b

0.157

m/s

烟囱中烟气流速

ωc

表15

m/s

烟囱的内径

0.0188（Vyf/ωc）1/2

200

表5-2炉风机设备参数

项目

单位

#3送风机

#4送风机

#3引风机

#4引风机

#3排粉

#4排粉

设计流量

m3/h

113000

153000

28500

设计风压

6410

5200

10550

电机功率

300

310

380

180

电机电流

34.4

34.3

36.5

329

电机电压

6000

380

电机转速

R/m

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