用于炉排炉的生物质通常分为废弃物及经济作物两大类：废弃物主要有木材(包括木屑、木片、木条和树皮),农业废弃物(包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米、秸秆)以及城市及工业农林废弃物(垃圾及粪便)燃料在炉排上形成均匀的有一定厚度的料层进行燃烧,燃烧过程划分为预热干燥阶段!挥发份析出并着火阶段!
燃烧阶段和燃尽阶段，为更好的了解炉内燃烧过程,通常将炉排炉生物质蒸汽锅炉的燃烧划分为床层上的转化及气体在自由空间的燃烧,现代炉排炉生物质蒸汽锅炉系统都由以下4个组成要素:给料系统、炉排装置、二次风系统(包括火上风)灰渣系统。
(l)给料系统
通常用于生物质直燃炉排炉的给料系统均为机械给料,由于生物质燃料粒径不同且在小颗粒中常常含有大的质量块,通常采用螺旋进料器来粉碎生物质燃料,经过螺旋进料器处理的生物质燃料,比较小的生物质颗粒在进入炉膛后在一次风的作用下悬浮燃烧,而较大颗粒在炉排上燃烧最后落入冷灰斗。
(2)炉排装置
炉排是炉排炉生物质蒸汽锅炉的重要部件,位于燃烧室底部,主要有两个作用:燃料的运输以及炉排下一次风的分布,分为空冷和水冷炉排,水冷炉排中用于冷却的空气较少(一次风的作用仅用于满足燃烧要求)而且由于其采用二次风供风系统其燃烧的控制也较为灵活"炉排由模式壁组成,其上开有许多小孔,一次风进入炉底风室后再由炉排水冷壁上的小孔进入炉膛,为燃烧提供所需的氧"炉排为生物质蒸汽锅炉压力系统的一部分,采用柔性管与水冷壁相连接,外部驱动设备布置在炉膛外部从而减少运行和维护费用极大地提高了设备的耐用性"炉排的优化能够很好的改善炉内燃烧,优化措施包括改变一次风分布!增强炉排上燃料的混合,改善密封以减少漏风等等。
(3)一次风系统
配风(一次风和二次风分布)对于生物质的有效及完全燃烧有重要意义,对炉排炉生物质蒸汽锅炉来说生物质燃料的过量空气比例都超过25%以上,在现代生物质炉排炉中一次风与二次风的比为40/60，一次风与炉排的运动共同作用影响生物质在床层上的混合和转化,绝大多数炉排炉生物质蒸汽锅炉都是一个交叉流反应器,燃料层由一系列的固体颗粒组成堆积在炉排上,床料间存在空隙"在炉排上燃料以一定的厚度堆积并且一次风方向与燃料堆积方向垂直,生物质床层底部受到一次风的冷却而顶部暴露在炉膛中受到炉膛火焰的辐射作用，目前被普遍认同的燃烧机制为，点火后,反应锋面沿着与一次风相反的方向向燃料层扩散,随之引起燃料的干燥!挥发份挥发及燃料燃烧过程。
a.炉排炉配风系统及燃烧区域示意图 b.双旋流燃烧配风
(4)二次风系统
先进的二次风燃烧系统是影响自由空间内气相燃烧、燃尽、污染物排放的最重要的因素之一,二次风系统通过形成回流区或者旋流区来构成炉内不同的燃烧环境如上图,通过调整二次风改善燃尽及减少污染物的排放也是用于对传统的炉排炉燃烧系统进行改进的最有效的措施。
从炉排上释放出的挥发份气体携带部分未燃尽颗粒进入自由空间内继续燃烧,因此二次风对于可燃气体的混合!燃尽及污染物的排放具有重要作用。例如,二次风分级送风是现代生物质直燃炉排炉生物质蒸汽锅炉中用于减少NOx排放采用的重要手段之一,通过降低火焰中心的含氧量及降低火焰中心的温度可以降低NOx排放,在空气分级燃烧中,缺氧区域可以减少NOx的形成,而火上风(OFA)则用于保证可燃气体的燃尽"
上图为炉排炉整个配风系统及燃烧区域特性示意图,大部分可燃物在进入炉膛后在炉排的前部释放进入自由空间在前拱下方形成燃料富集区,位于后墙的二次风在后拱下方形成一个较大的逆时针漩涡形成氧富集的燃烧环境,保证稳燃及减少底灰中未燃尽颗粒。在燃料分级燃烧过程中,混合、温度、停留时间及过量空气系数也起了重要作用除了优化二次风入口(包括数量、动量、二次风口半径及空间分布之外)炉拱的优化也是优化燃烧!增强混合的重要方式中科院针对城市垃圾高水分!热值低等的特点提出了新型两级往复炉排燃烧方式,通过提高燃料在炉膛内的停留时间保证燃料充分燃烧!减少污染物排放。
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