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技术新闻

生物质颗粒点火时冒黑烟是怎么解决

作者:济南冠贝机械设备制造有限公司   时间:2017-05-23 09:07:45

生物质颗粒燃料指直径小于25mm的圆柱状固体成型燃料,体积只有压缩前的1/8~1/6,密度可达1.0~1.3t/m3,使用时具有流动性强、燃烧效率高、便于自动化控制、环保、高效等优点,近年来在民用和工业领域都得到了应用。
现阶段,在中国市场上比较常见的生物质颗粒燃料燃烧设备多为手动或半自动型,实际使用中普遍存在点火不方便的问题,部分设备每次点火甚至需要20~30min的时间,而且点火过程中还伴有浓烟,严重污染环境,这些问题严重影响了生物质颗粒燃料燃烧设备的推广应用。因此,研究针对生物质颗粒燃料的高效、环保、自动化控制的点火技术设备是非常有必要的。
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为此冠贝机械工程师与山东大学物理热能导师专门在国内外在生物质燃料的点火机理方面开展了相关研究。利用热重分析仪比较了几种生物质颗粒燃料与未经成型处理时的燃烧特性,得出生物质成型燃料的着火点低于未成型生物质燃料的结论;
利用TG-DTG热分析技术研究了生物质颗粒燃料的着火特性,结果表明:生物质压缩颗粒与煤相比,其着火与燃尽温度均较低,燃烧迅速且集中;通过试验得出燃料密度是影响点火性能的最显著因素,其次为燃料含水率、炉膛初始温度和通风状况;
研究了生物质颗粒燃料的挥发份与含水率对点火特性的影响;研究了不同助燃剂对生物质固体成形燃料点火过程的影响;研究了生物质成型燃料在不同助燃空气温度下的点火过程中污染物(NO,CO)的排放规律。研究了秸秆、木屑生物质燃料在不同条件下的点火温度及其对点火特性的影响。
热风点火是指利用风机将点火丝通电后产生的热量吹入燃烧筒内,加热放置于其中的生物质颗粒燃料,燃料被加热后开始升温,当其温度高于点火温度时,燃料即被点燃。由于其简单可靠,安全高效,控制方式简单,便于实现自动化控制,因此在国外被广泛应用于自动型生物质颗粒燃烧器。
对于点火时间来说,各因素的影响从主到次依次为A、B、C。对点火时间影响最大的是点火丝功率,点火丝功率越大,点火时间越短;风速对点火时间的影响居中,当风速较低时点火时间较短;进料量对点火时间的影响最小,当进料量为300g时点火所需要的时间最短。影响点火时间因素的最佳组合为A3B1C2,即当点火丝功率为394W,风速为2.5m/s,进料量为300g时点火需要的时间最短。另外,由于RA×C>RB×C>RC,说明对点火时间的影响中,A和C的交互作用要大于B和C的交互作用,并且都比C本身要大。
2)各因素对点火时能耗的影响与点火时间的影响相同,从主到次也是A、B、C。影响点火时能量消耗的最佳组合也是A3B1C2,即当点火丝功率为394W,风速为2.5m/s,进料量为300g时点火所消耗的能量最低。由于RB×C>RA×C>RC,说明对点火过程能耗的影响中,B和C的交互作用要大于A和C的交互作用,并且都比C因素要大。
3)对于污染物排放量来说,影响NOx的主次顺序是B、A、C,最佳组合是B1A2C1。因为生物质燃烧装置中生成NOx的反应机理主要是燃料型反应机制,当氧气量充足时,燃料中NH3和HCN主要通过不同的反应步骤转化成NOx,因此NOx的生成与燃烧器的风速关系最大;其次N元素的氧化效率还和温度有关,因此点火丝功率对NOx的影响居次,最后才是进料量;影响SO2的主次顺序是A、C、B,最佳组合是A2C1B3,这是因为SO2的生成与温度关系最大,因此对其影响最大的点火丝功率,其次,因为S元素来自于颗粒燃料当中,因此进料量对其的影响也很大,最后才是风速;影响CO主次顺序为C、A、B,最佳组合是C1A2B3,主要原因是CO是由于燃料不完全燃烧产生的,所以CO与进料量关系最为密切,其次才是点火丝功率,这是由于点火时的温度和CO的生成也有很大关系。
虽然影响3种污染物排放量的主次顺序有所不同,但三者的组合条件基本一致,冠贝机械工程师得出结论最佳的组合为C1A2B3,即当进料量为250g,点火丝功率为352W,风速为3.5m/s时,点火过程中的污染物排放最为理想。
综合以上3组分析结果:影响点火时间和能耗的最佳组合相同,均为A3B1C2,即点火丝功率为394W,风速为2.5m/s,进料量为300g;影响污染物排放量的最佳组合为C1A2B3,即进料量为250g,点火丝功率为352W,风速为3.5m/s。显然,点火时间和能耗2个因素的权重要比污染物排放量大,并且在实际生产应用过程中,点火时间和能耗的重要性也要比污染物排放量更重要。所以,结合上述分析,最佳的热风点火控制条件应当为A3B1C2,即当点火丝功率为394W,风速为2.5m/s,进料量为300g时,点火的综合性能最为理想。
最终结论
 
  1)点火丝功率P与热风点火时间t成反比,当P越高时t越短;P与能耗Q呈下开口抛物线型关系,当P=352W时能耗最高,最高值为Qmax=84339J;P与污染物排放量也呈下开口抛物线型关系,当P=352W时污染物排放量最高,最高值分别为mNOx=93mg、mSO2=118mg、mCO=4055mg。
 
  2)风速V对热风点火过程的影响为:当V<3.0m/s时,对点火过程的影响变化不是很大,当V>3.0m/s时,V越高点火性能就越差,因为此时V与t、Q和污染物排放量之间大致呈正比关系。
 
  3)进料量m对点火的影响也比较显著,其中m对t和Q的影响相同,均呈上开口抛物线型关系,且当m=250~350g之间时效果比较好;m对mNOx、mSO2和mCO的影响都呈波浪上升趋势,在m=200g或300g时效果较为理想,当m>300g时基本呈正比关系。
 
  4)正交试验结果显示,对点火时间t和能耗Q的影响中,P和m的交互作用、V和m的交互作用都比较明显,综合考虑3个指标,最佳的控制条件为A3B1C2,即当P=394W、V=2.5m/s、m=300g时,生物质颗粒燃料热风点火的效果最好。
本次实验的详细数据可登陆:www.guanbeijixie.com冠贝机械官网进行下载

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