生物質為可再生的清潔能源，是我國農(nóng)村及小城鎮(zhèn)使用的主要能源之一，目前許多地方仍然采用傳統(tǒng)的直接燃燒方式，燃燒效率低，而且還會造成環(huán)境的污染和能源的浪費。為提高生物質的燃燒效率，當前我國主要從兩個方面進行改進和研究，一是生物質顆粒成型技術的研究和應用，二是各類生物質燃燒鍋爐的研究和應用。龍山順天生物質能源有限公司研制的小型生物質常壓熱水鍋爐，其采用生物質顆粒為燃料，經(jīng)一系列的技術改進后使用安全可靠，燃燒效率高，煙氣排放污染物濃度低，達到國家相關標準。

    1鍋爐設計與制造

    1.1鍋爐結構及工作原理

    鍋爐總體由鍋爐主體部分、預熱除塵部分、生物質燃料儲存及輸送部分三部分組成，鍋爐主體部分和預熱除塵部分的主體結構均為內(nèi)外兩層爐壁結構，中間為水存儲空間。

    鍋爐工作原理如下：

    (1)水系統(tǒng)。冷水首先接入預熱及除塵器內(nèi)進行預熱，預熱后的水存儲于預熱器內(nèi)，用水泵抽入鍋爐內(nèi)進行加熱，水泵的啟動及停止可根據(jù)鍋爐內(nèi)的水位采用自動控制，當水位低于設計低水位時，水泵開啟，當水位高于設計高水位時，水泵關閉。鍋爐內(nèi)的水通過爐壁下部進入，爐內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱量經(jīng)爐壁和橫水管傳遞給水，水加熱至所需溫度后從鍋爐頂部輸出。

    (2)燃燒系統(tǒng)。生物質成型燃料經(jīng)螺旋給料器送入鍋爐燃燒室，空氣由鼓風機吹入燃燒室，燃燒后產(chǎn)生的煙氣上升與爐內(nèi)橫水管、爐壁換熱，從上部排煙口進入到預熱除塵器內(nèi)。

    (3)煙氣除塵系統(tǒng)。煙氣從鍋爐上部排煙口進入預熱除塵器內(nèi)后，煙氣首先從上到下流動與除塵器內(nèi)壁等進行換熱，煙氣的溫度下降，流速下降，煙氣中的灰塵等下落到水池中。煙氣經(jīng)下部的水封除塵后變?yōu)橛上孪蛏狭鲃?，由抽風機抽出排放到大氣中。

    1.2鍋爐爐排及爐膛尺寸

    爐排和爐膛尺寸均為鍋爐設計的重要參數(shù)，其將直接影響鍋爐的供熱及燃燒情況，因此是鍋爐設計與制造首先要確定的參數(shù)。根據(jù)鍋爐設計計算原理，首先需選取合適的爐排面積熱負荷和爐膛容積熱負荷。

    1.3鍋爐送風系統(tǒng)

    生物質成型燃料由于本身成分的復雜性，其燃燒過程也很復雜，主要分為四個燃燒階段：①預熱和干燥階段、②揮發(fā)分析出及木炭形成階段、③揮發(fā)分燃燒階段、④固定炭燃燒階段。生物質成型燃料經(jīng)擠壓后密度增大，揮發(fā)析出速度減緩，在350℃不完全燃燒過程中大量析出，同時生物質燃料燃燒后所產(chǎn)生的灰熔點較低，溫度過高則容易結渣。根據(jù)上述特點，在設計送風系統(tǒng)時，應使底部燃料燃燒區(qū)為低溫厭氧燃燒，使燃料中揮發(fā)分析出，燃燒所產(chǎn)生的灰不結渣，析出的揮發(fā)分再充分燃燒。

    根據(jù)生物質燃料的燃燒特性，本鍋爐采用兩次送風設計。根據(jù)國內(nèi)相關研究，中小型鍋爐的空氣過量系數(shù)一般大于1.5[2－3]，本鍋爐的空氣過量系數(shù)根據(jù)理論計算和試驗結果取2，一次送風和二次送風比值為3.5∶6.5，二次送風采用多點環(huán)形送風系統(tǒng)，風口呈一定角度向上傾斜，確保各風口出風在燃燒室中央形成負壓，將生物質燃燒產(chǎn)生的揮發(fā)成分向上提升，揮發(fā)分充分燃燒，使燃燒的高溫部分離開生物質燃料及其燃燒后所產(chǎn)生的灰分，避免灰分過熱而結渣。