Ян Гофэн 1, Ю. Юфанг 2Шэн Куй Чуан1
(1. Школа биотехники и науки о пищевых продуктах, Чжэцзянский университет, Ханчжоу 310058, Китай; 2. Колледж прикладной инженерии, Чжэцзянский бизнес-колледж, Ханчжоу 310053, Китай)
Аннотация: Чтобы исследовать влияние скорости подачи на состав и выбросы загрязняющих веществ в дымовых газах при сжигании гранул биомассы, горелку с гранулами для биомассы 5G-20 / 85-0,23 Остановите 13 секунд, до упора на 15 секунд, на остановку 2s на 17 секунд, на остановку 2s на 19 секунд, на стоп 21s (соответственно 2/13, 2/15, 2/17, 2/19, 2/21), соответствующий средний Дымовой газ CO, O при скоростях подачи 6,9, 6,2, 5,5, 5,0 и 4,5 кг / ч 2И НЕТ xИзменения в содержании, исследование СО и НЕТ xРезультаты показали, что когда скорость подачи уменьшилась с 6,9 кг / ч (2/13) до 5,0 кг / ч (2/19), содержание CO в дымовом газе Постепенно уменьшалось до минимума 66 мг / нм при 5,0 кг / ч 3; НЕТ xИзменение содержания аналогично изменению содержания CO, достигающего минимум 8,8 мг / Нм при скорости подачи 5,0 кг / ч (2/19) 3Содержание CO в дымовом газе колебалось больше всего с временем работы при скорости подачи 6,9 кг / ч (2/13), содержание CO периодически изменялось при разных скоростях подачи, а период флуктуации был в хорошем согласии с периодом кормления , Хотя НЕТ xВ общем, средняя скорость подачи 5,0 кг / ч, то есть подача на остановку 2s 19 секунд, может значительно снизить выбросы загрязняющих веществ.
Формовочное топливо из биомассы изготавливается из опилок, соломы и других сельскохозяйственных и лесных отходов в качестве сырья, использование машин и оборудования, спрессованных в цилиндрические гранулы и сплошную текстуру формованного изделия, может использоваться в качестве промышленных котлов, кухонных плиток, нагревательных печей и сельскохозяйственного отопительного топлива, Благодаря преимуществам небольшого размера, большой плотности энергии, легкой транспортировке и хранению и т. Д. Благодаря внедрению политики развития и использования возобновляемых источников энергии и экономии энергии и сокращения выбросов в Китае производство и продажа топливного топлива из биомассы вступила в промышленную эксплуатацию и широкомасштабное использование Частичное топливо находится в восходящем потоке, и в некоторых районах наблюдается даже нехватка топлива в виде частиц.
В последние годы топливные горелки с топливом для биомассы широко используются в небольших водогрейных котлах, сельскохозяйственных теплицах, отопительных плитах для отопительных и бытовых отопительных печей и т. Д. Однако большинство параметров параметров текущей горелки Более необоснованное место, в результате которого используются выбросы дымовых газов, что ограничивает продвижение его применения. [1]В исследованиях пригодности топлива для топливных гранул биомассы было установлено, что выбросы твердых частиц в горелке обычно варьировались от 98 мг / нм 3Таким образом, дымоход Гринман-чернота - это класс 2. Чжан Сюэмин и др. [2]Изучение характеристик излучения горелок в разных режимах подачи показало, что содержание CO в дымовом газе обычно составляет 800 мг / Нм 3О, НЕТ xСодержание 134 мг / Нм 3Поэтому необходимо изучить взаимосвязь между рабочими параметрами горелки и выбросами загрязняющих веществ, чтобы очистить топливо в виде частиц, поскольку большинство существующих горелок с частицами имеют высокую концентрацию сажи и выброс СО во время использования Стандарты сжигания и сброса обеспечивают научную основу.
Скорость подачи является одним из важных рабочих параметров горелки частиц, которая непосредственно связана с тепловой нагрузкой горелки и выбросом загрязняющих веществ. После оптимизации и обработки горелки структурные параметры, такие как камера сгорания и количество воздухозаборника, были Поэтому разумным регулированием скорости подачи становится ключевым фактором. Если скорость подачи слишком велика, подача кислорода будет недостаточной, а CO, NO xДругие загрязняющие вещества, такие как высокие выбросы, загрязняющие окружающую среду [3]Скорость подачи слишком мала, чтобы не только достичь требуемой тепловой нагрузки, но и из-за чрезмерного забора воздуха, в результате чего время пребывания горючего газа в печи слишком короткое, что приводит к неполному сгоранию, также увеличит выбросы загрязняющих веществ[4].
DIAS и так далее [5]При изучении взаимосвязи между скоростью подачи и содержанием СО было установлено, что содержание СО в дымовых газах постепенно уменьшалось с увеличением скорости подачи от 5 кг / ч до 6 кг / ч при условии постоянного соотношения избыточного воздуха, Кроме того, некоторые ученые обнаружили, что воздух, вводимый в печь, не полностью используется на начальном этапе увеличения скорости подачи, в полной мере используя скорость подачи, поскольку скорость подачи продолжает увеличиваться , Содержание СО начало уменьшаться. Когда скорость подачи превысила определенное критическое значение, в печи произошел сжигание кислорода, а содержание СО снова увеличилось [6-7]Таким образом, существующие исследования в основном фокусируются на влиянии скорости подачи на выбросы CO, тогда как скорость подачи NO xТем не менее, влияние выбросов редко сообщается, а флуктуационные характеристики содержания загрязняющих веществ в дымовых газах с временем работы горелки не ясны. Поэтому в этой статье небольшой котёл с горячей водой, поддерживающий горелку частиц биомассы в качестве объекта, Скорость подачи СО и NO в дымовом газе xТакие, как воздействие содержимого, изучение СО и НЕТ xФлуктуационные характеристики и изменение эмиссии с временем работы горелки обеспечивают теоретическую основу для рационального выбора скорости подачи и уменьшения выбросов частиц биомассы во время процесса горения.
1 материалы и методы
1.1 Испытательные материалы
Топливо для пеллет из биомассы было взято из Чжэцзянского завода по переработке топлива в Цзиньхуа, провинция Чжэцзян, а основным сырьем были остатки древесной переработки китайской ели, сосны и т. Д. Средний диаметр частиц топливного гранул составлял 9,0 мм, а плотность составляла 1200 кг / м 3Компоненты промышленного анализа, элементный состав и теплотворная способность показаны в таблице 1. Из них: Компоненты промышленного анализа были определены в соответствии с «Промышленным аналитическим методом твердого топлива для биомассы» (GB / T 28731-2012), теплотворная способность определялась в соответствии с «Испытание на твердое формование топлива из биомассы» (NY / T 1881.1-2010), содержание C, H и N определяли с помощью элементарного анализа (EA1112, Carlo Erba, Italy), а массовую долю O вычитали из C, H, N, S и основания сушки Содержание золы, полученное путем расчета. Топливо для частиц в помещении в сухом и прохладном месте, запечатанное пластиковыми пакетами, хранящимися до доступа для испытаний.
1.2 испытательная платформа и оборудование
1.2.1 Испытательная платформа для горелки частиц биомассы
На основе горелок, используемых в котле горячей воды 5G-20 / 85-0,23, изготовленном компанией TianNan New Energy Technology Co., Ltd в городе Ланьси, провинция Чжэцзян, наша группа разработала и построила испытательную платформу для горелки частиц биомассы , Главным образом, в печи, системе подачи, контрольно-измерительных приборах и других компонентах, структурной схеме, показанной на рисунке 1. Корпус печи внутри и снаружи, за которым следует изоляция и изоляция слоя печи, печь снизу до верхней части заказа Камера для сбора золы → решетка (воздухозаборник) → камера сгорания → вход для вторичного воздуха → трубы для охлаждающей воды, с использованием осевого параллельного двухвинтового механизма подачи, приборы для регулирования и тестирования объема воздуха: центробежный вентилятор 130FLJ2WYD4-2 Shanghai Xinxing Electromechanical Group Co., Ltd.), интеллектуальный встроенный вихревой расходомер SLDLUGB-DN40 (Nanjing Shun Tat Instrument Co., Ltd.), лабораторное ручное устройство регулирования воздушной заслонки (диаметр трубы 110 мм, длина 1200 мм).
1.2.2 Рабочий поток горелки
Добавьте некоторое количество частиц в бункер, запустите питание и запустите в соответствии с заданной программой, а затем: подача (20 с) → зажигание (4 мин) → зажигание успешно, нормальная работа (задержка подачи) → стабильное сгорание → остановка Продолжайте гореть через 15 минут после того, как механизм подачи корма подает прерывистую подачу (периодическая подача), верхний винт на несколько секунд приостанавливается на несколько секунд для цикла, нижний винт - непрерывный. Использование двухвинтового механизма и зазора в Основная цель материала заключается в том, чтобы эффективно предотвратить сгорание камеры сгорания и сжигать топливо в виде частиц в бункере[8].
1.3 метод испытания
1.3.1 Определение состава дымовых газов
Дым в СО, НЕТ, НЕТ 2, НЕТ xИ O 2Определение содержания: см. «Технические требования и методы испытаний для системы непрерывного мониторинга дымовых газов из стационарных источников источников» (HJ / T 76-2007) и Testo350 анализатор дымовых газов (Testo, Германия). Содержание NOx в этом детекторе НЕТ С НЕТ 2В соответствии с требованиями детектора, после того, как горелка работает стабильно (температура печи почти не изменяется), зонд дымовых газов фиксируется на расстоянии 50 см над корпусом печи, а поперечное сечение дымохода составляет 30-45 °. Перед калибровочным анализатором дымовых газов время обнаружения 5 мин, частота дискретизации 10 с / время, автоматически сохраняет средние, максимальные и минимальные значения каждого состава дымовых газов в течение 10 с.
1.3.2 Настройка скорости подачи
1.3.3 один раз на ветер и второе измерение расхода всасываемого воздуха
Первый и второй впускной воздух, соответственно, предусмотрены двумя центробежными вентиляторами того же типа. Дроссельный клапан для регулировки объема воздуха установлен спереди вентиляционного отверстия вентилятора. Вихревой расходомер устанавливается на переднем конце воздуховыпускного отверстия вентилятора диаметром 15 раз (60 см) для измерения газа Соотношение вторичного воздуха выражается как объем вторичного воздуха / общий объем воздуха, а общий объем воздуха представляет собой сумму объема первичного воздуха и объема вторичного воздуха.
1.3.4. Теоретический объем воздуха для сгорания твердых частиц
1.4 Экспериментальная конструкция
Согласно предварительным результатам испытаний, когда средняя скорость подачи составляет 6,2 кг / ч (при остановке 2 с 15 секунд), сброс загрязняющих веществ находится в относительно разумном диапазоне, поэтому для метода подачи установлено, что он вводит 2 с остановкой 15 с (6,2 кг / ч), объем первичного воздуха, объем вторичного воздуха - 47,2 м 3/ ч, 38,1 м 3/ ч, то есть отношение вторичного воздуха составляет 0,4, а коэффициент избыточного воздуха - 2,5. Результаты показывают, что концентрация СО составляет 193 мг / Нм 3, НЕТ xМассовая концентрация составляет 72 мг / Нм 3, Ниже, чем соответствующие национальные стандарты: что в условиях, когда параметры в относительно разумном диапазоне сохраняют другие параметры без изменений, только увеличивая скорость подачи, выбирают в 4s стоп 15 с (10 кг / ч) в Материалы способа тестирования, результаты показывают, что концентрация СО до 3293 мг / Нм 3, Значительно превосходящие национальные нормы выбросов загрязняющих веществ. Поэтому через клапан регулировки объема воздуха при разных скоростях подачи изменяется количество воздуха для подачи первичного воздуха и вторичного воздуха, чтобы поддерживать коэффициент вторичного воздуха 0,4 и коэффициент избыточного воздуха 2,5 без изменений Градиент изменения подачи зазора в стопорный стопор 2s в стопорный стопор 2s в стопорный стопор 2s в стопорный стопор 2s в стопорный стопор 2s на 2s стоп 21s (2/13, 2/15, 2/17, 2/19, 2 / 21), соответствующие средние скорости подачи составляют 6,9, 6,2, 5,5, 5,0 и 4,5 кг / ч.
2 результата и обсуждение
2.1 CO и O в дымовых газах 2содержание
2.1.1 скорость подачи CO и O в дымовом газе 2Содержание СО в дымовых газах непосредственно отражает условия осаждения и горения летучих веществ, дымовые газы в разных скоростях подачи CO и O 2Содержание, показанное на рисунке 2. Можно видеть, что при снижении скорости подачи концентрация CO в дымовом газе сначала уменьшается, а затем увеличивается, что согласуется с результатами предыдущих исследований [11-13]Похожие.
Содержание СО постепенно снижалось, когда метод подачи был изменен между 2/13 и 2/19: это означало улучшение условий горения в печи, а сжигание было более полным с уменьшением средней скорости подачи, что в основном объяснялось отношением избыточного воздуха и Доля вторичного воздуха остается неизменной, уменьшение скорости подачи увеличивает удар в O 2Время смешивания с летучими веществами позволяет двум быть более полностью смешанными [14]Когда метод подачи был изменен с 2/17 до 2/19, СО составлял 146 мг / нм 3Непосредственно до 66 мг / Нм 3, Что на 55% меньше: это указывает на значительное снижение содержания СО, выделяемого во время этого изменения, и более полную улетучивание сжигания. Содержание СО увеличивалось в 2 раза или более при скорости подачи 2/21 с максимальным ( 205 мг / Нм 3) Это связано с тем, что после того, как скорость подачи продолжает уменьшаться, слой твердых частиц над решеткой подвергается «ожоговому» явлению, т. Е. «Утечка ветра» происходит через первичный ветер, поступающий под решеткой, и время пребывания воздуха, поступающего в очаг, уменьшается , Часть CO, образующаяся при пиролизе частиц, слишком поздно с входным воздухом O 2Смешанное горение и выход из верхнего выхода топочного газа печи, что приводит к значительному увеличению содержания СО в дымовых газах.
Когда скорость подачи уменьшается, дымовой газ O 2Сначала содержимое увеличилось, а затем уменьшилось, достигнув максимального значения (около 16%), когда метод подачи составлял 2/19. При разных скоростях подачи O 2Что может быть связано с механизмом подачи с использованием шнековой подачи и камеры сгорания фиксированной решетки (решетки): топливо в виде частиц подается неравномерно к решетке с помощью винта, в печи имеются частицы Явление, что верхняя часть сетки находится близко к стороне входа материала, а другая часть - отсутствие частиц и создает «утечку воздуха» в разной степени с небольшим сопротивлением воздуху, приводит к попаданию первичного воздуха в печь непосредственно в печь через зазор на боковой сетке и делает поток воздуха Ускорьте, так что дымовой газ O 2Высокий контент.
2.1.2 Содержание СО в флуоресценции дымовых газов
Изменение содержания СО в течение времени может напрямую отражать стабильность условий горения в печи. Рисунок 3 для разных скоростей подачи СО в дымовых газах с изменением времени работы, из которого мы можем видеть: способ подачи составляет 2/13, CO Изменение содержания с течением времени является самым большим, что показывает, что состояние горения в печи сильно колеблется в этом рабочем состоянии. Когда время испытания достигает 80 с, появляется значительный пик, который может состоять в том, что накопление частиц в печи достигает максимума в это время. CO, образующийся при неполном сгорании, резко увеличился, затем скорость ускорения, скорость подачи и скорость горения достигли нового равновесия, а флуктуация содержания СО уменьшилась. Кривая содержания СО во времени шла от примерно пика до пика около 15 с, Значение и минимум появляются соответственно в конце подачи и в конце паузы, в основном в соответствии с циклом подачи. В других способах подачи, хотя содержание CO в дымовом газе колеблется с небольшим отрывом, оно также периодически изменяется, И с соответствующим периодом кормления совпадают. Таким образом, в режиме прерывистой подачи время кормления не может быть слишком большим, иначе это приведет к увеличению накопления частиц, неполному сгоранию, выбросам загрязняющих веществ СО Высокий.
2,2 дымовых газов NO, NO 2И НЕТ xсодержание
2.2.1 скорость подачи дымовых газов NO, NO 2И НЕТ xВлияние контента
Рисунок 4 для скорости подачи NO, NO 2И НЕТ xСодержание, из которого видно, NO, NO 2С НЕТ xИзменение содержания в основном аналогично. С уменьшением скорости подачи NO в дымовых газах xСодержание показало тенденцию к уменьшению, а затем увеличению: максимальное значение появилось, когда метод подачи составлял 2/13 (78 мг / Нм 3), Достигая минимума при 2/19 (8,8 мг / Нм) 3). Соответственно, температура нижней части печи, обнаруженная датчиком термопары, достигла максимального значения 758 ° C, когда метод подачи составлял 2/21, NO xОчевидно, что содержание увеличилось, соответственно, температура в нижней части очага снизилась до 375 ℃, что указывает на то, что повышение температуры в определенном температурном диапазоне благоприятно для ингибирования NO xИз производства и сокращения выбросов. В условиях исследования частицы биомассы не горели в воздухе N 2НЕТ xТемпература конверсии (1300 ℃ выше), в основном не вызывает теплового NO x[15-16]Из-за низкого содержания N в древесных частиц NO xВ основном из-за окисления N в топливе, поэтому при разных скоростях подачи дымовой газ NO xСодержание низкое. Из рисунка 2 и 4 видно, что при снижении скорости подачи дымовой газ NO xИзменение содержимого похоже на тренд изменения CO, показывающий изменение после уменьшения сначала, а затем увеличение[17-18].
2.2.2 дымоход NO xКолебание контента
НЕТ в дымовых газах при разных скоростях подачи xКолебания содержимого со временем, как показано на рисунке 5. Это видно из: NO xНет периодических изменений. Когда метод подачи составляет 2/19 и 2/17, NO xСодержание колеблется незначительно с течением времени с относительно большими колебаниями со временем, когда способы подачи 2/15 и 2/13, возможно, из-за скопления частиц в печи в определенный момент, когда скорость подачи увеличивается, Превращаясь в нестабильные условия горения, способствовало NO xИзменение концентрации производства и выбросов. Как упоминалось ранее, NO xОсновным источником сырья является конверсия N, следовательно, скорость подачи и сырье N в NO xПреобразование тесно связано, т. Е. Чем выше скорость подачи, в печь будет больше сырья N элемента [19-20]Можно видеть, что скорость подачи не только влияет на NO в дымовых газах xКонтент, но также влияет на волатильность.
3 Заключение
3.1 Скорость подачи оказывает значительное влияние на содержание СО в дымовых газах, причем выброс СО является наименьшим при скорости подачи 2/19 (средняя скорость подачи 5,0 кг / ч) при скорости подачи 2/13 (средняя подача Скорость 6,9 кг / ч), максимальный выброс CO, наибольшие колебания. Содержание СО в циклических изменениях дымового газа в цикле и цикле подачи в основном согласовано. Пакетная подача может быть гарантирована в требованиях к тепловой нагрузке условий В условиях испытаний выбор метода подачи 2/19 (в 2 с, останов 19) является более разумным.
3.2 при разных скоростях подачи NO xИзменение тенденции содержания согласуется с тенденцией к СО. Когда метод подачи составляет 2/19 (средняя скорость подачи составляет 5,0 кг / ч), NO xМинимальное содержание 8,8 мг / Нм 3, Максимальное значение 78 мг / Нм появляется, когда метод подачи составляет 2/13 (средняя скорость подачи составляет 6,9 кг / ч) 3НЕТ при разных скоростях подачи xНикаких периодических изменений не было. Когда метод подачи составлял 2/19 и 2/17, NO xВолатильность с течением времени мала.
3.3 СО и NO в дымовых газах при разных скоростях подачи xИзменения содержания более согласованы. Влияние скорости подачи на выброс CO больше, чем у NO xВоздействие выбросов.
Список литературы (ссылки):
Ван Юэцяо, Тянь Ишуи, Хоу Шулин и др. Тест на адаптивность топлива для горелок для частиц биомассы. Журнал сельскохозяйственной инженерии, 2014, 30 (7): 197-205.
«2» Чжан Сюэмин, Чжан Юнлян, Яо Цзонглу и др. Влияние различных подающих горелок на характеристики выбросов частиц топлива из биомассы. Журнал сельскохозяйственной инженерии, 2014, 30 (12): 200-207.
«3'MORÁN J, GRANADA E, MÍGUEZ J L и др. Использование серого реляционного анализа для оценки и оптимизации небольших котлов с биомассой. Технология переработки топлива, 2006, 87 (2): 123-127.
«4'PORTEIRO J, COLLAZO J, PATIÑO D, и др. Численное моделирование внутреннего котла с биомассой. Энергия и топливо, 2009, 23 (2): 1067-1075.
'5'DIAS J, COSTA M, AZEVEDO J L T. Испытание небольшого внутреннего котла с использованием разных гранул. Биомасса и биоэнергетика, 2004, 27 (6): 531-539.
«6'QIU G Q. Тестирование выбросов дымовых газов котла с биомассой и снижения выбросов частиц. Возобновляемая энергия, 2013, 50: 94-102.
'7'CARDOZO E, ERLICH C, ALEJO L и др. Сгорание сельскохозяйственных остатков: экспериментальное исследование для мелкомасштабных применений. Топливо, 2014, 115: 778-787.
Пакет «8» должен быть временем, Ян Гофэн, Хонг Йицян и др. Технология антивозбуждения кормовых печей для биомассы. Сельскохозяйственная техника, 2015, 5 (5): 49-53.
«9» LIU Jianyu, ZHAI Guoxun, CHEN Rongyao. Анализ характеристик прямого сжигания топлива из биомассы. Журнал Северо-Восточного сельскохозяйственного университета, 2001, 32 (3): 290-294.
«10» Ли Синьхуа. Оптимальная конструкция топливных горелок для топливных гранул. Пекин: Пекинский технологический университет, 2011: 13-15.
«11'WAHLUND B, YAN J, WESTERMARK M. Увеличение использования биомассы в энергетических системах: сравнительное исследование сокращения CO2 и затрат на различные варианты переработки биоэнергии. Биомасса и биоэнергетика, 2004, 26 (6): 531-544.
«12» WIKIKA H, GEBART R. Влияние скорости распределения воздуха на выбросы частиц при сжигании сжигания сжигания в неподвижном слое. Наука и технология горения, 2005, 177 (9): 1747-1766.
«13'VAN DER STELT M J C, GERHAUSER H, KIEL J H A и др. Модернизация биомассы путем торрефации для производства биотоплива: обзор. Биомасса и биоэнергетика, 2011, 35 (9): 3748-3762.
'14'ROY M M, DUTTA A, CORSCADDEN K. Экспериментальное исследование горения и выбросов пеллет из биомассы в прототипе пеллетной печи. Applied Energy, 2013, 108: 298-307.
'15'REN Q Q, ZHAO C. S. Эволюция топлива-N в газовой фазе при пиролизе биомассы. Обзор возобновляемой и устойчивой энергетики, 2015, 50: 408-418.
'16'HOUSHFAR E, SKREIBERG Ø, LØVÅS T, et al. Влияние избыточного соотношения воздуха и температуры на выброс NO x при сжигании горючего биомассы в сценарии сжигания сжигаемого воздуха. Энергия и топливо, 2011, 25 (10): 4643-4654.
'17'LIMOUSY L, JEGUIRIM M, DUTOURNIÉ P, et al. Газообразные продукты и выбросы твердых частиц в котлах с биомассой, сжигаемые гранулами отработанного кофе. Топливо, 2013, 107: 323-329.
«18» STUBENBERGER G, SCHARLER R, ZAHIROVIĆ S и др. Экспериментальное исследование высвобождения видов азота из различных видов топлива с твердой биомассой в качестве основы для моделей выпуска. Топливо, 2008, 87 (6): 793-806.
'19'GONZÁLEZ J F, LEDESMA B, ALKASSIR A, et al. Изучение влияния состава нескольких гранул биомассы на процесс сушки. Биомасса и биоэнергетика, 2011, 35 (10): 4399-4406.
'20'LIU H, CHANEY J, LI J X, et al. Контроль выбросов NO x внутреннего / мелкомасштабного котла для пеллет из биомассы путем подачи воздуха. Топливо, 2013, 103 (1): 792-798.