Yang Guofeng 1, Yu Youfang 2Sheng Kui Chuan1
(1. Escuela de Ingeniería de Biosistemas y Ciencias de los Alimentos, Universidad de Zhejiang, Hangzhou 310058, China; 2. Facultad de Ingeniería Aplicada, Universidad de Negocios de Zhejiang, Hangzhou 310053, China)
Resumen: A fin de investigar el efecto de la tasa de alimentación sobre la composición y la emisión de contaminantes de los gases de combustión durante la combustión de pellets de biomasa, un quemador de pellets de biomasa 5G-20 / 85-0.23 Detener 13s, en los 2s detener 15s, en los 2s parar 17s, en los 2s parar 19s, en los 2s parar 21s (respectivamente 2/13, 2/15, 2/17, 2/19, 2/21 dijo), el promedio correspondiente Gas de combustión CO, O a velocidades de alimentación de 6.9, 6.2, 5.5, 5.0 y 4.5 kg / h 2Y NO xCambios en el contenido, examine el CO y NO xLos resultados mostraron que cuando la velocidad de alimentación disminuyó de 6.9 kg / h (2/13) a 5.0 kg / h (2/19), el contenido de CO en el gas de combustión Disminuido gradualmente a un mínimo de 66 mg / Nm a 5.0 kg / h 3NO xEl cambio en el contenido es similar al del CO, que alcanza un mínimo de 8.8 mg / Nm a una velocidad de alimentación de 5.0 kg / h (2/19) 3El contenido de CO en los gases de combustión fluctuó más con el tiempo de funcionamiento a una velocidad de alimentación de 6,9 kg / h (2/13); el contenido de CO fluctuó periódicamente a diferentes velocidades de alimentación, y el período de fluctuación estuvo de acuerdo con el período de alimentación , Mientras NO xEn general, la velocidad promedio de alimentación de 5.0 kg / h, es decir, la alimentación en los 2s stop 19s puede reducir significativamente las emisiones contaminantes.
partículas de combustible de biomasa están moldeados de madera, paja y otros desechos agrícolas y forestales como materias primas, el uso de equipo mecánico y se comprime en una textura gránulo cilíndrico artículo moldeado sólido se puede utilizar como calderas industriales, hornos de cocina, combustible para calefacción horno de calentamiento agrícola y doméstico, pequeño tamaño, alta densidad de energía, facilidad de transporte y almacenamiento ventajas. con la realización de desarrollo de energías renovables y las políticas de conservación de energía, la producción y venta de combustible de pellets de biomasa ha entrado en la etapa de operación comercial, el uso a gran escala de prima pastillas de combustible en ascenso, en algunas áreas, incluso pellets situación de escasez de combustible.
En los últimos años, el quemador de biomasa pastilla de combustible ha sido ampliamente utilizado en el campo de la pequeña caldera de agua caliente, calefacción estufa de agricultura de invernadero y de la acuicultura instalaciones, hogar horno de calentamiento, etc. Sin embargo, la mayor parte de la condición actual de los parámetros de los quemadores que existen y más razonable, lo que resulta en una gran cantidad de contaminantes en las emisiones de gases de combustión durante el uso, lo que limita su aplicación. Wang Qiao meses, etc. [1]La adaptabilidad de las partículas de biomasa que se encuentran en el combustible, el quemador es generalmente 98 mg de emisión de materia particulada / Nm 3Entonces, la negrura de Greenman del gas de combustión es grado 2. Zhang Xuemin y otros [2]Quemadores en las características de emisión del proceso de combustión que se encuentran en diferentes métodos de alimentación, el contenido de gas de combustión CO es típicamente de 800 mg / Nm 3Acerca de, NO xEl contenido de 134mg / Nm 3Acerca visto, la mayoría de las partículas existentes en el quemador durante su uso y la concentración de polvo es valores de emisión alta de CO, por lo tanto, es necesario estudiar la relación entre los parámetros y las condiciones de funcionamiento de cámaras de combustión de emisiones, a fin de limpiar el combustible particulado Estándares de combustión y descarga para proporcionar una base científica.
Avance es uno de los parámetros importantes de la condición de partículas del quemador, el quemador está directamente relacionado con las emisiones de carga de calor y contaminantes. Diseño y la estructura de los quemadores parámetros de configuración de procesamiento, cámara de combustión y la cantidad de aire de admisión se habían optimizado de configuración, etc. Aceptar, por lo que la velocidad de alimentación de regulación racional se ha convertido en un factor clave. la velocidad de avance sobre la Asamblea general lo que resulta en falta de oxígeno, gases de combustión de CO, NO xOtros contaminantes como las altas emisiones, que contaminan el medio ambiente [3]La velocidad de alimentación es demasiado pequeña, no solo alcanza la carga de calor requerida, sino también debido a la entrada de aire excesiva, lo que provoca que el tiempo de permanencia del gas combustible en el horno sea demasiado corto, causando una combustión incompleta, también aumentará las emisiones contaminantes[4].
DIAS y así sucesivamente [5]En el estudio de la relación entre velocidad de alimentación y contenido de CO, se encontró que el contenido de CO en los gases de combustión disminuía gradualmente con el aumento de la velocidad de alimentación de 5 kg / ha 6 kg / h bajo la condición de relación de aire en exceso constante, Además, algunos expertos han descubierto que el aire introducido en el horno no se utiliza por completo en la etapa inicial del aumento de la velocidad de alimentación, aprovechando al máximo la velocidad de alimentación a medida que la velocidad de alimentación continúa aumentando , El contenido de CO comenzó a disminuir. Cuando la velocidad de alimentación excedió un cierto valor crítico, la combustión de oxígeno ocurrió en el horno y el contenido de CO aumentó nuevamente [6-7]En resumen, los estudios existentes se centran principalmente en el impacto de la velocidad de alimentación en las emisiones de CO, mientras que la velocidad de alimentación de NO xlas emisiones de influencia, pero rara vez se informó, y los niveles de contaminantes en los gases de combustión con las características de volatilidad del tiempo de funcionamiento del quemador no está claro. Por lo tanto, este trabajo en una pequeña caldera de agua caliente apoyo quemadores de pellets de biomasa como un objeto, la investigación de combustible de pellets Velocidad de alimentación de CO y NO en el gas de combustión xComo el impacto del contenido, examine el CO y NO xLas características de fluctuación y la variación de la emisión con el tiempo de operación del quemador proporcionan una base teórica para seleccionar racionalmente la velocidad de alimentación y reducir la emisión de partículas de biomasa durante el proceso de combustión.
1 materiales y métodos
1.1 Materiales de prueba
partículas de combustible de biomasa a partir del combustible plantas Jinhua Zhejiang Jianghong Yong, la principal materia prima de abeto, residuos de procesamiento de madera de pino. El diámetro medio de las partículas del combustible es 9,0 mm, una densidad de 1200 kg / m 3; Su análisis de componentes industrial, composición elemental y el valor calorífico se muestran en la Tabla 1. en donde: componente de análisis de "análisis de la industria de combustible de biomasa sólida" (GB / T 28731-2012) medido según; el valor de calentamiento es "biomasa Prueba de combustible sólido método "(NY / T 1881,1 hasta 2.010) de ensayo; encontraron contenidos C, H y N utilizando el analizador elemental (EA1112, CarloErba, Italia), el elemento O 100 menos la fracción de masa de C, H, N, S, y el grupo de secado Contenido de cenizas obtenido por cálculo Partículas de combustible en el lugar interior seco y fresco sellado con bolsas de plástico almacenadas hasta el acceso de prueba.
1.2 plataforma de prueba y equipo
1.2.1 plataforma de prueba del quemador de partículas de biomasa
5G-20/85 a 0,23 Tipo de pellets de biomasa caldera de agua caliente con Lanxi ciudad, campos agrícolas Provincia de Zhejiang New Energy Technology Co. fabrica utilizando un quemador, con base en el grupo de investigación diseñado y construido para la plataforma de prueba quemador de pellets de biomasa , principalmente por el horno, el sistema de alimentación, los instrumentos de regulación y de prueba, cuya estructura se muestra en la Fig. 1. desde el horno interior y una capa de aislamiento térmico exterior y seguido por aislamiento del horno, desde la parte inferior a la parte superior del horno es sucesivamente → rejilla ceniza cámara de recogida (primera entrada) → → la entrada secundaria de aire de combustión → tubo de refrigeración y similares; mecanismo de alimentación de doble tornillo axialmente paralelo; control de volumen de aire y la instrumentación son principalmente: 130FLJ2WYD4-2 ventilador centrífugo ( emergente Shanghai eléctricos Group Limited), SLDLUGB-DN40 inteligente caudalímetro de vórtice integrado (a Nanjing-up instrumento Co., Ltd.), hizo volumen laboratorio manual de la válvula de mariposa de aire medios de ajuste (diámetro de la tubería de 110 mm, longitud de 1200 mm).
1.2.2 flujo de trabajo del quemador
La cantidad añadida de partículas en la tolva, a su vez la alimentación de funcionamiento de acuerdo con programas predeterminados, como sigue: de alimentación (20S) → encendido (4 min) → encendido con éxito, la operación normal (brecha de alimentación) → estabilización → parada en combustión era de esperar, siguió ardiendo después del final de la 15min. mecanismo de alimentación intermitente de alimentación (período de alimentación) el tipo de alimentación, es decir, la pausa trabajo de la prensa de tornillo para unos pocos segundos para un período de unos pocos segundos, el funcionamiento continuo de un tornillo. mecanismo de doble alimentador de tornillo a la brecha El objetivo principal del material es evitar de manera efectiva que la cámara de combustión atempere y queme nuevamente el combustible particulado en el silo[8].
1.3 método de prueba
1.3.1 Determinación de la composición del gas de combustión
Humo en el CO, NO, NO 2NO xY O 2detección de contenido: Referencia "emisiones de fuentes fijas de combustión del sistema de supervisión de gas requisitos técnicos y métodos de ensayo" (HJ / T 76-2007), completas con el analizador de gas Testo350 (un Testo, Alemania) el contenido de NOx del detector de NO. Con NO 2Sum. Los requisitos del detector, hasta que el quemador es estable (la temperatura del horno casi constante), la distancia de la sonda de gases de combustión 50cm fija por encima del horno, y la sección transversal de la chimenea 30 ~ 45 ° en las esquinas. Medición Antes del analizador de gases de combustión de calibración, el tiempo de detección 5min, frecuencia de muestreo 10s / time, guarda automáticamente los valores promedio, máximo y mínimo de cada composición de gas de combustión dentro de 10s.
1.3.2 configuración de velocidad de alimentación
1.3.3 una vez en el viento y la segunda medición de flujo de aire de admisión
Una entrada de aire secundario se proporcionan por el ventilador centrífugo 2 del mismo tipo, el extremo delantero del ventilador de entrada del regulador de caudal de aire instalado válvula de mariposa, el extremo delantero de la salida del ventilador 15 veces el diámetro (60 cm) en el caudalímetro de vórtice de montaje para medir el gas La relación de aire secundario se expresa como el volumen de aire secundario / volumen de aire total, y el volumen de aire total es la suma del volumen de aire primario y el volumen de aire secundario.
1.3.4 volumen teórico de combustión de combustible particulado
1.4 Diseño experimental
Los resultados de las pruebas preliminares pre, cuando la velocidad de avance promedio de 6,2 kg / h (2s en los 15s parada), relativamente emisiones está dentro de un rango razonable, de manera que el modo de alimentación se pone en 2s detienen 15s (6,2 kg / h), volumen de aire primario, volumen de aire secundario fueron 47.2m 3/ h, 38.1m 3/ h, es decir, la relación del aire secundario es 0.4 y el coeficiente de exceso de aire es 2.5. Los resultados muestran que la concentración de CO es 193 mg / Nm 3NO xLa concentración de masa es 72 mg / Nm 3, Inferior a las normas nacionales: Descripción de los parámetros de esta condición está dentro de un rango relativamente razonable manteniendo constante otros parámetros, el aumento de solamente la velocidad de alimentación, en los 15s 4s de parada seleccionadas (10 kg / h) de alimentación. Materiales de forma de prueba, los resultados muestran que la concentración de CO de hasta 3293 mg / Nm 3, Mucho más que los contaminantes normas de emisión nacional relacionados. Por lo tanto, a diferentes velocidades de alimentación a través de la válvula de control de flujo de aire, aire primario y aire secundario para cambiar la cantidad de admisión de aire, para mantener la relación del aire secundario y el coeficiente de exceso de aire 0,4 2,5 sin cambios, seleccionar un intersticio de alimentación en los 13s de parada gradación de 2s, 2s en los 15s de parada, 2s detienen en 17S, 19S en los 2s de parada, alimentación 2s detener 21S (respectivamente 2/13, 2/15, 2/17, 2/19, 2 / 21), las tasas de alimentación promedio correspondientes son 6.9, 6.2, 5.5, 5.0 y 4.5 kg / h.
2 resultados y discusión
2.1 CO y O en los gases de combustión 2Contenido
2.1.1 velocidad de alimentación de CO y O en el gas de combustión 2El contenido del contenido de CO en el gas de combustión refleja directamente la precipitación volátil y las condiciones de combustión, el gas de combustión en diferentes velocidades de alimentación de CO y O 2El contenido se muestra en la Figura 2. Se puede observar que, a medida que disminuye la velocidad de alimentación, la concentración de CO en el gas de combustión primero disminuye y luego aumenta, lo cual es consistente con los resultados de estudios previos. [11-13]Similar.
En el método de alimentación varía entre 2/19 2/13 ~ contenido de CO disminuyó: Descripción disminuye la velocidad de alimentación media, las condiciones de combustión en el horno se mejora, más plenamente de combustión principalmente debido a la proporción de aire en exceso y La proporción del aire secundario permanece igual, la disminución de la velocidad de alimentación aumenta el golpe en O 2El tiempo de mezcla con los volátiles permite que los dos estén más completamente mezclados [14]Cuando el método de alimentación se cambió del 2/17 al 2/19, el CO fue de 146 mg / Nm 3Directamente hasta 66 mg / Nm 3, Una disminución del 55%: indica una reducción significativa en el contenido de CO liberado durante este cambio y una volatilización más completa de la combustión. El contenido de CO aumentó 2 veces o más a 2/21 velocidades de alimentación, 205 mg / Nm 3). Esto es porque la velocidad de alimentación continúa disminuyendo, las partículas de combustible por encima de la capa de rejilla existe fenómeno de "quemar a través", es decir, pasa debajo de la rejilla en el aire primario se produce fenómeno de 'fuga', se acorta el aire que entra en el tiempo de residencia horno , Parte del CO generado por pirólisis de partículas de distancia, demasiado tarde con el aire de entrada O 2Combinación de combustión y salida de la salida superior del gas de combustión del horno, lo que resulta en un aumento significativo del contenido de CO en el gas de combustión.
A medida que disminuye la velocidad de alimentación, el gas de combustión O 2El contenido aumentó primero y luego disminuyó, alcanzando el valor máximo (aproximadamente 16%) cuando el método de alimentación era 2/19. A diferentes velocidades de alimentación, O 2mayor contenido de ocurre fenómeno, que puede estar asociado con la cámara de combustión mediante un mecanismo de tornillo de alimentación y la alimentación de la rejilla fija (rejilla): el combustible en pastillas se suministra a un tornillo superior de la rejilla de distribución desigual, las partículas están presentes en un horno por encima de la puerta de apilado cerca del lado de entrada del fenómeno, la falta de las partículas en el otro lado para producir diferentes grados de 'fugas', la resistencia del aire pequeño, que conduce a la del aire primario en el horno a través de una hendidura en el lado de la rejilla y directamente en la corriente de gas del horno Acelerar, para que el gas de combustión O 2Alto contenido
2.1.2 Contenido de CO en las fluctuaciones de los gases de combustión
cambios en el contenido de CO con el tiempo pueden reflejan directamente la estabilidad del estado de combustión en el horno de la figura 3 es un cambio a diferentes velocidades de alimentación de contenido de gas de combustión CO de los cuales se puede ver con el tiempo de ejecución:. el modo de alimentación es 2/13 cuando, CO más contenido volátil varía con el tiempo, lo que indica que las condiciones de combustión en el horno de esta condición fluctuaciones en el tiempo de prueba a los años 80, se produjo un pico claro, la cantidad de las partículas puede ser depositado en este momento en el horno alcanza el máximo, ya CO producido por la combustión incompleta de un aumento repentino, seguido por la velocidad, la velocidad de alimentación y la tasa de combustión quema ha alcanzado un nuevo equilibrio, el contenido de CO se reduce la volatilidad; CO contenido en función del tiempo de pico a valle continuó durante aproximadamente 15 s, el máximo valor y el valor mínimo y el tope final, la alimentación al final del período sustancialmente partido apareció la alimentación. Aunque el contenido de CO del gas de combustión menos fluctuaciones en la alimentación de varias otras maneras, pero la variación sustancialmente periódica, y ciclo de alimentación correspondiente coinciden. por lo tanto, el modo de alimentación intermitente, el tiempo de alimentación no es demasiado largo, de lo contrario resultará en una mayor cantidad de acumulación de gránulos, la combustión incompleta, las emisiones de CO Alta.
2.2 humos NO, NO 2Y NO xContenido
2.2.1 velocidad de alimentación del gas de combustión NO, NO 2Y NO xEfecto del contenido
Figura 4 para la velocidad de alimentación de NO, NO 2Y NO xEl contenido se puede ver desde donde, NO, NO 2Con NO xEl cambio de contenido es básicamente similar. Con la disminución de la velocidad de alimentación, el NO en los gases de combustión xtendencia contenido que muestra aumentó primero y luego disminuyó: modo de alimentación es 2/13, el máximo se produce (78 mg / Nm 3), Alcanzando el mínimo a 2/19 (8.8 mg / Nm) 3), Respectivamente, una temperatura de horno inferior detectada por el sensor termopar alcanza un máximo 758 ℃; cuando el modo de alimentación es 2/21 cuando, NO xContenido se incrementó significativamente, de manera correspondiente, la parte inferior de la temperatura del horno se disminuyó a 375 ℃. Descrito en un cierto intervalo de temperatura, el aumento de temperatura es propicio para la inhibición de NO xDe la producción y reducir las emisiones. En las condiciones de estudio, las partículas de biomasa no se quemaron en el aire N 2A NO xLa temperatura de conversión (1300 ℃ arriba), básicamente no produce NO térmico x[15-16]Debido al bajo contenido de N en partículas de madera, NO xPrincipalmente de la oxidación de N en el combustible, por lo que a diferentes velocidades de alimentación, gases de combustión NO xEl contenido es bajo. De la figura 2 y la figura 4 se puede ver, con la velocidad de alimentación disminuida, el gas de combustión NO xEl cambio de contenido es similar a la tendencia de cambio de CO, que muestra el cambio después de disminuir en primer lugar y luego aumentar[17-18].
2.2.2 gas de combustión NO xFluctuación del contenido
NO en los gases de combustión a diferentes velocidades de alimentación xFluctuaciones de contenido en el tiempo como se muestra en la Figura 5. Se puede ver desde, NO xNo hay cambios periódicos. Cuando el método de alimentación es 2/19 y 2/17, NO xEl contenido fluctúa poco con el tiempo, con una fluctuación relativamente grande con el tiempo cuando los métodos de alimentación son 2/15 y 2/13, posiblemente debido a la acumulación de partículas en el horno en un cierto momento a medida que aumenta la velocidad de alimentación, Llevando a condiciones de combustión inestables, promovió NO xLa concentración de producción y emisión cambia. Como se mencionó anteriormente, NO xLa principal fuente de materias primas es la conversión de N, por lo tanto, la velocidad de alimentación y la materia prima de N a NO xLa conversión está estrechamente relacionada, es decir, cuanto mayor sea la velocidad de alimentación, habrá más materia prima del elemento N en el horno. [19-20]Se puede ver que la velocidad de alimentación no solo afecta al NO en los gases de combustión xContenido, pero también afecta la volatilidad.
3 Conclusión
3.1 La velocidad de alimentación tiene un efecto significativo en el contenido de CO en los gases de combustión, siendo la emisión de CO la más pequeña a una velocidad de alimentación de 2/19 (velocidad de alimentación promedio de 5.0 kg / h) con una velocidad de alimentación de 2/13 (alimentación promedio La tasa de 6.9 kg / h), las emisiones de CO máximas, las mayores fluctuaciones, el contenido de CO de los gases de combustión, los cambios cíclicos en el ciclo y el ciclo de alimentación básicamente consistentes. La alimentación por lotes puede garantizarse en los requisitos de carga de calor de las condiciones Bajo las condiciones de prueba, la elección del método de alimentación 2/19 (en 2s, parada 19s) es más razonable.
3.2 a diferentes velocidades de avance NO xLa tendencia cambiante del contenido es consistente con la de CO. Cuando el método de alimentación es 2/19 (la velocidad promedio de alimentación es de 5.0 kg / h), NO xEl contenido mínimo de 8.8 mg / Nm 3, El valor máximo de 78 mg / Nm aparece cuando el método de alimentación es 2/13 (la velocidad de alimentación promedio es 6.9 kg / h) 3NO a diferentes velocidades de avance xNo hubo cambios periódicos. Cuando el método de alimentación era 2/19 y 2/17, NO xLa volatilidad en el tiempo es pequeña.
3.3 CO y NO en el gas de combustión a diferentes velocidades de alimentación xLos cambios de contenido son más consistentes. El efecto de la velocidad de alimentación sobre la emisión de CO es mayor que el de NO. xImpacto de las emisiones
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