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1、 本 科 毕 业 设 计 100t/d 生物质燃料成型和加热设备设计 专专 业业 环境设备工程环境设备工程 班班 级级 B B 环设环设 111111 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 完成日期完成日期 20142014-0606-1212 100t/d100t/d 生物质燃料成型和加热设备设计生物质燃料成型和加热设备设计 摘 要：在面临能源危机和环境污染双重压力下，世界各地正着重发展可再生能源。农作物秸秆制成的生物质燃料是来源于太阳能的一种可再生能源，资源丰富、含碳量低、清洁、无污染，能替代部分煤炭、石油等化石燃料，因此日益受到全世界的重视。但是，利用农作物秸秆作为化石燃料的替
2、代燃料方面没有成功的模式，导致大量农作物秸秆大面积烧荒现象，造成生物质资源浪费，加重大气污染。为此，迫切需要研制一种能将农作物秸秆制成生物质燃料的成型设备，以及燃料成型后的加热设备。本文对生物质燃料成型和加热及特点和目前国内外的处理工艺进行研究探讨，了解生物质然燃料的优缺点及应用范围，最后设计计算了一套较完整的生物质燃料成型和加热设备的工艺流程。关键词：生物质燃料；成型；加热；设备 100 t/d biomass fuel molding and heating equipment design Abstract:Now the world is facing increasing energ
3、y depletion and environmental havoc,governments all over the world various areas is the study of renewable energy to speed up the pace,.As one of the biomass fuel,received widespread attention,it is different from fossil fuels,for its development as well as achieve energy regeneration can solve envi
4、ronmental problems.Is with the plant straw is given priority to biomass fuel,but without development,it is a growing number of environmental pollution,on the contrary,if be development will become a kind of green energy.This research development and production of biomass fuel and combustion equipmen
5、t become urgent need to solve the problem.So this article is to develop and graduate molding material fuel and heating equipment are discussed,in view of the characteristics of biomass and combustion characteristics and advantages and disadvantages of a complete set equipment is designed.Keywords:Bi
6、omass fue;molding;heating;equipment 目目 录录 第一章 文献综述.1 1.1 课题研究背景.1 1.2 生物质燃料成型和加热设备国内外研究现状.1 1.2.1 国内的生物质成型设备研究现状.1 1.2.2 国外生物质成型设备的研究现状.1 1.2.3 国内外物质燃料加热设备研究现状.2 第二章 计算部分.3 2.1 成型设备方案设计.3 2.1.1 成型设备指标确定.3 2.1.2 成型设备成型过程设计.3 2.1.3 成型设备传动方案设计.3 2.2 锤片式粉碎机设计.3 2.2.1 锤片式粉碎机结构和工作原理.3 2.2.2 锤片式粉碎机工作参数.4 2
7、.2.3 锤片式粉碎机主要工作部件的设计计算.4 2.3 秸秆运输机结构设计与研究.8 2.3.1 带式运输机的结构原理.8 2.3.2 秸秆运输机的总体设计.8 2.3.3 秸秆输送机主要部件设计.8 2.4 秸秆打捆机结构设计.10 2.4.1 秸秆打捆机主要技术参数确定.11 2.4.2 秸秆打捆机结构.11 2.4.3 秸秆打捆机主要部件结构设计.11 2.5 成型设备结构及工作过程概述.12 2.5.1 成型设备结构.12 2.5.2 成型设备工作过程概述.12 2.6 加热设备方案设计.12 2.6.1 生物质成型燃料的燃烧特性.12 2.6.2 生物质燃烧机炉主要设计计算.13
8、2.6.3 烟气量的计与烟气焓算.14 2.6.4 锅炉热个参数计算.17 2.7 机烧炉炉排的设计.19 2.7.1 炉排的选型.19 2.7.2 炉排的设计原则.20 2.7.3 炉排的设计计算.20 2.8 机烧炉炉膛的设计.21 2.8.1 炉膛的设计原则.21 2.8.2 炉膛设计计算.21 2.9 机烧炉上料除渣设备的设计.22 2.9.1 锅炉上料设备概述.22 2.9.2 锅炉除渣设备概述.23 2.9.3 机烧炉上料和除渣设备的选型.23 结论与建议.25 参考文献：.26 致谢.28 第一章第一章 文献综述文献综述 引言引言 1.1.1 1 课题研究背景课题研究背景 能源人
9、类赖以生存的基础和前提，人类文明的发展离不开能源，然而人类一边利用着现有的能源，一边破坏着环境。如今的能源主要是化石能源，随着人类的大肆开发，能源越来越稀少，并且环境的破坏引起了世界范围内的广泛关注1-6。为了经济增长，发现新的能源指日可待，目前生物质能源作为新的绿色能源，一方面既能减少环境污染，另一方面也减少化石能源稀缺的压力。生物质能源得到了广泛的关注，因为其巨大的潜力，开发生物质能源引起广泛重视7-13。生物质指的来自植物秸秆等可以再生的资源。从化学角度，生物质主要是由碳氢两种元素，与传统化石燃料类似14。所以，可以用常规方式开发生物质能源。目前生物质能源利用技术有气化技术、固化成型技术
10、、液化技术、工业生物技术等。生物质能源成型后，有着易于燃烧，密度相对大，有效燃烧效率高，方便运输，可以产品化，形状统一，可以充分燃烧，极大地减少了环境污染等诸多优点 15-16。1.21.2 生物质燃料成型和加热设备国内外研究现状生物质燃料成型和加热设备国内外研究现状 1.2.11.2.1 国内的生物质成型设备研究现状国内的生物质成型设备研究现状 国内成型设备有着二十多年的研究历史。南林化工所在“七五”制定了生物质成型机的课题。湖南省衡阳市为处理粮食稻壳，在 1985 年借鉴国外模板研制出一台ZT-63 型生物质燃料成型机。连云港市东海粮食机械厂在 1986 年进口一台 OBM-88。98 年
11、年初，东南大联合其他研究所研制了一台“MD-15”成型机。二十世纪末，陕西、河南、湖南相继研制出了各种生物质燃料成型机。1.2.21.2.2 国外生物质成型设备的研究现状国外生物质成型设备的研究现状 二十世纪 30 年代，日本就研究出了处理废材的成型技术。1948 年日本申报了该项目的一个专利。第一台棒状燃料成型机在随后被研制出。70 年代初，美国研制出了环模挤压式成型机，并实行量产。欧洲从 20 世纪 70 年代就开始了成型机的研究。相对比较著名的有德国卡尔公司（Kahl），并且其他欧盟国相继成立燃料成型机生产厂家 70 余个。1.2.31.2.3 国内外物质燃料加热设备研究现状国内外物质燃
12、料加热设备研究现状 早在二十世纪三十年代美国就开始了对生物质燃料燃烧设备惊醒了研究，并且研制出了哦诶套的燃烧设备。70 年代后期，欧盟等国家开始了对燃烧设备的研究。之后亚洲的韩国、菲律宾等国也是=开始了研究。我国开始研究是在二十世纪八十年代，目前也有了工业化的上产，但是大部分还不够成熟，只有小型的燃烧炉，不能投入大规模的生产化。第二章第二章 计算部分计算部分 目前的成型设备存在着运行不是很稳定、使用时间相对较短、质量不过关、价格高而且维修相对较难等诸多缺点。因此设计设计一套成型加热设备相对难，单也不是不可以。2.12.1 成型设备方案设计成型设备方案设计 2.1.12.1.1 成型设备指标确定
13、成型设备指标确定 研究发现设备的操作、耗能、生产效率等因素。其主要性能指标为生产率 100t/d，成型块尺寸 1000 mm1000 mm1000mm。2.1.22.1.2 成型设备成型过程设计成型设备成型过程设计 成型过程通常为进料、预压缩和成型等，为了燃料生产过程实现现代化，设计燃料成型的过程主要为生物质粉碎、燃料成型、燃料打捆等。2.1.32.1.3 成型设备传动方案设计成型设备传动方案设计 从上述叙述中得出，生物质成型由填料、粉碎、输送、压缩和打捆等。从而为了满足需要要各种机械。本方案设计锤片式粉碎机、运送机和打捆机，实现生物质燃料能够高效、安全成型。2.22.2 锤片式粉碎机设计锤片
14、式粉碎机设计 本方案依据常规的粉碎机特点，研究了一台专门粉碎植物秸秆的机械，它结构简单、价格低、操作简便等优点 2.2.12.2.1 锤片式粉碎机结构和工作原理锤片式粉碎机结构和工作原理 1.锤片式粉碎机结构 在现有粉碎装置基础上，本设计的锤片式粉碎机结构主要由旋转喂料仓、主轴旋转装置、柔性减速传动装置、下机架及栅栏机构、支撑机构和门结构组成。2.切草原理 植物秸秆由人工添加，喂料仓结构在传动装置作用下，螺旋式向下输料。当物料到达仓底，秸秆在栅栏支撑下，靠告诉运转的锤片的捶打，进行切碎工作，随后燃料从仓底漏出。还可以通过调节栅栏来控制切碎程度。2.2.22.2.2 锤片式粉碎机工作参数锤片式粉
15、碎机工作参数 在植物秸秆中，玉米秸秆相对较大，粉碎较难，所以设计时需要功率相对较大的电机，约为 49.7kW。考虑到市场上电机型号，配套使用 55kW 的三相异步电机。2.2.32.2.3 锤片式粉碎机主要工作部件的设计计算锤片式粉碎机主要工作部件的设计计算 2.2.3.1 旋转喂料仓结构设计 秸秆需要经过喂料仓，主要由侧面板、侧面板横梁（侧面板上梁、侧面板下梁）、卷草块、加固筋和链条等焊成。喂料仓的主要参数有侧面板的半径、高度，链条以及喂料仓侧面板横梁的位置、高度等。考虑到生物质的生产效率，设计总体的高度 h=1600mm、厚度 t=9mm、外径r=1555mm。考虑到传动的安全，选用 16
16、A-2374 的链。，安装在离底部约 735 mm 处。为侧面板圆度，加设了三道加固梁，外圈径 3220mm、内圈径 3000mm、厚度约 12mm的钢板，离旋转喂料仓底部分别为 925mm、285mm、1185mm。加设 16 个加固钢筋，分布均匀；其中有 4 个起吊加强筋，90 度分布。侧面板上梁和下梁的目的是为了抵挡掉落的灰尘等，侧面板上梁为外圈径 3540mm、内圈径 3000mm、厚度约 9mm 的钢板；下梁高度 260mm、外圈径 3540mm、厚度约为 5mm 的钢板。卷草块用来卷草，来保证秸秆运行以及下料平稳。如图 2.1。图图 2 2-1 1 旋转喂料仓结构示意图旋转喂料仓结
17、构示意图 2.2.3.2 柔性减速传动装置 柔性减速传动装置主是用来传动喂料仓，主部件有机身架、传动设备、链动设备、链轮、固定装置、弹簧夹等。在传动装置中，减速器和变频电机安装在减速器托板和电机上，变频电机由带轮将动力传送给减速器，减速器的链轮连接着输出轴。固定旋转装置中，转动杆一端通过螺丝固定在机身，另一端连接着电机、机架与减速器托板。在滚动装置里，传动轴与电机焊接，转动轴一边靠挡圈固定。一个弹簧固定环焊在电机与减速器托板上，另一个焊接在机架上的弹簧。工作时，电机产生的动力通过 V 带经过减速器传动链轮最终实现旋转喂料仓的运作。图图 2 2-2 2 传动装置的传动路线传动装置的传动路线 1.
18、电机的选择 三相交流电易得而且喂料仓转速要求相对较大，所以本方案选用动力源时用 Y系列电磁调速异步电机。该电机拥有调速范围广、控制速率小、起动的时候转矩大、机械硬度高等诸多优点。具体参数见表 2.1。表表 2.1 2.1 异步电动机参数表异步电动机参数表 电机型号 YCT160-4B 标称功率 3kw 额定转矩 12.9N.m 调速范围 1250-125r/min 额定电压 380v 2.皮带的选择 确定计算功率 1.3 33.9caAPK PKWKW 式中：AK工况系数，取 1.3 P 额定功率，KW caP 计算功率，KW 选取 V 带带型 根据caP、n，选取 SPA 型窄 V 带。确定
19、带轮基准直径 通过机械方面的知识，选取小带轮直径 1112ddmm，211.35 112151.2dddidmmmm，取2dd150mm。验算带速 1 1112 12507.33/60 100060 1000dd nvm s35/m s 带的速度合适。选取窄 V 带的长度和传动中心距 电机 V 带 减速器 链轮 旋 转 喂 料 初步确定中心距0800amm，0021212()2()24dddddddLadda 2(150 112)2 800(112 150)201224 800mm 选取dL 2000mm。从而计算中心距a 020002012(800)79422ddLLaaLmmmm 验算主动
20、轮上的包角1a 211150 11218057.318057.3177.2794ddddaa120 主动轮上的包角合适。计算窄 V 带的根数z 003.91.27()(2.900.33)0.99 0.96caaLPzPP K K 取2z 根。式中：aK包角修正系数，选取aK=0.99 LK带长修正系数，选取LK=0.96 计算预紧力0F 2202.53.92.5500(1)500(1)0.12 7.33 209.37.33 20.99caaPFqvNNvzK 计算作用在轴上的压轴力PF 10177.22sin2 2 209.3sin83722PaFzFNN 3.减速器的选择 减速器是动力源和喂
21、料仓之间密合传动装置，用来调整装束和转矩。其分类有很多，按传动可分为齿轮、行星、蜗杆减速器；按齿轮可分为圆柱、圆锥减速器；按传动级数可分为单级、级减速器；因为喂料仓不能转的太快，所以减速器要选适当的，本方案采用如下表 2-2 系列减速器。表表 2.2 2.2 万顺万顺 WPWA100 WPWA100 减速器参数表减速器参数表 减速器型号 WPAWA100 减速比 20 重量 34KG 油量 3.2L 4.链轮的选择 链传动主部件是链轮，链轮已经标准化当标准化，基本参数，套筒外径是1d，链条的节距p，排距tp和齿数z。由于链节为偶数，考虑到磨损均匀，链轮齿数一般取奇数，减速器减速比应控制在 8
22、上下，取 47z。链轮主要参数如下表 2.3。表表 2.32.3 滚子链轮主要尺寸滚子链轮主要尺寸 名称 代号 计算公式 结果 分度圆 d/sin(/)dz 380.28mm 齿顶园直径 ad(0.54cot(/)adz 392mm 分度圆弦齿高 ah 0.27ah 6.858mm 齿根圆直径 fd ffddd 364.4mm 链轮主要有整体式、孔板式等；链轮材料主要有 10、20、40、15Cr、20Cr、40Cr、Q275 等。该方案链轮结采用双排整体式，材料选用 40Cr。2.2.3.3 主轴驱动装置设计 动力通过 V 带到喂料仓完成粉碎动作。电机安装在机架上，主轴装置安装于粉碎机下机架
23、上。1.电机选择 根据上述结论，选用型号为 Y250M-4 的三相异步电机。2.V 带传动设计 根据 V 带使用情况，小带轮直径越大越好，本两个直径都是 285mm。3.主轴装置设计 主轴装置主要靠动力源来传动，通过套筒定位，靠轴承座支撑，有安装有四个刀盘，工作时四个刀盘一起运转对秸秆进行粉碎。2.2.3.4 支撑机构设计 喂料机主要靠支撑机构支撑定位。本方案设计了一种简单、易维修、抗击打强支撑结构。它主要是由机架、轴、径向支撑组成。1.径向支撑结构 径向支撑结构主要由轴、挡板、支撑架组成。2.机架 主要用于固定、径向支撑。因为安装空间，本方案安装 7 根柱子，分别装在底板和横梁。为了达到可靠
24、强度，立柱设为 11011050mm 的方钢，长 1400mm。3.轴向支撑结构 轴向支撑结构由支承轴、挡板、支撑架组成。2.2.3.5 下机架及栅栏提升机构 用于支撑；栅栏提升机构用来将秸秆的高度作调整，以此来控制粉碎程度。1.下机架结构设计 下机架支撑上机架和喂料仓等。下机架强度对运行的可靠和平稳起着至关重要的作用。下机架钢架结构由槽钢、方刚及钢板等焊接得到的，材料是 Q235-A。下机架长 3.12m，宽为 2.78m，高 1.3m，上面安装着漏斗、过滤装置、轴承板、侧面和加强面等。2.栅栏提升机构 植物秸秆的粉碎靠锤片完成，大小靠栅栏提升机构。锤片均匀分布在栅栏提升机构的格栅中。2.3
25、 2.3 秸秆运输机结构设计与研究秸秆运输机结构设计与研究 2.3.1 2.3.1 带式运输机的结构原理带式运输机的结构原理 运输机是以输送带为中心将物料输送到目的地并对物料连续输送的设备。输送机经过前后滚筒形成循环，输送带在运作状态下呈绷紧状态。工作时只要驱动滚筒，通过摩擦力带动输送带的循环。到达目的地进行装卸。2.3.2 2.3.2 秸秆运输机的总体设计秸秆运输机的总体设计 运输机主要输送植物秸秆或者产品，运输物料轻或并且与其他设备形成一套流水线。因此选择了轻型固定胶式输送机，在其他行业也有相当多的应用。主要有滚筒、输送带和电机。2.3.3 2.3.3 秸秆输送机主要部件设计秸秆输送机主要
26、部件设计 2.3.3.1 输送带的结构与选择 1.输送带的结构 一般分为普通带和特殊带。普通带主要运用在固定的或可伸缩的当中。特殊带在一些要求相对较高的应用中。输送带基本都有隔离层，覆盖层和芯。本方案选择花纹式运输带，因其表面凹凸不平，可以增大运输物的摩擦，阻止运输物的下滑，能让倾角达到 28 度以上。2输送带的选择 带宽的计算 3600QBy c k 式中：Q输送量（吨/小时）；物料容量（吨/立方米）；带速（米/秒）；c倾角系数：k装载系数。一般取k=0.8-0.9 运输机输送散装物时，带速控制在 0.8 2.0 m/s，设计带速为 1.6 m/s，带入数据计算：B=0.95m，设计带宽为标
27、准值B=1000mm。带长的计算 0122()2LLDDA n 式中：0L输送带全长（米）；L输送机前后滚筒中心间展开长度（米）；1D、2D头、尾滚筒直径（米）；n输送带接头数；A输送带接头长度（米）。输送带运用机械式接头时A=0,；代入数据计算：带长0L=15.20m，采用机械接头。2.3.3.2 机架的选择 机架的筛选原则为结构需要合理、运用最大化、减少造价。机架为钢结构，主要由角钢焊成。机架总长 9.6m，总宽 1.6m，总高 4.3m。机架有两个部分：上机架和下机架。上下机架通过带轮连接。下机架水平放置，上机架尾部插在下机架下面放在事先准备好的地坑里并和地面形成 30 度角。2.3.3
28、.3 驱动装置的选择 带式运输机的动力源是一组电机。主要由联轴器、电机、减速器及护照等组成。但结构比较复杂、造价高。本设方案的驱动装置主要由电机、带轮，这种装置结构简单，造价低。2.3.3.4 托辊的选择 托辊是输送机的重要部件，能够减小运行阻力而且能在一定范围内限制输送带的垂度。1.结构及分类 有轴承座、管、密封件、轴和轴承组成。管由焊接得到；轴承选用专用的，例如204KA、205KA、305KA 和 704KA 等。分类主要有普通和专用托辊，普通的主要用于支撑；专用的主要起着减冲作用。托辊一般成组安装在输送机上，分为上托辊、下托辊组两类。2.托辊组选择 根据上述可得出上机架选用的是槽型托辊
29、间距为 900mm，平型托辊间距为2000mm。下机架的槽型托辊间距为 1200mm，平型托辊间距为 2500mm。2.3.3.5 滚筒的设计 1.滚筒的结构与种类 滚筒是输送机的重要组成部分，主要由轴承、辐板、轮毂、筒体等部分组成。分类如下：（1）按作用可分为传动和改向滚筒两类。传动滚筒比较常见。改向滚筒顾名思义，使用于改变方向的。（2）按承载能力分为：轻型滚筒、中型滚筒、重型滚筒。（3）按结构类型分为：焊接结构、联结结构、配合结构等。2.滚筒装置的选择 根据计算滚筒组选用焊接结构，外径是 300m。因为滚子轴承既可以调整轴心位置又有承受较大负荷，所以采用该套轴承，配套选用 SN 系列轴承座
30、。上下机架都有前后滚筒装置 上机架前后滚筒分别安装在安装在上机架头尾部。组成都一样，只有带轮直径有区别，前滚筒 400mm，后滚筒 160mm。下机架前后滚筒安装在下机架头尾部组成也都一样只有。都由滚筒、轴、轴承座组成。滚筒与轴焊接在。2.4 2.4 秸秆打捆机结构设计秸秆打捆机结构设计 秸秆分布广、不集中等特点。所以，收集工作成为后续的主要环节。秸秆打捆机专门为了收集秸秆。鉴于市面上的设备，本方案设计的是一款打结成捆的设备，具有操作简单、比较实用、便于运输等优点。2.4.1 2.4.1 秸秆打捆机主要技术参数确定秸秆打捆机主要技术参数确定 主压电机功率37Kw，送绳电机功率1.1Kw，系统压
31、力为16MPa，工作行程为1300mm，尺寸 1000 mm1000mm1000mm，草捆的密度是30.2/t m，生产率 5-6 捆/小时，扭紧式打结器，捆扎道数为 5，活塞速度 1.5 次/分钟。2.4.2 2.4.2 秸秆打捆机结构秸秆打捆机结构 1.打捆机结构 秸秆的压缩和打捆都在设备中完成，物料箱、机架、送挂绳等组成了打捆机。2.4.3 2.4.3 秸秆打捆机主要部件结构设计秸秆打捆机主要部件结构设计 2.4.3.1 机架系统设计 机架系统用于支撑，为了保证其他部件的安装以及稳定，由栅栏、推压块、机身、油缸等装置组成。栅栏由 12.6 号钢、t=4.0 钢板、10 号槽钢焊接而成，材
32、料均为 Q235。长度 2.49米，高度 0.61 米。主要有两部分：左栅栏、右栅栏。都位于油缸上。打捆机机架系统的核心。长 6.0 米，宽 3.0 米，高 1.2 米。主要当导向轨来安装各种装置。推压块机构主要用于秸秆的推进和压缩，组成该机构的有推压块、梁、底座等。属于焊接件。底座固定值梁上，便于推压块水平位移。进给油缸驱动推压块位移，由活塞、油缸、底座组成。底座由地板和支架构成。焊在机身上，油缸通过轴固定。夹紧油缸夹紧物料，主要由前后座、前后座轴、活塞、油缸组成。前座安装在夹紧装置上，后座安装在机身上，油缸、活塞都通过轴分别连接后座和前座。夹紧物料是靠栅栏机构的移动来完成的。2.4.3.2
33、 入料箱设计 入料箱是焊接而成的，由角钢和钢板焊接，材料都是 Q235。分主办、侧面板、遮挡板三部分。整体长 1.6 米，宽 1.0 米，高度 2.0 米。2.4.3.3 挂绳装置设计 挂绳装置用于接住捆绳，用于打捆。由机架、挂绳、轮轴、支撑架等部分。轮轴用于挂绳在导轨上位移。由滚轮、轴等部分。挂绳机构架属钢结构，由方钢、角钢、钢板焊接而成，它们的材料都是 Q235。架的长、宽、高分别是 1.5 米、1.0 米、0.27 米。有横竖梁、支架三部分。横竖梁形成密合的长方形；支架与焊在横竖梁上，再焊在机架上；导轨力偶那个角钢的特性来焊成。支撑架由梁焊成，都采用方钢。其中梁上打有孔，用于与滚轴机构连
34、结。支撑架主要用于固定。挂绳机构是挂绳装置的核心在整套运作中起着至关重要的作用由横竖板、钩、手柄等几部分组成。垫板家在两块竖板中间。焊接在两块竖板之间。板上都打有孔，用于螺栓连接。手柄安装在竖板上。2.4.3.4 穿绳装置 穿绳装置主要是运绳，用于打捆。主要由活动机构架、滚轴、电机等组成。2.5 2.5 成型设备结构及工作过程概述成型设备结构及工作过程概述 2.5.1 2.5.1 成型设备结构成型设备结构 锤片式粉碎机、秸秆运输机和秸秆打捆机等组成该设备。2.5.2 2.5.2 成型设备工作过程概述成型设备工作过程概述 成型过程主要有粉碎、输送、压缩成型和成型块打捆。粉碎主要通过切草机完成。具
35、体过程是：秸秆由人工加入到旋转喂料仓中粉碎。输送靠运输机完成，物料粉碎后落在输送机的运输槽内，随着输送带进入打捆机。燃料的压缩通过打捆机完成。输送机输送过来的物料进入栅栏，通过压缩夹紧，完成成型。成型的物料也在打捆机中打捆，通过送、挂绳完成打捆。最后由人工剪断，打好结，结束整套流程的最后一步。下图 2-5 为生产流程图。图图 2 2-5 5 生物质燃料成型设备生产流程图生物质燃料成型设备生产流程图 2.62.6 加热设备方案设计加热设备方案设计 2.6.12.6.1 生物质成型燃料的燃烧特性生物质成型燃料的燃烧特性 生物质成型燃料是植物秸秆经过成型设备处理过的燃料，密度相较之前有了很大的增加，
36、所以燃烧所释放的热量也有了很大的提高，单位体积的生物质燃料几乎接近煤，燃烧特性如下：（1）生物质燃料燃烧室能量的散出较之之前相对较慢，因为其密度远大于植物秸秆，点火性能较差，着火点高，但比煤好，考虑到着火点，仍保留生物质的特性。因为燃烧释放能量的速度减慢，所以燃烧时的进料要相对较慢，这样释放的能量才能及时被利用，排出的烟气中的能量损失可以得到最大程度上的降低。（2）燃烧时需要通风顺畅以便有充足的氧气，从而让燃烧最大化，这样就能让炉内温度持续升高，气化的物质也能够被充分利用，最大程度上减少损失。（3）燃烧后，生物质燃料比秸秆密度高得多，所以灰渣的密度也大得多，相对紧密，空气中的气流不会导致灰渣碎
37、裂甚至小颗粒漂浮，碳燃烧需要的氧气和静态氧一样，所以正好造成不了不完全燃烧的损失。燃烧也比较稳定。2.6.22.6.2 生物质燃烧机炉主要设计计算生物质燃烧机炉主要设计计算 根据生物质成型燃料特性通过查表得出 100t/d 成型燃料机烧炉主要设计参数如表 2-6-2 所示。表表 2 2-6 6-2 2 锅炉主要设计参数锅炉主要设计参数 序号 重要参数 符号 单位 参数来源 参数值 一 燃料参数 1 收到基碳含量 arA%燃料分析 9.96 2 收到基碳含量 arM%燃料分析 9.30 3 收到基碳含量 arO%燃料分析 35.55 4 收到基碳含量 arS%燃料分析 0.14 5 收到基碳含量
38、 arN%燃料分析 0.74 6 收到基碳含量 arH%燃料分析 4.93 7 收到基碳含量 arC%燃料分析 39.38 8 收到基碳含量 11%燃料分析 15380 二 锅炉参数 9 散热损失 5q%查表 2.9 10 气体未燃烧损失 3q%查表 1 11 固体未完全损失 4q%查表 3 12 额定蒸发量 D t/h 设定 4 13 额定出口蒸发温度 T C 设定 194 14 额定出口蒸汽压力 P Mpa 设定 1.25 15 炉排有效的面积热负荷 Rq 2/kW m 查表 700 16 给水温度 gst C 设定 20 17 炉膛容积热负荷 vq 2/kW m 查表 300 18 炉膛
39、漏风系数 查表 0.1 19 炉膛出口过剩空气系数 lc 查表 1.4 20 炉膛进口过剩空气系数 lc lc-1.3 21 炉膛出口烟温 pyt C 给定 1050 22 排污率 pwt%给定 5 23 冷空气温度 lkt C 给定 20 注:查表指查锅炉手册中，下同。2.6.32.6.3 烟气量的计与烟气焓算烟气量的计与烟气焓算 烟气量与烟气焓是燃料消耗量、锅炉燃烧效率和保热系数计算依据，在设计锅炉时，知道空气焓和烟气焓是必要的，所以需要对生物质的烟气量和烟气焓进行讨论、计算。为了能够充分燃烧，锅炉应该根据燃料特性和燃烧特性进行讨论分析，所以我们从理论上讨论锅炉的烟气量和烟气焓。我 2.6
40、.3.1 理论烟气量的计算 1kg 燃料完全燃烧恰好需要的空气量称为理论空气量，用0kV表示。在理论空气量下燃料完全燃烧生成的烟气体积称为理论烟气量，用0yV来表示。其他都作理想状况考虑。理论空气量和理论烟气量为锅炉是设计提供了关键的数据，下面是计算公式，结果如下表 2-6-3-1。理论空气量：00.0889(0.375)0.2650.0333kararararVCSHO 二氧化物容积：20.01866(0.3755)ROararVCS 理论烟气量：0222OOyRONH OVVVV 实际烟气量：001.016(1)ykyVVV 理论氮气容积：020.0080.79OarkNVNV 理论水蒸气
41、容积：020.110.01240.0161OararkH OVHMV 表表 2 2-6 6-3 3-1 1 理论空气量及理论烟气量计算结果理论空气量及理论烟气量计算结果 项目 符号 单位 燃料 理论空气量 0kV 31Nmkg 3.63 二氧化物容积 2ROV 31Nmkg 0.73 理论烟气量 0yV 31Nmkg 4.32 实际烟气量 yV 31Nmkg 5.61 理论氮气容积 2ONV 31Nmkg 2.87 理论水蒸气容积 2OH OV 31Nmkg 0.72 2.6.3.2 理论烟气量的计算 空气焓和烟气焓的计算以 1kg 燃料或 13Nm气体燃料作为标准。空气焓是空气在固定压力下从
42、 0上升至 t时所需要热量，用0kI表示。烟气焓是烟气在固定压力下从 0上升至 t时所需要热量，用0yI表示，烟气焓等于所有成分焓加上飞灰焓之和。由生物质成型燃料的理论空气量及烟气量，查表得到不同温度下的各种烟气的焓，查到燃料的理论空气焓和烟气焓，在根据理论烟气焓和空气焓计算得到空气、烟气的焓温表如表 2-6-3-2 所示。理论空气焓：00()kkkIVct 理论水蒸气焓：222()OH OH OH OIVct 理论氮气焓：222()ONNNIVct 烟气中二氧化物气体焓：200220()RRRIVct 理论烟气焓：22200OOyNH ORIIII 表表 2 2-6 6-3 3-2 2 空气
43、、气期的焓温表空气、气期的焓温表 t/20RI/(1)kJ kg 0022()RRVct 0kI/(1)kJ kg 0()kkVct 0yI/(1)kJ kg 2220OONH ORIII 2ONI/(1)kJ kg 22()NNVct 2OH OI/(1)kJ kg 22()H OH OVct 100 124.10 570.24 605.92 373.10 108.72 200 260.61 1149.12 1225.69 746.20 218.88 300 408.07 1740.96 1866.47 1125.04 333.36 400 563.56 2341.44 2526.77 15
44、12.04 450.72 500 725.62 2954.88 3203.70 1905.68 572.40 600 894.25 3585.60 3899.41 2307.48 697.68 700 1067.26 4224.96 4615.30 2720.76 827.28 800 1244.65 4877.28 5344.91 3139.78 960.48 900 1424.96 5538.24 6088.22 3564.54 1098.72 1000 1608.92 6207.84 6844.52 3995.04 1240.56 1100 1794.34 6890.40 7611.62
45、 4431.28 1386.00 1200 1983.41 7572.96 8388.84 4870.39 1535.04 1300 2173.21 8268.48 9179.00 5318.11 1687.68 1400 2364.47 8968.32 9975.78 5765.83 1842.48 1500 2557.19 9672.48 10774.49 6216.42 2000.88 注：1000/1000 0.15 9.96/153800.097fhnet arAar Q1.43，所以烟气焓/fh。实际烟气焓可根据公式：00(1)yykIII计算。2.6.42.6.4 锅炉热个参锅炉
46、热个参数计算数计算 锅炉消耗量、锅炉燃烧效率以及锅炉保热系数是锅炉炉膛设计根本，因此对各个参数进行讨论计算。计算锅炉保热系数时，用反平衡方法来计算锅炉的保热系数，事先假设所要排出的烟气体的温度，气体应为不完全燃烧所产生的损失、固体因为不完全燃烧热所产生损失和燃烧时因为散热所产生的损失是依据查资料所得出的理论经验选取的，排出的烟气中的热损失和灰渣中参与的热损失是计算得来的，利用相同的方法并根据上述结论求出燃料的消耗量（包括实际燃料消耗量和计算燃料消耗量）和锅炉保热系数。其计算结果见表 2-6-4。表表 2 2-6 6-4 4 锅炉的锅炉的各参数计算各参数计算 序号 项目 符号 数据来源 数值 单
47、位 1 燃料收到基低位发热量 netarQ 见表 15380/kJ kg 2 输入锅炉热量 rQ 查表，简化为netarQ=rQ 15380/kJ kg 3 炉膛出口烟温 pyt 见表 1050 C 4 炉膛出口烟焓 pyI 查烟气焓温表 1511.64/kJ kg 5 冷空气温度 lkt 见表 20 C 6 冷空气理论焓 0lkt 0()lklkVct 95.83/kJ kg 7 气体不完全燃烧热损失 3q 见表 1%8 固体不完全燃烧热损失 4q 见表 3%9 灰渣温度 2kq 选取 600 C 10 排渣率 hza 查表 80%11 灰渣焓()hzct 查表 560/kJ kg 12 灰
48、渣物理热失 6q.100()/hzhzarnet aractAQ 0.29%13 燃料收到基分 arA 见表 9.96%14 锅炉燃烧效率 r 34100()qq 96%15 饱和水焓 bsh 查表 806.5/kJ kg 16 饱和蒸汽焓 bqh 查表 2783.8/kJ kg 17 给水焓 gsh 查表 83.6/kJ kg 18 锅炉有效利热量 glQ 310()()bqgspwbsgsD hhDhh 10945380/kJ h 19 锅炉排污量 pwD pwDP 0.2/t h 20 燃料消耗量 B.100/3600glnet arQQ 0.2537/kg s 21 计算燃料消量 Bj
49、 4(1/100)Bq 0.2284/kg s 22 保热系数 Q 51/()sqq 0.964 2.72.7 机烧炉炉排的设计机烧炉炉排的设计 锅炉炉排是堆放放燃料并且使之有效燃烧的装置，是主要的燃烧地方。炉排的大小决定着燃烧效果，至关重要，根据燃烧的原理以及燃烧特点，燃烧锅炉基本可分为四大类，层燃炉、室燃炉、旋风炉、沸腾炉。市面上，我国基本上大部分都采用的是层燃炉。所以其也适用于生物质成型燃料，因此，本方案的锅炉计划使用层燃炉。层燃炉的炉排有好多种。2.7.1 2.7.1 炉排的选型炉排的选型 炉排形式有链条炉排、固定炉排、旋转炉排、往复炉排和振动炉排等，根据燃烧特性，以上几种炉排各自有各
50、自的优缺点，下面是几种炉排的特点：1.固定炉排炉 固定炉排有单双层两种，比较落后，基本靠手动，跟不上时代的脚步。00 2.链条炉排炉 链条炉排是工艺相对成熟的，结构完整，对环境污染小，被大范围使用，适用于各种大小的企业。3.往复炉排炉 往复炉排就比较机械化了，利用往复运作来实现各部分的工作。布置方式可分为：倾斜式、水平式、抽条式。4.振动炉排炉 振动炉排可分为空冷式和水冷式两种。适用于那种燃料燃烧后灰渣特别结实的。因为其振动大，会影响进料，影响燃烧效果，造成不完全燃烧。本论文设计的是 100t/d 生物质成型燃料加热设备，因此不选用落后的炉排，从上述可以得出链条炉排炉最稳定，工艺较为成熟，因此
