0、引言
农村能源资源是指在农村就地开发和利用的能源物质，如：薪柴、农作物秸杆、人畜粪便等，农村能源基本上是可再生能源，而且有较好的地域性、分散性和间歇性。
农村能源利用律低，其生物质能源综合利用率仅16%，薪柴超伐量达54%，秸杆直接燃烧用量占60%，生物质能源的不合理消耗，加剧了农业生态平衡的失调。
生物质成型技术为高效利用农业废弃物、农作物秸杆等提供了一条很好的途径。为更好的利用生物质燃料，笔者设计了一种用于发电的生物质成型燃料锅炉。
1、生物质秸杆锅炉的工作原理
锅炉采用单锅筒横置式自然循环、膜式壁炉膛、前吊后支，全钢架Ⅱ型结构。
生物质燃料经炉膛两侧进入高速床移动床。生物质燃料在炉膛内燃烧产生大量烟气，经过热器，省煤器、空气预热器由尾部烟道排出。锅炉给水经省煤器加热后进入锅筒；锅筒内的饱和水经下降管进入水冷壁下集箱、埋管、上升管、上集箱，然后从引出管引入锅筒；饱和水及饱和蒸汽混合物在锅筒内经汽水分离装置分离后，饱和蒸汽通过引出管进低温过热器。过热蒸汽由低过加热后进入喷水减温器中调节汽温。然后经高温过热器，将蒸汽加热到额定汽温，从高过出口集箱通过汇集管引入集汽集箱，最后从主汽阀至主蒸汽管道。
2、生物质秸杆锅炉的设计
2.1生物质秸杆锅炉的设计参数
额定蒸发量： 65 t/h
额定蒸汽压力： 5.3 MPa
额定蒸汽温度： 485℃
给水温度： 150 ℃
连续排污率： ≤2%
冷风温度： 18℃
排烟温度： 150℃
锅炉设计热效率： 87.9%
2.2设计燃料
本锅炉的设计燃料为一些常见的农业废弃物和农作物秸杆，具体组成见表1。
表1 设计燃料各成分质量分数
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玉米杆 |
棉花杆 |
果树枝条 |
花生壳 |
糠醛渣 |
锯木屑 |
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30 |
20 |
30 |
10 |
5 |
5 |
入炉燃料尺寸范围：软秸杆颗粒度为0～150mm，硬秸杆颗粒度为0～50 mm。
2.3生物质秸杆锅炉的主要结构
生物质秸杆锅炉主要由锅筒、炉膛、埋管、过热器、省煤器和空气预热器等组成。本锅炉的设计结构示意图见图1。
2.3.1锅筒
锅筒为Ø600 mm，用19Mn6钢板制成，悬吊在顶板大梁上，锅筒内设西290 mm旋风分离器28个，其中汽水混合物顺时针旋转的12个，逆时针旋转的12个（俯视），分离器的直径为①290mm，单个分离器的的平均负荷约为3.5t/h。
从水冷壁引出的汽水混合物进入旋风分离器，靠离心作用进行汽水分离，分离出来的水沿分离器内壁下流，蒸汽经过接管进入过热器。
炉膛断面为6335mm×7 175mm（按水冷壁中心线）的长方形。整个水冷壁分成4个循环回路，即两侧及前、后回路，锅水由4根Ø273mm×12mm集中下降管通过24根Ø133mm×6mm的下降管引到运转层下分别导入水冷壁的各个下集箱。炉膛前后墙下部各悬吊一组旗形埋管，前墙埋管组下部由膜式壁弯制成前副床（低速床），后墙下面为膜式壁后副床（低速床），它们与两侧水冷壁共同形成水冷布风板和风室。
2.3.2过热器
过热器布置在水平烟道内，按烟气流动方向分为两级，前部布置高温过热器，后部布置低温过热器。
饱和蒸汽自锅筒引出后，先进入低温过热器，加热后的蒸汽经过喷水减温器降温，再引入高温过热器继续加热，以求达到所需要的参数。
低温过热器、高温过热器都采用混合流，顺列布置方式。
2.3.3省煤器
锅炉采用顺列蛇形管式省煤器，在尾部烟道单级布置，按烟气流向分为一组高温段省煤器和二组低温段省煤器。
2.3.4空气预热器
布置了两级钢管卧式顺列空气预热器，一级空气预热器用来加热主床风，热风温度110℃；另一级空气预热器用来加热副床风，副床风热风温度160 ℃。
2.3.5燃烧设备
本炉燃烧设备主要由给料装置、布风装置、二次风装置组成。生物质燃料通过各布置在炉左右侧的设有特殊送风装置的给料口顺利进入密相区。
密相区共有3个床面，中部为主床（高速床），前后为副床（低速床）。锅炉燃烧所需空气分别由2台风机提供。主床高压风机送出来的风经低温空气预热器由风道引入主床高压风室。低速床风机送出的风经高温空气予热器予热后，进入低速床风室。
主床高压配风占总风量45%，低速床配风占总风量55%。二次风由副床主风道接出，通过炉膛两侧风管进入炉膛。播料风和密封风由主床主风道接出。
各配风总管上均应设有风门及机翼测风装置运行时可调节主副床风量和一、二次风比来适应燃料和负荷变化需要。
3、结论
本锅炉采用单锅筒自然循环，全膜式壁炉膛带差速床的低倍率循环流化床锅炉，在设计上具有如下特点：
1)采用了差速床技术，不但提高了埋管寿命而且强化了燃烧效果。
2)锅炉炉膛采用了全膜式壁结构，因此锅炉的膨胀、密封得到了很好的保证。
3)采取了有效的防磨措施，降低了循环流化床锅炉的磨损，确保了锅炉连续经济运行。本锅炉在沸腾段采用先进的差速床技术，使埋管区域形成低烟速、细颗粒减少磨损的环境，并且埋管鳍斤采用1Cr20Ni14Si2，使埋管寿命提高3倍以上；在尾部受热面降低烟速减少磨损；省煤器采用顺列蛇形管，迎风面加装防磨盖板及弯头处加装防磨罩；空气预热器采用顺列钢管空气预热器；整个水冷壁由于受到的烟气冲刷较低，可以不考虑加防磨措施。
由于秸杆生物质燃料锅炉的技术资源比较欠缺，在设计过程中的选材、计算等可能还不是非常的合适，期望通过实践的不断完善，使秸杆生物质燃料锅炉产品的性能和技术能够进一步的提高和优化，也望业内人士提出宝贵建议。
三门峡富通新能源销售生物质锅炉、家庭炊事小型锅炉同时也生产和销售生产生物质颗粒燃料的颗粒机、秸秆压块机、木屑颗粒机等生物质燃料成型机械设备。
