三、固體燃料的燃燒和供熱特點
(一)燃燒的周期性
固定層燃床燃燒過程具有間歇性,即必須間歇加煤,間歇卸渣,因此燃燒過程及熱量釋放具有周期性。燃料剛投入階段,燃料層通風阻力最大,吸入爐膛內的空氣量最小。這是因為固定床燃燒一般都靠煙囪的自然抽力通風,進入爐內的空氣量是由燃燒層厚度決定的。此時燃爐中的揮發物卻迅速逸出,要燃燒這部分揮發物需要及時供應大量空氣,而實際這時進入的空氣量卻最少,故出現空氣供給不足,產生了不完全燃燒,增加了燃燒損失。表現為投煤後不久,煙囪中冒出一股濃濃的黑煙,烤房供熱量降低。其後,揮發物迅速燃盡,燃燒對空氣的需要量相對減少,且燃燒層正在燃燒,厚度逐漸變薄,阻力減小,焦炭層的氧化作用強烈,大量放熱,供熱量由低到高,達到峰值。隨著燃料燃燒成灰渣,煤層下層減薄,通過煤層進入爐膛的空氣量增多,這時又會出現空氣過剩的現象,從而增加了排熱損失,這時供熱量不中,需要新加煤,解決此不良現象的有效方法,一是要正確把握加煤時機,縮短加煤周期,保持煤層厚度無大變化,從而使燃料得以完全燃燒,減少排煙損失;二是增設二次進風設計;三是設置控製煙囪抽風量裝置。
(二)發熱量
燃料的發熱量是衡量其燃燒價值的一個十分重要的指標。它是指單位質量或單位體積的燃料完全燃燒時所能放出的最大熱量。
燃料發熱量分為高位發熱量和低位發熱量。高位發熱量是燃料實際最大發熱量,其中包括了燃燒時燃料中的氫元素及水分形成的水蒸氣被凝結為水而放出的汽化潛熱,而這部分水氣狀態的水分汽化潛熱是無法獲得利用的,燃料的實際效熱減少。從燃料高位發熱量中扣除這部分汽熱後所淨得的發熱量,就是低位發熱量。
在實際應用中,燃料發熱量多用低位發熱量。
各種燃料的發熱量差異很大,即使同一品種燃料,其發熱量也會因水分和灰分含量不同而異。因此,為了便於比較不同燃料或不同燃燒設備的工作狀況和燃料消耗量,就引用了"標準煤"的概念。所謂標準煤,就是一種假想燃料,人為地規定它的低位發熱量為29260kJ/kg,這樣可以把各種情況下的實際燃料消耗量折算為標準煤消耗量。
四、燃料燃燒的計算
(一)最大耗煤量
烤房單位時間的最大耗煤量(Qpm)是供熱係統設計的基礎:
mpm=QgrQnet,ar式中Qnet,ar--燃料的低位發熱量,kJ/kg;可從有關資料查得。Qgr--由設計烤房的裝載能力、煙葉狀況、燃料燃燒特性。
(二)燃燒的理論空氣量與煙氣量
1.燃燒用空氣量的計算
燃料完全燃燒時,理論上所需的空氣量(即理論空氣量)通常用符號L0(kg空氣kg燃料)或V0(m3空氣/kg燃料)表示。計算過程複雜,考慮因素較多。
2.理論空氣量與煙氣量的估算。
燃料的理論空氣量大致與其燃料發熱量成正比,理論煙氣量也大致與其發熱量成正比。因此,工程計算中按燃料發熱量估算理論空氣量和煙氣量是簡便的,可作為設計和改造各種燃燒裝置,以及空氣供給裝置、煙囪、煙道等的基本數據,也可在進行密集式烤房供熱自控設計時參考。日本學者設樂正雄等通過推理和實際分析整理推薦的計算公式。
注:煤、重油、氣體燃料的理論空氣量與理論煙氣量的計算公式為設樂正雄推薦,其餘為德國學者推薦。
3.燃燒的理論空氣量與煙氣量估算的意義煤是目前我國煙葉烘烤最主要的能源,根據固體燃料(特別是煤)的燃燒條件和供熱特點,烤房供熱自控設計的基本思路就是:①基於火爐燃燒強度和基本狀況,提供和控製適宜的燃料即時供給量;②基於對燃料燃燒理論空氣量的估算,提供和控製燃料燃燒所必須的助燃空氣量;③基於對燃料燃燒理論煙氣量估算,調控排煙口大小實現對排出煙氣的量的控製。但是,由於煤燃燒供熱具有明顯的滯後性,而且煤燃燒供熱的製約因素很多,例如實際使用煤質(發熱值)、煤形、煤塊大小等,燃燒供熱的數學模型各不相同,此外烤房在不同的即時溫度(實際上是火爐爐膛的即時燃燒強度和供熱能力)時(如40℃和50℃),燃料燃燒的即時數學模型差異很大,要建立精準的數學模型很不容易,所以實現供熱和溫度的精準控製難度較大。比較之下,煤質相對穩定、煤塊大小適度(如顆粒直徑2~5cm)和型煤(如蜂窩煤)和成型的生物質燃料,實現供熱和溫度的精準控製要容易一些。