论文总字数：14456字

摘 要

生物质能源是一种常见资源，我国是农业大国，生物质资源丰富，但是很多得不到合理利用，往往很多秸秆在收割后选择就地焚烧，填埋，导致资源分配不合理，所以研究新型的生物质燃烧炉可以有效地解决这样的问题。

本设计是一种简单、结构紧凑的卧式旋风炉。秸秆在通过前期预处理后，通过风机带动下吹入炉体，点火燃烧。高温热烟气在换热设备中与空气的换热，由管道送入干燥室，为秸秆干燥提供热量，换热后的空气作为高温热源，不仅可以预热，输送物料，而且二次风管口的设计，加强了炉内空气的扰动，燃料在燃烧过程中不断地旋转，与氧气充分地混合，燃烧迅速，高效。

烟气余热得到收集、利用，而不是直接排放到空气中，大大地降低了燃烧过程中有害气体地排放量，优化了燃烧结构。

关键词：生物质秸秆、燃烧、自热

Abstract

Biomass energy is a kind of common resources, China is a large agricultural country, biomass is rich in resources, because of many unreasonable use, many resources in the harvest is selected onsite incineration, landfill, resulting in resource allocation is unreasonable, so the new model of biomass combustion furnace can effectively solve this problem.

The design is a simple, compact structure of horizontal cyclone furnace, straw in the pre treatment, through the fan driven by blowing furnace body. High temperature flue gas in heat and air heat exchanger, by the pipeline into the drying chamber, for drying straw provide heat, heat exchange of air as heat source, not only can preheat, transportation of materials and design of secondary air nozzle, strengthen the disturbance of air in the furnace, fuel in the combustion process in constant rotation, and oxygen fully mixing, combustion is rapid and efficient.

The waste heat of the flue gas is collected and utilized, and not directly discharged into the air, which greatly reduces the emission of harmful gas in the combustion process, and optimizes the combustion structure.

Key words: biomass straw；combustion；self heating

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 初始数据及工艺要求 1

第二章 风量的计算 2

2.1一次空气量计算 2

2.1.1理论空气量计算 2

2.1.2 实际空气量计算 3

2.2燃料燃烧烟气量的计算 4

2.2.1理论烟气量计算 4

2.2.2 实际烟气量计算 5

2.3 燃烧温度的估值 6

2.4 供给二次风量的计算 7

3.1 一次风系统设计计算 8

3.2燃料进料机构（料斗）的设计 9

3.3 分布器开孔结构设计 9

3.4 二次风系统的设计 10

3.5引风系统的设计 11

第四章 旋风炉结构设计计算 13

4.1 旋风筒的直径 13

4.2 旋风筒的长度 13

4.3 旋风筒后环室尺寸 14

4.4 前顶盖锥角,开口直径的确定 14

4.5 二次风口布置 15

4.6 锅炉矩形出渣口的布置 16

4.7 旋风筒壁厚的设计计算 16

第五章 换热装备 17

5.1 换热器说明 17

第六章 支架的设计计算 19

6.1底座的选型 19

6.2 管道支撑件设计 19

6.3 补强圈设计 19

6.4 载荷计算校核 19

结束语 22

第一章 初始数据及工艺要求

1. 燃 料：稻、麦秸秆
2. 几何尺寸：10-150mm
3. 处 理 量：1000kg/h
4. 密 度：0.8kg/
5. 工艺流程：秸秆通过前期收割，粉碎成型，干燥处理处理后送入燃烧炉中，将切碎成型的燃料料干燥成型后送入炉内与含氧的热空气（一次风150℃）充分混合点火，燃烧形成烟气气流与为充分燃烧的物料所形成的混合物，二次风（350℃）以高速切向喷入筒内（二次风是高温热空气，由烟气与空气换热，再经鼓风机引入二次风口）搅拌烟气与燃料混合物，加大燃料停留时间，使得燃烧得以充分进行，烟气经过与外界冷空气的对流换热，通过引风装置给燃料的干燥提供热量，燃烧形成的液渣通过喷淋装置处理后进行还田（150℃），这样既节省了燃料干燥所需的能源，又合理控制了烟气的排放，达到了清洁燃烧的目的。

图1 自热旋风风燃烧工艺流程框图

第二章 风量的计算

2.1一次空气量计算

2.1.1理论空气量计算

在进行工程热力计算、炉内燃烧计算及选用风机的计算中，都必须计算燃料燃烧所需的空气量。1㎏（或1N）燃料燃烧所必要提供的空气量（烟气中不存在氧气，氧气全部参与燃烧反应）称为理论空气需要量。在实际意义上是1kg（或1N）燃料中的可以燃烧元素成分 C、H 等充分燃烧必须提供的最小空气量。也就是说，化学燃烧反应中理论空气量的计算 1kg（或1N）燃料所含有的可燃烧峰峰完全燃烧必须提供的空气量。

碳元素与氧气充分燃烧的反应化学表达式：

12 22.4

1kg N

12kg C 22.4 NO=22.4 NCO

所以12kg碳燃烧所需要氧气22.4 N，1 kg碳燃烧时需氧 22.4/12N,而1 kg燃料中碳元素的比重是kg，燃烧所必要的氧气含量表达式为：

（N/kg）

氢元素与氧气充分燃烧的反应化学表达式：

4 22.4

1kg N

4kg H 22.4 NO=44.8 NHO

1 kg秸秆燃料中氢有 kg，燃烧所需的氧气量为：

（N/kg）

1kg秸秆燃料中氧元素有 kg，氧含量的表达式为：

（N/kg）

结合上面所列方程，1 kg燃料充分燃烧所必要提供的空气量的理论值为：

（N/kg）

干空气中氧气的含量在21％，则1 kg秸秆完全燃烧所需要的理论空气量为：

（N）

式中 0.01--1kg秸秆中存在的基含碳量（kg）

0.01--1kg秸秆中存在的基含氢量（kg）

0.01--1k秸秆中存在的基含氧量（kg）

2.1.2 实际空气量计算

秸秆的燃烧可能在以下情况下进行：缺少氧气的工作环境、氧气富足的工作情况、正好满足燃烧氧气供应量的燃烧情况。

在实际燃烧设备中，燃料可空气的配比是均匀的情况是很难实现的。因此，假设我们只给出理论计算值得出的氧气需要量来提供燃烧所需要的空气量，那么燃烧并不能进行，此时，我们应该补足缺少部分的空气量，我们实际所提供的空气量被称之为实际空气需要量。实际空气供给量与理论空气需要量的比值称为秸秆燃烧的过量空气系数，以表示：

贫氧燃烧工况lt;1;富氧燃烧工况gt;1;理论燃烧工况=1。

大多数燃烧装置运行时，为了实现完全燃烧，实际空气供给量总是大于理论空气需要量，使燃料与空气在混合不均的条件下依然有充分的机会与空气接触。同时，也要注意过量空气系数不能过高，否则会导致排烟量增大，由烟气带走的热量也将增加。过量空气系数存在一最佳值，这时上述两种损失之和最低。

因此在燃烧装置设计和运行中，使空气系数处于合理范围之内十分重要。

表2.1 炉膛出口过量空气系数

燃烧设备 卧式旋风炉

燃料 无烟煤 烟煤

贫煤 褐煤

1.2-1.5 1.20-1.25

在确定空气系数值后，即可求出实际空气需要量。

在本课题中，以稻麦秆为燃料，假定其特性参数与褐煤相似，由于卧式旋风炉属于液态排渣炉，所以选取 值为1.2进行近似计算。

表2.2 稻麦秆元素含量分析

样品 C H O N Q

麦秆 40.68 5.91 35.05 0.65 15740KJ/Kg

稻秆 35.14 5.10 33.95 0.85 14654KJ/Kg

2.2燃料燃烧烟气量的计算

首先计算出燃烧产生的烟气量（即燃料完全燃烧后生成的烟气体积），再根据燃烧反应的热平衡理论计算出燃烧产物（即生成的烟气）的热焓，就能够进一步计算出燃烧温度，所以，烟气量的分析和计算是必不可少的环节。同时，对生成烟气的分析等烟气成分含量的分析，可以评价燃烧过程的完善程度，为调整燃烧过程提供科学依据。

2.2.1理论烟气量计算

理论烟气量 在供给理论空气量状况下，燃料完全燃烧后生成的烟气体积称为理论烟气量。这时，烟气中的气体分为三种气体。通常，烟气中的 属三原子气体，在烟气分析时常常也是被同时测出来的，所以可引入 将它们合并表示。根据化学反应可以得出对应于1kg 燃料燃烧时所产生的上述气体体积，即：

（1）1kg燃料充分燃烧生成二氧化碳的体积为：

（2）1kg燃料充分燃烧生成氮气的体积为：

氮气包括燃料含有的含氮组份所生成的氮气和助燃空气所带入的氮气两部分组成，即：

(3) 1kg燃料充分燃烧产生水蒸气的体积。

水蒸气理论上三个形式：

由燃料中水分蒸发形成的水蒸气体积为：

由氢的燃烧反应方程式，可得燃料中氢燃烧生成的水蒸气体积为：

由理论空气量带入水蒸气体积为：

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