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成型生物质颗粒燃料的燃烧特性

由于原态生物质在燃烧过程中,挥发分析出速度过快,导致燃烧瞬时需氧量与外界供氧量极其不匹配,燃烧过程相当不稳定,因此需要延长挥发分析出的时间。而将原态生物质压缩成型不但解决这一问题,而且还方便生物质原料的储存和运输。研究者们发现生物质中的木质素在一定温度范围内(130-200℃)会软化,施加适当的压力可使其相邻颗粒之间互相胶结,冷却成型。成型的生物质燃料制作技术就是利用木质素的软化特性,利用压缩机械将散状的生物质原料在高压条件下,利用原态生物质微粒之间互相挤压摩擦及机器自身摩擦和机器与生物质微粒之间的摩擦所产生的热量或者外界加热的情况下,使木质素软化,生物质微粒之间互相胶结、挤压成型,从而得到具体形状和规格的成型生物质颗粒燃料。燃烧试验发现成型生物质颗粒燃料的燃烧机理与煤的燃烧机理存在差异,为使直接燃用生物质成型颗粒燃料的燃烧设备具有较高的热效应和较低的排放污染,必须对成型生物质颗粒燃料燃烧特性进行研究、分析和总结。现将成型生物质颗粒燃料的燃烧理论简述如下。

1. 成型生物质颗粒燃料的燃烧机理

成型生物质颗粒燃料的燃烧方式属于静态渗透式扩散燃烧,燃烧过程的起点是成型生物质颗粒燃料着火。将其完整的燃烧过程简要描述如下;(1)成型生物质颗粒燃料表面层的可燃挥发物析出,迅速与空气混合,着火燃烧,形成火焰;(2)燃烧向内渗透,成型生物质颗粒燃料的外表层碳处于过度燃烧区,此时除挥发分的燃烧外,部分焦炭开始着火燃烧,形成较长的火焰;(3)成型生物质颗粒燃料外表面仍有少量的挥发分燃烧,这阶段主要是指燃烧向成型生物质颗粒燃料更深层渗透。焦炭的扩散燃烧,燃烧产物CO

2

、CO及其它气体迅速向外表层扩散,扩散过程中一氧化碳不断与氧气结合生成二氧化碳,成型生物质颗粒燃料的外表层生成小灰壳,灰壳外层被蓝色火焰包围;(4)生物质颗粒燃料进一步向更深层发展,在层内主要进行碳燃烧(即

C O2 →CO2 ),在灰壳球表面进行一氧化碳的燃烧(即CO O2 →CO2

),加厚灰球壳的厚度,由于生物质的燃尽和热膨胀,灰层中呈现微孔组织或空隙通道甚至裂缝,较少的短火焰包围着成型块;(5)燃尽薄灰壳不断加厚,成型生物质颗粒燃料中的可燃物已燃尽,在没有外界强烈干扰的情况下,形成完整的灰球,灰球表面无火焰,灰球逐渐变成暗红色,至此成型的生物质颗粒燃料完成了它的整个燃烧过程。

2. 成型生物质颗粒燃料的燃烧特性

成型的生物质燃料是由散状的原态生物质经过成型压缩机高压压制而成。相对于原态生物质燃料而言,成型后的生物质燃料发生以下几点变化:(1)密度增大;(2)点火性能变差,但比煤的点火性能好;(3)燃烧时挥发分的析出速度大大降低,但其挥发分特性指数和燃烧特性指数大于煤;(4)燃料内部的传热热阻增大,但其热阻比石煤小;(5)燃烧的时间有所延长;(6)燃烧相对比较稳定,容易控制,燃烧热损失相对降低。