生物质燃料和固体矿物质燃料煤的主要差别.doc

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1、生物质燃料直接燃烧过程特性的分析1　生物质燃料和固体矿物质燃料(煤)的主要差别　生物质燃料和煤碳相比有以下一些主要差别1)含碳量较少,含固定碳少。生物质燃料中含碳量最高的也仅50%左右,相当于生成年代较少的褐煤的含碳量。特别是固定碳的含量明显地比煤炭少。因此,生物质燃料不抗烧,热值较低。2)含氢量稍多,挥发分明显较多。生物质燃料中的碳多数和氢结合成低分子的碳氢化合物,遇一定的温度后热分解而折出挥发物。所以,生物质燃料易被引燃,燃烧初期,析出量较大,在空气和温度不足的情况下易产生镶黑边的火焰。在使用生物质为燃料的设备设计中必须注意到这一点。　　3)含氧量多。生物质燃

2、料含氧量明显地多于煤炭,它使得生物质燃料热值低,但易于引燃。在燃烧时可相对地减少供给空气量。4)密度小。生物质燃料的密度明显地较煤炭低,质地比较疏松,特别是农作物秸杆和粪类。这样使得这类燃料易于燃烧和燃尽,灰烬中残留的碳量较燃用煤炭者少。5)含硫量低。生物质燃料含硫量大多少于0.20%,燃烧时不必设置气体脱硫装置降低了成本,又有利于环境的保护。2　生物质燃料的燃烧过程　　生物质燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程,又是燃料和空气间的传热、传质过程。燃烧除去燃料存在外,必须有足够温度的热量供给和适当的空气供应。它可分作:预热、干燥(水分蒸发)、挥发分析出和焦碳(固定碳

3、)燃烧等过程。燃料送入燃烧室后,在高温热量(由前期燃烧形成)作用下,燃料被加热和析出水分。随后,然料由于温度的继续增高,约250℃左右,热分解开始,析出挥发分,并形成焦碳。气态的挥发分和周围高温空气掺混首先被引燃而燃烧。一般情况下,焦碳被挥发分包围着,燃烧室中氧气不易渗透到焦碳表面,只有当挥发分的燃烧快要终了时,焦碳及其周围温度已很高,空气中的氧气也有可能接触到焦碳表面,焦碳开始燃烧,并不断产生灰烬。从上述说明可以看出,产生火焰的燃烧过程为两个阶级:即挥发分析出燃烧和焦碳燃烧,前者约占燃烧时间的10%,后者则占90%。同时也可看出,生物质燃料在燃烧过程中有以下一些

4、特点:1)物质燃料的密度小,结构比较松散,挥发分含量高,在250℃时热分解开始,在325℃时就已开始十分活跃,350℃时挥发分能析出80%。可以看到,挥发分析出时间较短,若空气供应不当,有机挥发分容易不被燃烬而排出,排烟为黑色,严重时为浓黄色烟。所以在设计燃用生物质燃料的设备时,必须有足够的扩散型空气供给,燃烧室必须有足够的容积和一定的拦火,以便有一定的燃烧空间和燃烧时间。同时空气供给量的多少也是生物质气化炉设计的关键之一。2)挥发分逐渐析出和烧完后,燃料的剩余物为疏松的焦碳,气流运动会将一部分碳粒裹入烟道,形成黑絮,所以,通风过强会降低燃烧效率。3)挥发分烧完,

5、焦碳燃烧受到灰烬包裹和空气渗透较难的影响,妨碍了焦碳的燃烧,造成灰烬中残留余碳。为促进焦碳的燃烧充分,此时应适当加以捅火或加强炉蓖的通风。3　空气供给量　　适合的空气量和空气供给方式是保证燃料燃烧充分的条件之一。过多的空气供给,会吸收燃烧产生的热量,降低燃烧温度,淡化可燃气体的浓度,使化学反应减慢;过少的空气供给或空气受阻,分配不良,会使可燃气体未经燃烧而逸出。单位质量燃料的理论需要空气量可根据化学反应式获得。生物质燃料中磷含量极少,而钾都以氧化钾的形式出现,故二者可以忽略不计,单位质量燃料的理论需要空气量可按下式计算:V0=0.0889Cy+0.256Hy+0.

6、0333(Sy+Oy)Nm3/kg燃料　(1)式中　V0——单位质量燃料理论需要标准状态下空气的体积,Nm3/kg燃料;Cy、Hy、Sy、Oy——燃料各组成元素的应用基含量,。常见的生物质燃料,其理论需要空气量为4～5Nm3/kg燃料。在实际燃烧时,由于供给方式的限制以及空气和燃料的接触的不完善,只供给理论空气量是不够的。为了保证燃料充分燃烧,实际供给的空气要比理论需要量要多。实际供给空气量V和理论空气量之比称作空气过量系数,用符号a表示:a=VV0(2)Vpy=[0.018866(Cy+0.375Sy)+0.111Hy+0式中　Vpy——每千克燃料燃烧产生的实

7、际烟气量　Nm3/kg燃料Wy、Ny——燃料的水分、氮元素的应用基含量的百分数。炉灶中的排烟损失和排烟量及排烟温度有关,排烟量大,排烟损失也随之增大。同时,排烟量的多少直接关系到炉灶的喉口、烟囱截面和火炕炕洞截面尺寸的确定。在家用生物质燃料的炉灶中,难以像工业锅炉可以用调节法加以控制空气过量系数值。从实际测试中可以看出,凡是烟囱抽力不佳,拦火过分,喉口小等情况都会减少空气的进入,排烟中一氧化碳量明显增多;而烧火旺,拦火小,烟囱抽力大的情况下,则空气过量系数增大,最大时可达4.0以上。一般情况下空气过量系数a值在1.70～3.00之间。最佳的空气过量系数a值为2.0

8、0左右。空