0、引言
生物質(zhì)能與化石能源相比，具有可再生和低污染的優(yōu)勢(shì)，因此受到全世界普遍的重視，并已成為新能源的發(fā)展方向之一。生物質(zhì)能主要通過直接燃燒、氣化、液化和厭氧發(fā)酵加以利用。生物質(zhì)因具有揮發(fā)分高、炭活性高、N和S含量低，灰分低，生命周期內(nèi)燃燒過程CO
2零排放等特點(diǎn)，特別適合燃燒轉(zhuǎn)化利用，是一種優(yōu)質(zhì)燃料。生物質(zhì)燃燒技術(shù)按其形態(tài)的不同可分為生物質(zhì)成型燃料（經(jīng)過
顆粒機(jī)或者
秸稈壓塊機(jī)壓制而成）的燃燒技術(shù)、生物質(zhì)捆燒技術(shù)、生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)和生物質(zhì)燃?xì)馊紵夹g(shù)等，就中國的基本國情和生物質(zhì)利用水平而言，生物質(zhì)燃燒技術(shù)無疑是最簡(jiǎn)便可行的高效利用生物質(zhì)資源的方式之一。
1、生物質(zhì)燃料的燃燒特性
生物質(zhì)作為燃料與煤相比有許多差別，其差別列于表1中。由表1可看出，生物質(zhì)的揮發(fā)分遠(yuǎn)高于煤，灰分和含碳量遠(yuǎn)小于煤，其熱值小于煤，生物質(zhì)這種燃料特點(diǎn)就決定了它的燃燒具有一定的特性。
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燃料種類 |
C/% |
O/% |
H/% |
S/% |
A/% |
V/% |
密度/cm-3 |
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生物質(zhì)燃料 |
38～50 |
30～44 |
5～6 |
0.10～0.20 |
4～14 |
65～70 |
0.47～0.64 |
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煤炭 |
55～90 |
3～20 |
3～5 |
0.40～0.60 |
5～25 |
7～38 |
0.80～1.00 |
生物質(zhì)燃料的燃燒過程主要分為揮發(fā)分的析出、燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個(gè)獨(dú)立階段，其燃燒過程的特點(diǎn)是：
(1)生物質(zhì)水分含量較多，燃燒需要較高的干燥溫度和較長的干燥時(shí)問，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高；
(2)生物質(zhì)燃料的密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，迎風(fēng)面積大，容易被吹起，懸浮燎燒的比例較大；
(3)由于生物質(zhì)發(fā)熱量低，爐內(nèi)溫度場(chǎng)偏低，組織穩(wěn)定的燃燒比較困難；
(4)由于生物質(zhì)揮發(fā)份含量高，燃料著火溫度較低，一般在250℃~ 350℃溫度下?lián)]發(fā)分就大量析出并開始劇烈燃燒，此時(shí)若空氣供應(yīng)量不足，將會(huì)增大燃料的不完全燃燒損失；
(5)揮發(fā)分析出燃盡后，受到灰燼包裹和空氣滲透困難的影響，焦炭顆粒燃燒速度緩慢、燃盡困難，如不采取適當(dāng)?shù)谋匾胧瑢?huì)導(dǎo)致灰燼中殘留較多的余碳，增大機(jī)械不完全燃燒損失。
由此可見，生物質(zhì)燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式的選擇應(yīng)從不同種類生物質(zhì)的燃燒特性出發(fā)，才能保證生物質(zhì)燃燒設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，提高生物質(zhì)開發(fā)利用的效率。
2不同形態(tài)生物質(zhì)燃燒技術(shù)
2.1生物質(zhì)成型燃料燃燒技術(shù)
生物質(zhì)成型燃料是將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等生物質(zhì)廢棄物，用機(jī)械（通常使用的機(jī)械設(shè)備是顆粒機(jī)或者秸稈壓塊機(jī)）加壓的方法，使原來松散、無定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料，其具有體積小、密度大、儲(chǔ)運(yùn)方便；燃燒穩(wěn)定、周期長；燃燒效率高；灰渣及煙氣中污染物含量小等優(yōu)點(diǎn)。
美國在20世紀(jì)30年代就開始研究壓縮成型燃料技術(shù)及燃燒技術(shù)，并研制了螺旋壓縮機(jī)及相應(yīng)的燃燒設(shè)備，日本在20世紀(jì)30年代開始研究機(jī)械活塞式成型技術(shù)處理術(shù)材廢棄物，1 954年研制成棒狀燃料成型機(jī)及相關(guān)的燃燒設(shè)備；70年代后期，西歐許多國家如芬蘭、比利時(shí)、法國、德國、意大利等國家也開始重視壓縮成型技術(shù)及燃燒技術(shù)的研究，各國先后有了各類成型機(jī)及配套的燃燒設(shè)備；20世紀(jì)80年代，亞洲除日本外，泰國、印度、菲律賓、韓國、馬來西亞已建了不少固化、碳化專業(yè)生產(chǎn)廠，并已研制出相關(guān)的燃燒設(shè)備。到20世紀(jì)90年代，日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，并形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已普遍推廣應(yīng)用。但國外的這些燃燒設(shè)備與中國相比，存在著價(jià)格高、使用燃料品種單一、易結(jié)渣、電耗高等缺點(diǎn)，不適合引進(jìn)中國。
從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋推進(jìn)式秸稈成型機(jī)，中國生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究開發(fā)已有二十多年的歷史。到目前為止，中國已研制出機(jī)械沖壓成型機(jī)、活塞式成型機(jī)、液壓式成型機(jī)、輥壓式成型機(jī)等多種成型機(jī)械。但是，相應(yīng)的專用生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的研制還很少。一些單位為燃用生物質(zhì)成型燃料，在未弄清生物質(zhì)成型燃料燃燒特性的情況下，盲目把原有的燃煤燃燒設(shè)備改為生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備。改造后的燃燒設(shè)備仍存在著空氣流動(dòng)場(chǎng)分布、爐膛溫度場(chǎng)分布、濃度場(chǎng)分布、過量空氣系數(shù)大小、受熱面布置等不合理現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生物質(zhì)成型燃料燃燒正常速度與正常狀況，致使改造后的燃燒設(shè)備存在著熱效率低，排煙中的污染物含量高，易結(jié)渣等問題。
2003年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)pl提出了生物質(zhì)成型燃料燃燒的理論，研制出一臺(tái)雙層爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐。該燃燒設(shè)備采用雙層爐排結(jié)構(gòu)，印在手燒爐排一定高度另加一道水冷卻的鋼管式爐排。雙層爐排的上爐門常開，作為投燃料與供應(yīng)空氣之用；中爐門用于調(diào)整下爐排上燃料的燃燒和清除灰渣，僅在點(diǎn)火及清渣時(shí)打開；下爐門用于排灰及供給少量空氣，正常運(yùn)行時(shí)微開，開度視下爐排上的燃燒情況而定。上爐排以上的空間相當(dāng)于風(fēng)室，上下爐排之間的空間為爐膛，其后墻上設(shè)有煙氣出口。煙氣出口不宜過高，以免煙氣短路，影響可燃?xì)怏w的燃燒和火焰充滿爐膛，但也不宜過低，以保證下爐排有必要的灰渣層厚度(100mm～200mm)。這種燃燒方式，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)成型燃料的分步燃燒，緩解生物質(zhì)燃燒速度，達(dá)到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質(zhì)成型燃料穩(wěn)定、持續(xù)、完全燃燒，起到了消煙除塵作用。
2.2生物質(zhì)捆燒技術(shù)
歐盟許多成員國具有豐富的可再生能源，生物質(zhì)秸稈捆燒技術(shù)發(fā)展迅速，以丹麥、比利時(shí)、法國的生物質(zhì)草捆燃燒技術(shù)發(fā)展最為成熟。美國、日本等國也已發(fā)展起生物質(zhì)捆燒技術(shù)，并形成產(chǎn)品系列化，在一些區(qū)域得到推廣應(yīng)用。丹麥具有各種小型、中型及大型打捆機(jī)，能生產(chǎn)各種型號(hào)的生物質(zhì)秸稈捆，適應(yīng)不同層次的燃燒設(shè)備。生物質(zhì)鍋爐型號(hào)也比較齊全，主要有以下三種鍋爐系統(tǒng)：
1)以片狀草捆為燃料的系統(tǒng)
整個(gè)草摑被液壓切片機(jī)切成片后由活塞式輸送機(jī)推入鍋爐。在切片之前，將草捆舉至與液壓切片機(jī)垂直的位置，然后從草捆底部開始切片。
2)連續(xù)燃燒整個(gè)草捆的系統(tǒng)
此類鍋爐沒有把草捆切碎，而是將多個(gè)完整草捆排成一列連續(xù)不斷地推入爐膛內(nèi)。首先起重機(jī)把草捆置于料箱中，由液壓驅(qū)動(dòng)的活塞式輸送機(jī)將其推入通道中，然后再把草捆推至位于爐墻上的燃燒器處。秸稈在此釋放出揮發(fā)分，并通入大量的二次空氣將其完全燃燼。此時(shí)仍然向前推進(jìn)草捆，沒有燃燼的秸稈和產(chǎn)生的灰分落在了水冷爐排上最后燃燼。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等生物質(zhì)成型機(jī)械設(shè)備。
