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生物質燃燒過程 木屑顆粒機|秸稈顆粒機|秸稈壓塊機|木屑制粒機|生物質顆粒機|富通新能源 / 14-12-06

    生物質燃料的燃燒過程是強烈的化學反應過程,又是燃料和空氣間的傳熱、傳質過程。其燃燒過程可分為四個階段:干燥過程、揮發分的析出與燃燒、過渡階段及焦炭燃燒。
    1)干燥過程
    送人燃燒室后,在高溫熱量(由前期燃燒形成)作用下,燃料中的水分受熱蒸發汽化(生物質顆粒燃料中的水分在100℃左右就會很快蒸發),從燃料中逸出。這一過程即是生物質的干燥過程,木屑顆粒機壓制的顆粒燃料如下圖所示:木屑顆粒機壓制的松樹皮顆粒燃料
    2)揮發分的析出與燃燒
    隨著溫度的不斷升高,生物質顆粒燃料進行揮發熱解過程,研究表明生物質顆粒燃料在150~800℃都有熱解揮發分析出。揮發分的析出可以分成三個明顯的階段。在低于280℃的溫度范圍內有一個明顯的失重過程,它完成了生物質的半纖維素(羧基、羰基)等低分子質量物質的分解,放出大量的H20、C02與CO,到達著火溫度后,氣態的揮發分和周圍高溫空氣摻混首先被引燃而燃燒。在這種火焰溫度的影響下,加快了燃料中纖維素的熱分解過程,為280~500℃,纖維素快速熱解,出現第一個反應速率的峰值,生成了大量氣體而炭的生成量較少,在此溫度區域內出現了一個迅速失重過程。木質素的熱解速率在400℃以后出現峰值,因此在此溫度段所發生的熱解是以上幾種組成成分熱解疊加的結果;在熱解溫度高于500℃時,半纖維素及纖維素的熱分解基本結束,而木質素較難熱解,其熱解幾乎跨越整個熱解過程,因此溫度超過500℃時以木質素的熱解為主,生成了H2、CH4與較多的炭。一般情況下,此階段主要是揮發分在燃燒,其發熱量占到生物質熱值的70%,焦炭被揮發分包圍著,燃燒室中氧氣不易滲透到焦炭表面,但是,氣流運動會將一部分炭粒裹人煙道,形成黑絮,所以,通風過強會降低燃燒效率。
    這提示我們,設計生物質燃爐的核心技術應是揮發分充分析出的時間和空間設計。使其在低溫時析出,在高溫段燃燒。這是解決沉積和結渣問題的理淪基礎。
    3)過渡階段
    隨后,燃料的溫度進一步增高。纖維素的熱分解速率急速下降,此時揮發分物質仍能保持燃燒火焰。木質素由于高溫碳化,并通過氧化作用表面開始著火,生成炙熱火焰,以較慢的速率燃燒,此時出現氣相和固相兩種燃燒狀態并存的現象,直到燃料中的揮發分物質分解完畢,氣相火焰熄滅。
    4)焦炭燃燒
    當揮發分的燃燒快要終了時,焦炭及其周圍溫度已很高,空氣中的氧氣也有可能接觸到焦炭表面,焦炭開始燃燒,并不斷產生灰燼,燃料中的木質素已全部碳化,表面生成炙熱的火焰,燃燒反應速率加快,并出現第二次反應速率峰值,然后燃燒速率變慢,表面炙熱火焰由紅變暗,逐漸消失。但是,焦炭燃燒受到灰燼包裹和空氣滲透較難影響,阻礙了焦炭的燃燒,造成灰燼中殘留余炭。
    從上述說明可以看出,產生火焰的燃燒過程為兩個階級:即揮發分析出燃燒和焦炭燃燒。
    綜上所述,生物質顆粒燃料在燃燒過程中具有以下幾個特點。
    (1)生物質燃料的密度小,結構比較松散,揮發分含量高。在150℃時,熱分解開始,350℃時揮發分能析出80%。達到著火溫度時,開始燃燒,揮發分的燃燒主要在爐膛的稀相區進行。由于揮發分析出時間比較短,此時若空氣供應不當,揮發分不能燃燼而排出,排煙為黑色,嚴重時為濃黃色煙。所以在設計生物質燃燒設備時,燃燒室必須有足夠的容積,以便有一定的燃燒空間和燃燒時間。
    (2)幾種生物質的差熱曲線可以發現:生物質燃料在著火以前,為吸熱反應,吸收的熱量稱為預燃熱,它包括水分的蒸發潛熱、低溫餾分物質熱分解及其產物加熱到達著火溫度所需要的熱量;到著火溫度以后,先后進行了氣相和固相燃燒,為放熱反應。
    (3)存在兩個放熱峰值,兩個反應速率峰值。燃料的揮發分物質主要是纖維素的熱分解產物,燃燒形成第一個放熱峰,由于熱值比較低,形成的放熱峰面積較小;焦炭的燃燒形成第二個放熱峰,由于熱值比較高,形成的放熱峰面積比較大。在280~500℃,纖維素快速熱解,出現第一個反應速率的峰值,當燃料中的木質素已全部碳化,表面生成炙熱的火焰,燃燒反應速率加快,并出現第二次反應速率峰值。
(4)生物質燃料中的揮發分物質,其熱分解燃燒速率大于碳化物質的固相燃燒速率。
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