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不同形态生物质燃烧技术现状和展望(一) 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 13-10-31

0、引言
    生物质能与化石能源相比,具有可再生和低污染的优势,因此受到全世界普遍的重视,并已成为新能源的发展方向之一。生物质能主要通过直接燃烧、气化、液化和厌氧发酵加以利用。生物质因具有挥发分高、炭活性高、N和S含量低,灰分低,生命周期内燃烧过程CO2零排放等特点,特别适合燃烧转化利用,是一种优质燃料。生物质燃烧技术按其形态的不同可分为生物质成型燃料(经过颗粒机或者秸秆压块机压制而成)的燃烧技术、生物质捆烧技术、生物质粉体燃烧技术和生物质燃气燃烧技术等,就中国的基本国情和生物质利用水平而言,生物质燃烧技术无疑是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。
1、生物质燃料的燃烧特性
    生物质作为燃料与煤相比有许多差别,其差别列于表1中。由表1可看出,生物质的挥发分远高于煤,灰分和含碳量远小于煤,其热值小于煤,生物质这种燃料特点就决定了它的燃烧具有一定的特性。
燃料种类 C/% O/% H/% S/% A/% V/% 密度/cm-3
生物质燃料 38~50 30~44 5~6 0.10~0.20 4~14 65~70 0.47~0.64
煤炭 55~90 3~20 3~5 0.40~0.60 5~25 7~38 0.80~1.00
    生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发分的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段,其燃烧过程的特点是:
   (1)生物质水分含量较多,燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时问,产生的烟气体积较大,排烟热损失较高;
   (2)生物质燃料的密度小,结构比较松散,迎风面积大,容易被吹起,悬浮燎烧的比例较大;
   (3)由于生物质发热量低,炉内温度场偏低,组织稳定的燃烧比较困难;
   (4)由于生物质挥发份含量高,燃料着火温度较低,一般在250℃~ 350℃温度下挥发分就大量析出并开始剧烈燃烧,此时若空气供应量不足,将会增大燃料的不完全燃烧损失;
   (5)挥发分析出燃尽后,受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响,焦炭颗粒燃烧速度缓慢、燃尽困难,如不采取适当的必要措施,将会导致灰烬中残留较多的余碳,增大机械不完全燃烧损失。
    由此可见,生物质燃烧设备的设计和运行方式的选择应从不同种类生物质的燃烧特性出发,才能保证生物质燃烧设备运行的经济性和可靠性,提高生物质开发利用的效率。
2不同形态生物质燃烧技术
   2.1生物质成型燃料燃烧技术
   生物质成型燃料是将秸秆、稻壳、锯末、木屑等生物质废弃物,用机械(通常使用的机械设备是颗粒机或者秸秆压块机)加压的方法,使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料,其具有体积小、密度大、储运方便;燃烧稳定、周期长;燃烧效率高;灰渣及烟气中污染物含量小等优点。
美国在20世纪30年代就开始研究压缩成型燃料技术及燃烧技术,并研制了螺旋压缩机及相应的燃烧设备,日本在20世纪30年代开始研究机械活塞式成型技术处理术材废弃物,1 954年研制成棒状燃料成型机及相关的燃烧设备;70年代后期,西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等国家也开始重视压缩成型技术及燃烧技术的研究,各国先后有了各类成型机及配套的燃烧设备;20世纪80年代,亚洲除日本外,泰国、印度、菲律宾、韩国、马来西亚已建了不少固化、碳化专业生产厂,并已研制出相关的燃烧设备。到20世纪90年代,日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型,并形成了产业化,在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用。但国外的这些燃烧设备与中国相比,存在着价格高、使用燃料品种单一、易结渣、电耗高等缺点,不适合引进中国。
    从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆成型机,中国生物质压缩成型技术的研究开发已有二十多年的历史。到目前为止,中国已研制出机械冲压成型机、活塞式成型机、液压式成型机、辊压式成型机等多种成型机械。但是,相应的专用生物质成型燃料燃烧设备的研制还很少。一些单位为燃用生物质成型燃料,在未弄清生物质成型燃料燃烧特性的情况下,盲目把原有的燃煤燃烧设备改为生物质成型燃料燃烧设备。改造后的燃烧设备仍存在着空气流动场分布、炉膛温度场分布、浓度场分布、过量空气系数大小、受热面布置等不合理现象,严重影响了生物质成型燃料燃烧正常速度与正常状况,致使改造后的燃烧设备存在着热效率低,排烟中的污染物含量高,易结渣等问题。
    2003年河南农业大学pl提出了生物质成型燃料燃烧的理论,研制出一台双层炉排生物质成型燃料锅炉。该燃烧设备采用双层炉排结构,印在手烧炉排一定高度另加一道水冷却的钢管式炉排。双层炉排的上炉门常开,作为投燃料与供应空气之用;中炉门用于调整下炉排上燃料的燃烧和清除灰渣,仅在点火及清渣时打开;下炉门用于排灰及供给少量空气,正常运行时微开,开度视下炉排上的燃烧情况而定。上炉排以上的空间相当于风室,上下炉排之间的空间为炉膛,其后墙上设有烟气出口。烟气出口不宜过高,以免烟气短路,影响可燃气体的燃烧和火焰充满炉膛,但也不宜过低,以保证下炉排有必要的灰渣层厚度(100mm~200mm)。这种燃烧方式,实现了生物质成型燃料的分步燃烧,缓解生物质燃烧速度,达到燃烧需氧与供氧的匹配,使生物质成型燃料稳定、持续、完全燃烧,起到了消烟除尘作用。
    2.2生物质捆烧技术
    欧盟许多成员国具有丰富的可再生能源,生物质秸秆捆烧技术发展迅速,以丹麦、比利时、法国的生物质草捆燃烧技术发展最为成熟。美国、日本等国也已发展起生物质捆烧技术,并形成产品系列化,在一些区域得到推广应用。丹麦具有各种小型、中型及大型打捆机,能生产各种型号的生物质秸秆捆,适应不同层次的燃烧设备。生物质锅炉型号也比较齐全,主要有以下三种锅炉系统:
    1)以片状草捆为燃料的系统
    整个草掴被液压切片机切成片后由活塞式输送机推入锅炉。在切片之前,将草捆举至与液压切片机垂直的位置,然后从草捆底部开始切片。
    2)连续燃烧整个草捆的系统
    此类锅炉没有把草捆切碎,而是将多个完整草捆排成一列连续不断地推入炉膛内。首先起重机把草捆置于料箱中,由液压驱动的活塞式输送机将其推入通道中,然后再把草捆推至位于炉墙上的燃烧器处。秸秆在此释放出挥发分,并通入大量的二次空气将其完全燃烬。此时仍然向前推进草捆,没有燃烬的秸秆和产生的灰分落在了水冷炉排上最后燃烬。
    三门峡富通新能源销售颗粒机、秸秆颗粒机、木屑颗粒机、秸秆压块机等生物质成型机械设备。
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