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生物质燃烧过程 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 / 14-12-06

    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。其燃烧过程可分为四个阶段:干燥过程、挥发分的析出与燃烧、过渡阶段及焦炭燃烧。
    1)干燥过程
    送人燃烧室后,在高温热量(由前期燃烧形成)作用下,燃料中的水分受热蒸发汽化(生物质颗粒燃料中的水分在100℃左右就会很快蒸发),从燃料中逸出。这一过程即是生物质的干燥过程,木屑颗粒机压制的颗粒燃料如下图所示:木屑颗粒机压制的松树皮颗粒燃料
    2)挥发分的析出与燃烧
    随着温度的不断升高,生物质颗粒燃料进行挥发热解过程,研究表明生物质颗粒燃料在150~800℃都有热解挥发分析出。挥发分的析出可以分成三个明显的阶段。在低于280℃的温度范围内有一个明显的失重过程,它完成了生物质的半纤维素(羧基、羰基)等低分子质量物质的分解,放出大量的H20、C02与CO,到达着火温度后,气态的挥发分和周围高温空气掺混首先被引燃而燃烧。在这种火焰温度的影响下,加快了燃料中纤维素的热分解过程,为280~500℃,纤维素快速热解,出现第一个反应速率的峰值,生成了大量气体而炭的生成量较少,在此温度区域内出现了一个迅速失重过程。木质素的热解速率在400℃以后出现峰值,因此在此温度段所发生的热解是以上几种组成成分热解叠加的结果;在热解温度高于500℃时,半纤维素及纤维素的热分解基本结束,而木质素较难热解,其热解几乎跨越整个热解过程,因此温度超过500℃时以木质素的热解为主,生成了H2、CH4与较多的炭。一般情况下,此阶段主要是挥发分在燃烧,其发热量占到生物质热值的70%,焦炭被挥发分包围着,燃烧室中氧气不易渗透到焦炭表面,但是,气流运动会将一部分炭粒裹人烟道,形成黑絮,所以,通风过强会降低燃烧效率。
    这提示大家,设计生物质燃炉的核心技术应是挥发分充分析出的时间和空间设计。使其在低温时析出,在高温段燃烧。这是解决沉积和结渣问题的理沦基础。
    3)过渡阶段
    随后,燃料的温度进一步增高。纤维素的热分解速率急速下降,此时挥发分物质仍能保持燃烧火焰。木质素由于高温碳化,并通过氧化作用表面开始着火,生成炙热火焰,以较慢的速率燃烧,此时出现气相和固相两种燃烧状态并存的现象,直到燃料中的挥发分物质分解完毕,气相火焰熄灭。
    4)焦炭燃烧
    当挥发分的燃烧快要终了时,焦炭及其周围温度已很高,空气中的氧气也有可能接触到焦炭表面,焦炭开始燃烧,并不断产生灰烬,燃料中的木质素已全部碳化,表面生成炙热的火焰,燃烧反应速率加快,并出现第二次反应速率峰值,然后燃烧速率变慢,表面炙热火焰由红变暗,逐渐消失。但是,焦炭燃烧受到灰烬包裹和空气渗透较难影响,阻碍了焦炭的燃烧,造成灰烬中残留余炭。
    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炭燃烧。
    综上所述,生物质颗粒燃料在燃烧过程中具有以下几个特点。
    (1)生物质燃料的密度小,结构比较松散,挥发分含量高。在150℃时,热分解开始,350℃时挥发分能析出80%。达到着火温度时,开始燃烧,挥发分的燃烧主要在炉膛的稀相区进行。由于挥发分析出时间比较短,此时若空气供应不当,挥发分不能燃烬而排出,排烟为黑色,严重时为浓黄色烟。所以在设计生物质燃烧设备时,燃烧室必须有足够的容积,以便有一定的燃烧空间和燃烧时间。
    (2)几种生物质的差热曲线可以发现:生物质燃料在着火以前,为吸热反应,吸取的热量称为预燃热,它包括水分的蒸发潜热、低温馏分物质热分解及其产物加热到达着火温度所需要的热量;到着火温度以后,先后进行了气相和固相燃烧,为放热反应。
    (3)存在两个放热峰值,两个反应速率峰值。燃料的挥发分物质主要是纤维素的热分解产物,燃烧形成第一个放热峰,由于热值比较低,形成的放热峰面积较小;焦炭的燃烧形成第二个放热峰,由于热值比较高,形成的放热峰面积比较大。在280~500℃,纤维素快速热解,出现第一个反应速率的峰值,当燃料中的木质素已全部碳化,表面生成炙热的火焰,燃烧反应速率加快,并出现第二次反应速率峰值。
(4)生物质燃料中的挥发分物质,其热分解燃烧速率大于碳化物质的固相燃烧速率。
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