1 生物质燃料和固体矿物质燃料(煤)的主要差别 表1列出了典型生物质燃料和典型的烟某和无烟煤的元素组成和工业分析成分组成〔1〕。从表1中看出,生物质燃料和煤碳相比有以下一些主要差别(见表2):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(见表1)。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。从表2所列数字看出,生物质燃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(见表2),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。图1为燃料燃烧过程的图示。它可分作:预热、干燥(水分蒸发)、挥发分析出和焦碳(固定碳)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,焦碳
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生物质燃料棒