生物质直接燃烧技术研究探讨.doc

PAGE1

生物质直接燃烧技术研究探讨

摘要：我国是一个生物质能源消耗大国。在我国的广大农村地区，大部分生物质燃料为直接燃烧，这种农村能源结构在一个相当长的时期内不会改变，这是由我国的国情所决定的。所以，对生物质作为能源的直接燃烧技术和装置的研究是十分必要的。生物质在燃烧过程中二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减少温室效应。为此，通过对生物质直接燃烧、生物质-煤混合燃烧技术的分析，指出了生物质是我国今后能源有效利用的发展方向。

引言

生物质能源一直是人们赖以生存的重要能源。目前，生物质能源仅次于煤炭、石油和天然气而居世界能源消费总量的第4位，在整个能源系统中占有重要地位。生物质能源的利用占世界总能耗的14%，相当于12.57亿t的石油。在发展中国家，生物质能占能耗的35%。但目前，全世界生物质利用总量还不到其产量的1%，生物质能开发利用前景十分广阔[1]。为此，笔者对生物质直接燃烧技术进行了探讨。

1生物质燃料和矿物燃料(煤)的主要差别

典型生物质燃料和典型的烟煤、无烟煤的元素组成与工业分析成分组成如表1所示，生物质燃料和煤炭在结构特性上的主要差别如表2所示。

从表1和表2可以看出，生物质燃料和煤炭相比主要差别为：

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，生物质燃料热值较低。

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析出挥发分。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。

3)含氧量多。从表2可知，生物质燃料含氧量明显地多于煤炭，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，质地比较疏松，特别是农作物秸秆和畜禽粪便。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。大部分生物质燃料含硫量少于0.02%，燃烧时不必设置气体脱硫装置，降低了成本，有利于环境保护。

2生物质燃料的燃烧特性

根据刘建禹和翟国勋[3]等对生物质燃料的特性的研究可以发现，生物质燃料与化石燃料相比存在明显的差异。由于生物质燃料的特性与化石燃料不同，从而导致了生物质燃料在燃烧过程中的燃烧机理、反应速度以及燃烧产物的成分与化石燃料相比也存在较大差别，表现出不同于化石燃料的燃烧特性。生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发分析出、燃烧和残余焦炭的燃烧以及燃尽两个独立阶段。

其燃烧过程的特点：一是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间，产生的烟气体积较大，排烟热损失较高；二是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，悬浮燃烧的比例较大；三是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；四是由于生物质挥发分含量高，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，将会增加燃料的化学不完全燃烧损失；五是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，若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用方式的选择只有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。

3生物质直接燃烧技术

生物质直接燃烧是将生物质直接作为燃料燃烧，主要分为炉灶燃烧和锅炉燃烧。直接燃烧是最简单也是最早被采用的生物质能利用方式，但在过去的传统燃烧方式中，生物质燃烧效率极低，能源和资源的浪费很大。因此，若能开发一种方便和高效的生物质直接燃烧技术，必将具有很好的经济和社会效益[4]。

3.1炉灶燃烧技术

炉灶在中国农村生活中已沿用了几千年，且占有相当大的比例。旧式柴灶不但热效率低（只有10%左右）、浪费燃料，而且严重污染了环境[5]。自20世纪80年代开始，我国政府在农村大力推广节柴灶，至1996年底推广节柴灶1.7亿户，每年减少了数千万吨标准煤的能源消耗[6]。节柴灶具有以下特点：一是热能在灶内停留时间长，可以得到充分利用，故热效率高(可达20%~25%)；二是没有熏烟，污染少；三是质量小，可拆装；四是多功能。节柴灶的灶桥可以调整，随着灶桥的调整可烧柴、烧锯灰和烧煤。

目前，节柴灶的推广仍然是一些农村地区特别是偏远山区生物质能利用的一个重要方面。采用先进技术，提高全国数亿台小型炉具的燃烧和热利用效率，降低污染物的排放，开发燃用农作物的生物质炉具，实现农村炉具