生物质能主要通过直接燃烧、气化、液化和厌氧发酵方式被加以利用。因其具有挥发分高、炭活性高、排放污染小等特点,特别适合燃烧转化利用,是一种优质燃料。与较为成熟的压制成型的生物质燃料相比,生物质粉体燃料的制作过程简单、加工能耗较低、燃烧效率高,在生物质能的开发利用中具有很大潜力。
中国在生物质悬浮燃烧的利用方面起步较晚,关于生物质悬浮燃烧的理论研究与应用研究还处在起步阶段。肖波等提出生物质粉体三段式燃烧模型,据此模型设计了专用燃烧炉,并将农业废弃物破碎成粉体后,直接喷入研制的燃烧实验炉内燃烧,研究生物质粉体燃烧特性。针对常见的农作物秸秆粉,在研制出的新型生物质粉体燃烧器上,开展生物质悬浮燃烧特性实验研究,研究预燃室燃烧器内温度分布,燃料进料量,一、二次风配比和粒径对炉膛温度和烟气排放等的影响。
燃料进料量的影响
粉体燃料进料量通过变频器调节进料螺旋的速度来进行控制,进料螺旋的旋转速度越大进料量多。生物质粉体燃料的挥发分含量较高,在预燃室内进行热解析出,在锅炉内的燃烧类似于气体的燃烧,因此进料量的控制非常重要。由于粉体燃料在预燃室内挥发分析出量增大,燃烧加剧,预燃室温度迅速升高,预燃室内的高温又加快了燃料挥发分的析出和燃烧速度,使燃料主要在预燃室燃烧而不是在炉膛,从而降低了热效率。
一二次风配比的影响
二次风不仅能对一次风进行补充,还可对预燃室气流进行调节,二次风通过导流叶片旋流进入预燃室,使空气与粉体燃料的混合物在预燃室内螺旋前进,在喷口处形成燃烧火炬,增加粉体燃料在预燃室挥发分析出的路程,使得燃烧更加充分。一、二次风配比较大时,二次风量较小,炉膛中空气与粉体燃料的混合不充分,燃烧不完全,CO含量较高。
粒径的影响
小粒径的燃料能被快速加热,比大粒径燃料更早地释放出挥发分,减小生物质粉粒径可有效改善生物质粉燃料的燃烧性能,但生物质粉粒径并非越小越好。生物质粉粒径过小,易导致燃料未进入炉膛就燃烧完全;生物质粉粒径过大会延迟燃料的挥发和燃烧,使燃烧反应移向炉膛出口位置,导致挥发分及碳粒未来得及完全燃烧就被排出,增加烟气中未燃烧的挥发分和CO 含量。预燃室的旋流设计,增加了燃料燃烧路程,可适当放宽粒径要求,一方面降低磨粉成本,另一方面可改善磨制过程中存在的安全问题。
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