分析了生物質(zhì)秸稈燃料的燃燒特性及其在直接燃燒過(guò)程中存在的問(wèn)題，針對(duì)存在的問(wèn)題，山東省科學(xué)院能源研究所在以秸稈顆粒為燃料的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)技術(shù)和生物質(zhì)顆粒熱水鍋爐采暖技術(shù)，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著，木屑顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下所示：
引言隨著能源需求的迅速膨脹，常規(guī)化石能源最終會(huì)枯竭。進(jìn)入21世紀(jì)后世界各國(guó)對(duì)開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能的興趣不斷增加，其主要原因在于減少對(duì)石油進(jìn)口的依賴(lài)、減少溫室氣體的排放以及減少酸雨和改良土壤。國(guó)外許多國(guó)家相繼制定了各自的生物質(zhì)能源研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃，歐盟在《可再生能源白皮書(shū)>中提出生物質(zhì)能供應(yīng)總量每年將增加3800PJ，另外還包括美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)、日本的陽(yáng)光計(jì)劃、巴西的酒精能源計(jì)劃以及印度的綠色能源工程等。我國(guó)可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中也將生物質(zhì)能作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。
1、生物質(zhì)燃燒特性分析
1.1生物質(zhì)燃燒特性
生物質(zhì)燃料（秸稈、薪柴等）的燃燒是與空氣中氧發(fā)生反應(yīng)并強(qiáng)烈放熱的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)總效果是光合作用的逆過(guò)程，同時(shí)將化學(xué)能（被貯存的太陽(yáng)能）轉(zhuǎn)換為熱能。本文主要關(guān)注秸稈、木材等農(nóng)林業(yè)廢棄物、殘余物的直接燃燒技術(shù)，而生活垃圾以及工業(yè)固體廢棄物等的焚燒特不再涉及。另外，熱解、氣化、液化等生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中都不可避免的伴生燃燒過(guò)程，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氣、液、固態(tài)產(chǎn)物，以期提高燃燒過(guò)程的清潔程度和能源產(chǎn)品的可利用性。
將生物質(zhì)燃料與同為固體燃料的煤炭相比較，可以發(fā)現(xiàn)明顯差異，如表ll31所示。從工業(yè)分析的數(shù)據(jù)，生物質(zhì)中揮發(fā)分含量較高，一般都在60%以上，而固定碳相對(duì)較低，因此揮發(fā)分的燃燒和燃盡對(duì)于生物質(zhì)燃燒過(guò)程至關(guān)重要，否則就會(huì)嚴(yán)重影響燃燒效率，并出現(xiàn)冒黑煙以及污染物排放等問(wèn)題。
1.2生物質(zhì)燃料燃燒中存在的問(wèn)題
生物質(zhì)燃料中氧含量一般在30～45%，明顯高于煤炭，這使得生物質(zhì)燃料熱值低，但易于引燃，在燃燒時(shí)可相對(duì)減少空氣供給量，因此減少煙氣量。但熱值偏低，能量密度小，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度場(chǎng)偏低，不利于燃燒穩(wěn)定和高效。生物質(zhì)燃料一般體積密度較小，結(jié)構(gòu)比較松散，這使得燃料易于燃燒和燃盡，但在配風(fēng)較強(qiáng)情況下易出現(xiàn)懸浮燃燒和揚(yáng)塵。
在生物質(zhì)燃燒過(guò)程中，因生物質(zhì)含有較多的氯和堿性物質(zhì)（尤其是農(nóng)作物秸稈），燃燒時(shí)易在受熱面上形成沉積腐蝕問(wèn)題，即生物質(zhì)在燃燒過(guò)程中，含有較多堿金屬等礦物質(zhì)成分的飛灰顆粒粘結(jié)在燃燒設(shè)備各部分受熱而上形成沉積，造成受熱面的玷污，繼而帶來(lái)受熱面的腐蝕問(wèn)題。對(duì)于秸稈燃燒過(guò)程中在燃燒設(shè)備受熱面上形成的沉積腐蝕問(wèn)題，在國(guó)外，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，如丹麥、美國(guó)等，由于這些國(guó)家對(duì)秸稈直接燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)、利用較早．因此研究得較多。為防止沉積腐蝕問(wèn)題的發(fā)生，可考慮對(duì)生物質(zhì)燃料采用水洗的預(yù)處理方式，可有效去除生物質(zhì)（秸稈）中的堿金屬和氯。在生物質(zhì)燃燒中加入石灰石、Al203、Ca0、Mg0、白云土、高嶺土、硅藻土等添加劑，以抑制揮發(fā)物質(zhì)釋放并阻礙灰渣形成。在受熱面上表面噴涂耐腐蝕材料及采用吹灰、刮板法等機(jī)械方式也是可考慮的途徑。
2、生物質(zhì)燃燒技術(shù)
針對(duì)生物質(zhì)燃料體積密度較小，結(jié)構(gòu)比較松散等問(wèn)題，在準(zhǔn)備燃燒之前將秸稈壓縮成高密度成型燃料，特別是尺寸均一、流動(dòng)性好的顆粒燃料，容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和利用設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，并可大幅增加燃料的運(yùn)輸半徑，改善原料儲(chǔ)存及清潔性能。
山東省科學(xué)院能源研究所在以秸稈顆粒為燃料的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)技術(shù)和生物質(zhì)顆粒熱水鍋爐采暖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物質(zhì)秸稈的優(yōu)化利用，達(dá)到了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。下面將分別對(duì)這兩種技術(shù)做簡(jiǎn)要的說(shuō)明。
2.1生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)技術(shù)
以秸稈等農(nóng)林業(yè)廢棄物顆粒為燃料，采用半氣化燃燒方式，有效地避免了秸稈顆粒在直接燃燒過(guò)程中的結(jié)渣等問(wèn)題，并采用精確控制配風(fēng)、進(jìn)料、氣化和燃燒，實(shí)現(xiàn)在一體機(jī)內(nèi)高效清潔燃燒，如圖2。顆粒燃燒機(jī)直接輸出高溫火焰和煙氣，可直接配接鍋爐、工業(yè)窯爐等用能設(shè)備，市場(chǎng)廣泛。
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