不同形態(tài)生物質(zhì)燃燒技術(shù)現(xiàn)狀和展望

1、不同形態(tài)生物質(zhì)燃燒技術(shù)現(xiàn)狀和展望                 摘 要：介紹了生物質(zhì)燃料燃燒特性，生物質(zhì)成型燃料、生物質(zhì)草捆、生物質(zhì)粉體和生物質(zhì)燃?xì)膺@幾種不同形態(tài)生物質(zhì)燃燒技術(shù)的現(xiàn)狀，分析了生物質(zhì)燃燒過程中的沉積腐蝕問題，并展望了生物質(zhì)燃燒技術(shù)的方向。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；秸稈；燃燒技術(shù)；現(xiàn)狀；展望 Current situation and prospect of combustion technologies for different

2、 forms of biomassLiu Shengyong, Liu Xiaoer, Wang Sen(Key Laboratory of Renewable Energy of Ministry of Agriculture, Electrical and Mechanical? Engineering College, Henan Agricultural University, Zhengzhou, 450002,China) Abstract：In this paper，the characteristics of biomass fuels，and current situatio

3、n of combustion technologies for biomass briquette，biomass bale，biomass powder and biomass gas were introduced. The problem of deposit and corrosion during biomass combustion was analyzed. At last，the prospect for the development trend of biomass combustion technologies was forecasted.Key words：biom

4、ass; straw; combustion technologies; current situation; prospect0引 言生物質(zhì)能與化石能源相比，具有可再生和低污染的優(yōu)勢，因此受到全世界普遍的重視，并已成為新能源的發(fā)展方向之一。生物質(zhì)能主要通過直接燃燒、氣化、液化和厭氧發(fā)酵加以利用。生物質(zhì)因具有揮發(fā)分高、炭活性高、N和S含量低，灰分低，生命周期內(nèi)燃燒過程CO2零排放等特點(diǎn)，特別適合燃燒轉(zhuǎn)化利用，是一種優(yōu)質(zhì)燃料1。生物質(zhì)燃燒技術(shù)按其形態(tài)的不同可分為生物質(zhì)成型燃料的燃燒技術(shù)、生物質(zhì)捆燒技術(shù)、生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)和生物質(zhì)燃?xì)馊紵夹g(shù)等，就的基本國情和生物質(zhì)利用水平而言，生物質(zhì)燃燒技術(shù)無疑

5、是最簡便可行的高效利用生物質(zhì)資源的方式之一。 1生物質(zhì)燃料的燃燒特性生物質(zhì)作為燃料與煤相比有許多差別，其差別列于表1中。由表1可看出，生物質(zhì)的揮發(fā)分遠(yuǎn)高于煤，灰分和含碳量遠(yuǎn)小于煤，其熱值小于煤，生物質(zhì)這種燃料特點(diǎn)就決定了它的燃燒具有一定的特性。 表1 生物質(zhì)燃料與煤的成分區(qū)別燃料種類C/%O/%H/%S/%A/%V/%密度/t.m-3生物質(zhì)燃料38503044560.100.2041465700.470.64煤 炭5590320?350.400.605257380.801.00生物質(zhì)燃料的燃燒過程主要分為揮發(fā)分的析出、燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個(gè)獨(dú)立階段2，其燃燒過程的特點(diǎn)是： （1）生物質(zhì)

6、水分含量較多，燃燒需要較高的干燥溫度和較長的干燥時(shí)問，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高；（2）生物質(zhì)燃料的密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，迎風(fēng)面積大，容易被吹起，懸浮燃燒的比例較大；（3）由于生物質(zhì)發(fā)熱量低，爐內(nèi)溫度場偏低，組織穩(wěn)定的燃燒比較困難；（4）由于生物質(zhì)揮發(fā)份含量高，燃料著火溫度較低，一般在250350溫度下?lián)]發(fā)分就大量析出并開始劇烈燃燒，此時(shí)若空氣供應(yīng)量不足，將會(huì)增大燃料的不完全燃燒損失；（5）揮發(fā)分析出燃盡后，受到灰燼包裹和空氣滲透困難的影響，焦炭顆粒燃燒速度緩慢、燃盡困難，如不采取適當(dāng)?shù)谋匾胧?，將?huì)導(dǎo)致灰燼中殘留較多的余碳，增大機(jī)械不完全燃燒損失。由此可見，生物質(zhì)燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行

7、方式的選擇應(yīng)從不同種類生物質(zhì)的燃燒特性出發(fā)，才能保證生物質(zhì)燃燒設(shè)備運(yùn)行的性和可靠性，提高生物質(zhì)開發(fā)利用的效率。 2不同形態(tài)生物質(zhì)燃燒技術(shù)2.1 生物質(zhì)成型燃料燃燒技術(shù)生物質(zhì)成型燃料是將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等生物質(zhì)廢棄物，用機(jī)械加壓的方法，使原來松散、無定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料，其具有體積小、密度大、儲(chǔ)運(yùn)方便；燃燒穩(wěn)定、周期長；燃燒效率高；灰渣及煙氣中污染物含量小等優(yōu)點(diǎn)。 美國在20世紀(jì)30年代就開始研究壓縮成型燃料技術(shù)及燃燒技術(shù)，并研制了螺旋壓縮機(jī)及相應(yīng)的燃燒設(shè)備3；日本在20世紀(jì)30年代開始研究機(jī)械活塞式成型技術(shù)處理木材廢棄物，1954年研制成棒狀燃料成型機(jī)及相

8、關(guān)的燃燒設(shè)備；70年代后期，西歐許多國家如芬蘭、比利時(shí)、法國、德國、意大利等國家也開始重視壓縮成型技術(shù)及燃燒技術(shù)的研究，各國先后有了各類成型機(jī)及配套的燃燒設(shè)備；20世紀(jì)80年代，亞洲除日本外，泰國、印度、菲律賓、韓國、馬來西亞已建了不少固化、碳化專業(yè)生產(chǎn)廠，并已研制出相關(guān)的燃燒設(shè)備。到20世紀(jì)90年代，日本、美國及歐洲一些國家生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備已經(jīng)定型，并形成了產(chǎn)業(yè)化，在加熱、供暖、干燥、發(fā)電等領(lǐng)域已普遍推廣應(yīng)用。但國外的這些燃燒設(shè)備與中國相比，存在著價(jià)格高、使用燃料品種單一、易結(jié)渣、電耗高等缺點(diǎn)，不適合引進(jìn)中國。從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋推進(jìn)式秸稈成型機(jī)，中國生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究開發(fā)

9、已有二十多年的。到目前為止，中國已研制出機(jī)械沖壓成型機(jī)、活塞式成型機(jī)、液壓式成型機(jī)、輥壓式成型機(jī)等多種成型機(jī)械。但是，相應(yīng)的專用生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備的研制還很少。一些單位為燃用生物質(zhì)成型燃料，在未弄清生物質(zhì)成型燃料燃燒特性的情況下，盲目把原有的燃煤燃燒設(shè)備改為生物質(zhì)成型燃料燃燒設(shè)備。改造后的燃燒設(shè)備仍存在著空氣流動(dòng)場分布、爐膛溫度場分布、濃度場分布、過量空氣系數(shù)大小、受熱面布置等不合理現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生物質(zhì)成型燃料燃燒正常速度與正常狀況4，5，致使改造后的燃燒設(shè)備存在著熱效率低，排煙中的污染物含量高，易結(jié)渣等問題6，7。 2003年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)8提出了生物質(zhì)成型燃料燃燒的理論，研制出一臺(tái)雙層

10、爐排生物質(zhì)成型燃料鍋爐。該燃燒設(shè)備采用雙層爐排結(jié)構(gòu)，即在手燒爐排一定高度另加一道水冷卻的鋼管式爐排。雙層爐排的上爐門常開，作為投燃料與供應(yīng)空氣之用；中爐門用于調(diào)整下爐排上燃料的燃燒和清除灰渣，僅在點(diǎn)火及清渣時(shí)打開；下爐門用于排灰及供給少量空氣，正常運(yùn)行時(shí)微開，開度視下爐排上的燃燒情況而定。上爐排以上的空間相當(dāng)于風(fēng)室，上下爐排之間的空間為爐膛，其后墻上設(shè)有煙氣出口。煙氣出口不宜過高，以免煙氣短路，影響可燃?xì)怏w的燃燒和火焰充滿爐膛，但也不宜過低，以保證下爐排有必要的灰渣層厚度（100mm200mm）。這種燃燒方式，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)成型燃料的分步燃燒，緩解生物質(zhì)燃燒速度，達(dá)到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質(zhì)成型燃料穩(wěn)定、持續(xù)、完全燃燒，起到了消煙除塵作用。2.2 生物質(zhì)捆燒技術(shù)歐盟許多成員國具有豐富的可再生能源，生物質(zhì)秸稈捆燒技術(shù)發(fā)展迅速，以丹麥、比利時(shí)、法國的生物質(zhì)草捆燃燒技術(shù)發(fā)展最為成熟。美國、日本等國也已發(fā)展起生物質(zhì)捆燒技術(shù)，并形成產(chǎn)品系列化，在一些區(qū)域得到推廣應(yīng)用。丹麥具有各種小型、中型及大型打捆機(jī)，能生產(chǎn)各種型號(hào)的生物質(zhì)秸稈捆，適應(yīng)不同層次的燃燒設(shè)備。生物質(zhì)鍋爐型號(hào)也比較齊全，主要有以下三種鍋爐系統(tǒng)9： 1）以片狀草捆為燃料的系統(tǒng)整個(gè)草捆被液壓切片機(jī)切成片后由活塞式輸送機(jī)推入鍋爐。在切片之前，將草捆舉至與液壓切片機(jī)垂直的位置，然后從草捆底部開始切片。 2）連