不同形态生物质燃烧技术现状和展望

1、不同形态生物质燃烧技术现状和展望                 摘 要：介绍了生物质燃料燃烧特性，生物质成型燃料、生物质草捆、生物质粉体和生物质燃气这几种不同形态生物质燃烧技术的现状，分析了生物质燃烧过程中的沉积腐蚀问题，并展望了生物质燃烧技术的方向。关键词：生物质；秸秆；燃烧技术；现状；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 言生物质能与化石能源相比，具有可再生和低污染的优势，因此受到全世界普遍的重视，并已成为新能源的发展方向之一。生物质能主要通过直接燃烧、气化、液化和厌氧发酵加以利用。生物质因具有挥发分高、炭活性高、N和S含量低，灰分低，生命周期内燃烧过程CO2零排放等特点，特别适合燃烧转化利用，是一种优质燃料1。生物质燃烧技术按其形态的不同可分为生物质成型燃料的燃烧技术、生物质捆烧技术、生物质粉体燃烧技术和生物质燃气燃烧技术等，就的基本国情和生物质利用水平而言，生物质燃烧技术无疑

5、是最简便可行的高效利用生物质资源的方式之一。 1生物质燃料的燃烧特性生物质作为燃料与煤相比有许多差别，其差别列于表1中。由表1可看出，生物质的挥发分远高于煤，灰分和含碳量远小于煤，其热值小于煤，生物质这种燃料特点就决定了它的燃烧具有一定的特性。 表1 生物质燃料与煤的成分区别燃料种类C/%O/%H/%S/%A/%V/%密度/t.m-3生物质燃料38503044560.100.2041465700.470.64煤 炭5590320?350.400.605257380.801.00生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发分的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立阶段2，其燃烧过程的特点是： （1）生物质

6、水分含量较多，燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时问，产生的烟气体积较大，排烟热损失较高；（2）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；（3）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；（4）由于生物质挥发份含量高，燃料着火温度较低，一般在250350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，将会增大燃料的不完全燃烧损失；（5）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，如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行

7、方式的选择应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性和可靠性，提高生物质开发利用的效率。 2不同形态生物质燃烧技术2.1 生物质成型燃料燃烧技术生物质成型燃料是将秸秆、稻壳、锯末、木屑等生物质废弃物，用机械加压的方法，使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料，其具有体积小、密度大、储运方便；燃烧稳定、周期长；燃烧效率高；灰渣及烟气中污染物含量小等优点。 美国在20世纪30年代就开始研究压缩成型燃料技术及燃烧技术，并研制了螺旋压缩机及相应的燃烧设备3；日本在20世纪30年代开始研究机械活塞式成型技术处理木材废弃物，1954年研制成棒状燃料成型机及相

8、关的燃烧设备；70年代后期，西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等国家也开始重视压缩成型技术及燃烧技术的研究，各国先后有了各类成型机及配套的燃烧设备；20世纪80年代，亚洲除日本外，泰国、印度、菲律宾、韩国、马来西亚已建了不少固化、碳化专业生产厂，并已研制出相关的燃烧设备。到20世纪90年代，日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型，并形成了产业化，在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用。但国外的这些燃烧设备与中国相比，存在着价格高、使用燃料品种单一、易结渣、电耗高等缺点，不适合引进中国。从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆成型机，中国生物质压缩成型技术的研究开发

9、已有二十多年的。到目前为止，中国已研制出机械冲压成型机、活塞式成型机、液压式成型机、辊压式成型机等多种成型机械。但是，相应的专用生物质成型燃料燃烧设备的研制还很少。一些单位为燃用生物质成型燃料，在未弄清生物质成型燃料燃烧特性的情况下，盲目把原有的燃煤燃烧设备改为生物质成型燃料燃烧设备。改造后的燃烧设备仍存在着空气流动场分布、炉膛温度场分布、浓度场分布、过量空气系数大小、受热面布置等不合理现象，严重影响了生物质成型燃料燃烧正常速度与正常状况4，5，致使改造后的燃烧设备存在着热效率低，排烟中的污染物含量高，易结渣等问题6，7。 2003年河南农业大学8提出了生物质成型燃料燃烧的理论，研制出一台双层

10、炉排生物质成型燃料锅炉。该燃烧设备采用双层炉排结构，即在手烧炉排一定高度另加一道水冷却的钢管式炉排。双层炉排的上炉门常开，作为投燃料与供应空气之用；中炉门用于调整下炉排上燃料的燃烧和清除灰渣，仅在点火及清渣时打开；下炉门用于排灰及供给少量空气，正常运行时微开，开度视下炉排上的燃烧情况而定。上炉排以上的空间相当于风室，上下炉排之间的空间为炉膛，其后墙上设有烟气出口。烟气出口不宜过高，以免烟气短路，影响可燃气体的燃烧和火焰充满炉膛，但也不宜过低，以保证下炉排有必要的灰渣层厚度（100mm200mm）。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定、持续、完全燃烧，起到了消烟除尘作用。2.2 生物质捆烧技术欧盟许多成员国具有丰富的可再生能源，生物质秸秆捆烧技术发展迅速，以丹麦、比利时、法国的生物质草捆燃烧技术发展最为成熟。美国、日本等国也已发展起生物质捆烧技术，并形成产品系列化，在一些区域得到推广应用。丹麦具有各种小型、中型及大型打捆机，能生产各种型号的生物质秸秆捆，适应不同层次的燃烧设备。生物质锅炉型号也比较齐全，主要有以下三种锅炉系统9： 1）以片状草捆为燃料的系统整个草捆被液压切片机切成片后由活塞式输送机推入锅炉。在切片之前，将草捆举至与液压切片机垂直的位置，然后从草捆底部开始切片。 2）连