秸秆类生物质燃烧（精选6篇）
秸秆类生物质燃烧 篇1
秸秆类生物质燃烧特性的研究 摘要：利用热重分析仪对江苏宿迁地区的玉米秆、稻秆和麦秆三种生物质的燃烧特性进行了分析，测定了生物质的灰熔点和灰组成，用XRD和TEM表征了生物质灰的物相结构和形貌。研究结果表明，三种生物质的燃烧规律基本一致，燃烧过程可分为四个阶段：干燥过程，热解过程，晶型转变过程和熔融过程；三种生物质中，玉米秆灰熔点最高，灰量最少且碱金属含量最低；生物质灰为形态各异的纳米颗粒。关键词：生物质；燃烧特性；生物质灰；灰分性质 0前言
随着全球工业化的快速发展，一次性能源的消耗量不断增加，人类为了自身的生存和发展，不断寻找新的能源，以减少或替代一次性能源的消耗。在各种可再生能源中，生物质是储存太阳能的惟一一种可再生的炭源，是可持续再生能源中的重要组成部分。生物质能源具有以下特点：首先是一种可再生的绿色能源；其次，生物质生长过程中吸收的CO2与其燃烧利用中排放的CO2是相等的，在CO2总量上实现了零排放[1-2]；此外，与煤相比，生物质通常含有很低的灰分，几乎不含硫[3]。因此对生物质能利用的研究开发已成为开发新能源的一个重要方向[4-5]，世界上许多国家如美国、丹麦，英国和芬兰等正在大规模推广利用生物质能发电[6]，这也是我国目前正在推广的一项新技术。在生物质燃烧发电过程中，生物质的燃烧过程以及燃烧所产生物质的化学和物理性质对能量转化装置的设计，灰资源化利用与污染控制具有重要的理论意义和应用价值。本文将系统地研究玉米秆、稻秆和麦秆三种生物质的燃烧特性及其生物质灰的理化特性和结构特征，以便为生物质高效燃烧发电提供理论基础。1实验部分 1.1原料处理
实验用的生物质原料——玉米秆、稻秆和麦秆全部取自江苏宿迁地区。将原料粉碎后过80目筛，测定其发热量，做热重分析。1.2灰的制取
本文采用ASTM规定的方法进行生物质灰的制取。将玉米秆、稻秆和麦秆等三种生物质分别置于马弗炉内，600℃灼烧一定时间，收集残留物。灰组成用ICP仪器进行分析，灰的晶相用XRD分析，灰形貌通过TEM观察。2结果和讨论 2.1燃烧特性分析
图1至图3分别是玉米秆、稻秆和麦秆在空气气氛下，升温速度为10℃/min条件下得到的TG—DTA曲线，三种生物质的曲线走势基本一致。按热失重分，生物质的燃烧可分为四个阶段。以玉米秆为例(图1)，第一阶段为20～200℃，失重约为7%，主要是生物质原料的脱水过程。第二阶段在200～480℃之间，是失重的主要阶段，失重达到85%，这一阶段是生物质中炭和挥发物的燃烧过程，对应于DTA曲线，可以看到一个含有双峰的强放热峰，两峰位置分别在300℃和435℃。第三阶段为480～820℃，质量基本保持不变，对应的DTA曲线有一个微弱的放热峰，说明这一阶段是无机物的晶型转变过程。同一化学组成的物质有时具有不同的晶型，一定范围内自由焓最低的晶型最稳定，随着温度的变化，晶体就由一种形态转变为另一种形态。第四阶段为820～1300℃，增重约18%，DTA曲线上有一个明显的吸热峰，这应是生物质的熔融阶段。分析结果表明，利用生物质燃烧发电，燃烧温度不宜超过800℃。玉米秆、稻秆和麦秆的发热量分别是16.92MJ/kg，14.65MJ/kg和15.13MJ/kg。
图1玉米秆的TG-DSC曲线 图2稻秆的TG-DSC曲线 2.2灰的化学组成
生物质原料中除了碳、氢、氧等有机物之外，还含有一定数量的无机矿物质。在生物质热化学转化利用过程中，这些残留的无机物质称为灰。生物质灰的化学组成及其特性对其热力学和动力学性质有很大影响，并对灰的利用及各种利用设备的设计和处理具有重要意义。生物质的灰量及其化学组成随着其生长条件、生长环境不同而不同。对于我们所研究的三种生物质而言，玉米秆的灰量最低，只有3.82%，稻秆的灰量最高为17.21%，麦秆的灰量是10.71%。
三种生物质灰的主要化学成分列于表1。可以看出，三种生物质灰中的主要元素有K、Na、Ca、Mg、Al、Fe、Si等，但不同的生物质，其无机物的含量是不同的。在三种物质中，麦秆中的K含量最高，达到14.53%，稻秆也较高，为9.68%，而在玉米秆中未检测出K元素；玉米秆中的Ca和Mg的含量要比稻秆和麦秆高；而且玉米秆中含Si最多；三种物质中的Na、Al和Fe含量都比较接近。
表1生物质灰组成%
2.3灰的熔融特性
生物质灰的熔融特性对热化学处理过程起着决定性的作用，灰熔点的高低不仅影响熔融的能耗，而且决定了熔融工艺的难易程度和设备损耗等诸多方面。生物质灰主要是以金属氧化物和非金属氧化物的混合物形式存在，不仅成分复杂，且各种成分含量的变化也很大，灰的熔化只能是一个温度范围。加热到一定温度时，灰中的低熔点成分开始熔化，随着温度的升高，熔化成分逐渐增多，最后全部变为液态。本文主要研究灰熔点的四个特征温度，即变形温度(tD)、软化温度(tS)、半球温度(tH)和流动温度(tF)。采用通用的角锥法在氧化性气氛下对玉米秆、稻秆和麦秆灰的熔融特性进行测定。
表2为三种生物质灰熔点的测试结果，熔点由高到低的顺序为玉米秆、稻秆、麦秆，这种现象和灰成分有关。灰中的成分按酸碱性的不同可分为两类，一类是酸性氧化物包括Al2O3和SiO2，另一类是K2O、Na2O、CaO、MgO和Fe2O3等碱性氧化物。这两类物质的分布对灰的熔融特性有重要影响，酸性氧化物具有提高灰熔点的作用，其含量越多，熔融温度就越高；相反，碱性氧化物却有降低煤灰熔融温度的作用，其含量越多，熔融温度就越低[728]。从表1得知，玉米秆中SiO2含量最高，明显高于稻秆和麦秆，而K2O和Na2O的含量很少，明显低于稻秆和麦秆，因此其熔点最高；稻秆的SiO2含量高于麦秆，碱金属氧化物含量低于麦秆，其熔点高于麦秆。表2生物质灰熔点℃
2.4灰的晶相结构
生物质灰主要由金属氧化物和非金属氧化物组成，然而相同或相似的成分可以存在不同物相结构，而物相结构不仅影响灰的性质，而且对灰的利用也有很大影响。本文使用日本ShimadzuXRD-6000型X射线衍射仪，参数如下：CuKα射线，Ni滤波，管压30kV，管流30mA，扫描速度2°/min，扫描角度2θ=10°～90°，玉米秆、稻秆和麦秆灰的XRD图谱见图4。从图中看出，稻秆和麦秆灰的衍射峰位置基本一致，对照标准图谱，这主要是KCl的结晶相(2θ=28.3，4.08，50.5，66.4)，且麦秆灰的峰强度比稻秆强，说明麦秆灰中的KCl结晶相更多，这和麦秆中K含量高有关。玉米秆灰的衍射峰与稻秆和麦秆有所不同，这和其灰组成有
关。此外，虽然三种生物质灰中SiO2含量都很高，但XRD图谱中没有明显的SiO2衍射峰，说明灰中的SiO2很少以单体形式存在。
图4生物质灰的XRD图谱 2.5灰的形貌
不同的生物质灰在形貌上有着差别，如图5所示。由TEM照片可知，生物质灰为形貌各异的纳米粒子，玉米秆灰颗粒近似球形，分散比较好，粒度在50～100nm之间，见图5(a)；稻秆灰颗粒尺寸较小，粒径约为40nm，团聚比较严重，见图5(b)；而麦秆灰的形貌与玉米秆和稻秆完全不同，呈链状分布，见图5(c)。灰形貌的多样性反映出生物质中的无机物存在形式的不同。
图5生物质灰的TEM图 3结论
同一地区的玉米秆、稻秆和麦秆这三种生物质的燃烧规律基本一致：20～200℃是原料的脱水过程，200～480℃是生物质中炭和挥发物的燃烧过程，480～820℃是无机物的晶型转变过程，820～1300℃，是生物质的熔融阶段。三种生物质中，玉米秆灰熔点最高，发热量最高为16.92MJ/kg，灰量只有3.82%，碱金属含量最低。XRD结果表明，稻秆灰和麦秆灰晶相基本相同，而玉米秆灰的晶相有所不同。TEM显示生物质灰为形态各异的纳米颗粒。
秸秆类生物质燃烧 篇2
关键词：秸秆,生物质,设备,动力,选型
前言
自温室气体导致全球性变暖, 引起一系列气候异常。虽然关于这个命题存在激烈争论, 但节能降耗、低碳减排、绿色环保等已经成为共识。开发太阳能、风能、水能、潮汐能等可再生能源成为能源开发的热点, 其中当然包括生物质再生能源。目前我国作为一农业大国, 收获农作物 (粮食、棉花和油料等) 之后, 有大量秸秆类废弃物, 实际上是丰富的生物质资源, 有资料介绍我国每年生产秸秆类生物质废弃物7.15亿t。这些生物质资源除少部分用作工业原料和饲料外, 大部分用作能源消耗, 虽然如此, 但利用极不合理, 大部分采用直接燃烧, 剩余部分多采用烧荒, 前者热利用率低, 后者则是一种能源无谓消耗, 并且这两种秸秆的燃烧都严重污染环境, 在机场附近地区的烧荒, 常影响到飞机的起降, 影响到机场的正常工作, 甚致酿成事故。将这些秸秆类废弃物和类似的生物质资源变废为宝, 转变为优质燃料, 不仅绿色环保, 节能减排, 而且可促进农业可持续发展。将秸秆类废弃物转变为优质燃料目前采用多种方法: (1) 气化法, 包括沼气方法, 是将这些秸秆类生物质, 还包括生活垃圾、人畜粪便、污水在特定环境下, 经细菌、发酵之后生成可燃气;在特种生成炉内, 在高温、厌氧 (有时还有高压) 条件下, 秸秆类生物质发生裂解, 干熘生成CO、H2等为主的燃气和焦油。 (2) 液化法, 利用水解技术和随后发酵技术, 在催化剂作用下, 生成生物酒精。这种生物酒精可以代替石油;生物质在一定环境如高温高压 (250~325℃;5~20MPa) 和催化剂存在条件下, 生物质裂解生成液态燃油。 (3) 压缩固化法, 生物质比重小、体积大, 如棉秆等自然堆积密度200~250kg/m3;稻壳90kg/m3;秸秆30~50kg m3;这对于运输和存放都带来巨大问题。在欧美等发达国家, 运用秸秆类生物质发电, 被认为零排放、绿色环保的发电技术, 丹麦因为采用这种技术, 竟然摆脱了石油进口。但是采用秸秆类生物质发电, 尤其是直接燃烧秸秆类生物质发电, 要求解决秸秆类生物质运输和存放问题。所以无论是将秸秆类废弃物转变为优质燃料, 或是运用秸秆类生物质发电, 都要求将其压缩、固化, 这是既解决运输也解决存放问题的方法。
秸秆类生物质成型的工艺: (1) 成熟秸秆类生物质自然干燥:使其含水量在15%以下; (2) 削片/粉碎:形成粒度0~5和0~10mm3, 试验表明差别不大; (3) 烘干:使其含水量在10%以下, 还有建议含水量在4%~18%, 此含水量在自然干燥下即可达到。而且认为适当含水量在加压成型时压强较小; (4) 送料; (5) 混料; (6) 预压; (7) 压制成型; (8) 卸料:将成型块卸下, 有的要求码垛或包装。
目前所看到的压缩固化设备, 包括了烘干、送料、混料、预压、压制成型各工艺工序, 有的还包括削片/粉碎。这类成套设备主要有以下几种输送、预压、压制成型方法。
1北京延庆等单位研制的秸秆成型机
近年来在有关单位参与下, 延庆县农委系统研制成功的秸秆成型机, 是利用粉碎成10mm3的秸秆类生物质进行加工的。它由倾斜成45°的螺旋输送机 (输送机的螺旋外径200mm, 螺距120mm, 生产率0.72~1t/h) 把粉碎好的秸秆类生物质进行输送和预压。经过预压粉碎的秸秆先被送到并联垂直向下输送原料的螺旋输送机, 经进一步预压, 被推入活塞往复运动的缸腔内, 完成最后的挤压, 呈圆柱形直径30~50mm (根据要求压缩密度不同而不同) 的压块被挤出。该机主要性能指标:生产率:0.7~1t/h;主机功率:30kw;45°螺旋输送机功率:1.5kw;垂直螺旋输送机功率:1.0kw;产品 (秸秆块) 密度:0.7~1.0t/m3。
2大连庄河干沟村秸秆压缩机
该机安装于手扶拖拉机上, 它分为:动力单元;秸秆送料单元;秸秆轧辊单元。其轧辊单元包括一对轧辊上设有三角形压片的轧辊;一对切辊, 切辊上配有切刀。
其工作过程是将手扶拖拉机开到收获后的地里, 将地里不堆垛、不捆扎的秸秆由输送带送入机器, 压轧成带有沟槽的板, 经切断后, 轻轻搬开, 捆札成长方形捆。其轧制压强0.7t/cm2, 出料密度接近一般板材。压缩比为1/14, 加工1t秸秆耗用1.5L柴油。 (中国专利200520128973.X)
3双环形压模秸秆颗粒成型机
和上述设备类似, 是用带有双环形模槽的轧辊, 空心的轧辊面上开有整齐排列的表面大, 内小的锥形孔, 小孔和直圆柱孔相连, 所用秸秆原料 (高粱、玉米、水稻、小麦、棉花、大豆等的秸秆) 要求粉碎成1mm3的粉料, 被轧挤从直柱孔呈颗粒排出, 落在空心的轧辊内置的出料导向板上, 而排出。最后产品约计1~6mm直径的颗粒。 (中国专利200510017434.3) 。
以上两类轧辊挤压的成型机器都具有单位能耗大、设备磨损严重的缺点。
4螺旋挤压成型机
这种在欧美应用得比较多的秸秆挤压成型机, 它也是在秸秆经自然干燥、粉碎、混料等预处理后输送进入机器, 和许多螺旋挤压成型机器 (如焊条压涂机) 原理一样。在秸秆螺旋挤压成型机中, 为防止物料和进行挤压的螺旋轴一起旋转, 螺旋挤压成型机的外管内表面开10mm的槽, 螺旋轴的螺旋片外径可逐渐减小形成挤压锥, 也可螺旋轴径逐渐加大形成挤压锥, 可见螺旋挤压轴加工比较精细, 要求比较高。螺旋挤压成型机的外管常缠绕电热丝, 以便供加热用。目前, 这种机器仍然存在单位能耗过高, 有的高达125kwh/t。更重要的是机器的螺旋轴磨损严重, 寿命不高, 通常只有60~80h, 而且加工制造成本高。即使如此, 这种机器仍是广泛应用的秸秆压缩成型机。
5液压秸秆成型机
这种设备目前有多种申请专利的形式。以北京海淀区苏州街技术促进中心的专利为例:
其压制秸秆类生物质产品呈蜂窝状圆块。其成套设备包括了破碎机 (采用飞刀切碎) 、混料机 (具有使切碎的秸秆物料混合和‘熟化’过程) 、压制成型机和输送装置。
其主机, 即液压的压制成型机有3个工位, 在第1个工位, 混合和‘熟化’的切碎的秸秆物料被从上往下充满在该位的缸腔内, 然后转到第2个工位, 被液压驱动的活塞挤压, 活塞上有圆柱头, 以便在压成的秸秆成型园块上形成蜂窝状孔, 转到第3个工位, 呈蜂窝状圆块的秸秆类生物质产品被推出。据 (中国专利200510017434.3) 资料介绍:压制成本50元/t;物料加工前不需烘干和加热, 综合成本不大于250元/t, 比煤炭价格低40%;生产率:生产线班产达4~5t;热值:3500~4500kcal/kg (1cal=4.1868J即相当于14653.8~18840.6k J/kg) ;据说在做经济分析时, 统计用2块该秸秆类生物质蜂窝状压块, 在生物质燃炉 (专门炉具) 中, 可燃50分钟, 够做3㎏米饭、4菜1汤。剩余产品是0.5kg炭。与之类似还有双头液压压制成型机。
从以上介绍多种类的秸秆类生物质压缩成型设备看出, 首先是设备不易出故障, 目前液压技术比较成熟, 市场易于提供成套液压件。而螺旋挤压轴加工比较精细, 要求比较高, 必须有专门企业加工, 而且它还易于磨损;而第1种类型设备如果磨损了 (如第1种在调试压缩比过程中, 发生出料口导管挤裂情况, 在使用过程中, 发生这种情况, 就需到专门厂家配件) , 是相当麻烦的;第2和3种类型设备其轧辊磨损, 亦须要专门厂家配修。其次要求低的单位消耗功率, 这就决定了产品的成本, 前列的几种, 在相当的加工能力条件下, 装机功率都在35kw左右;液压秸秆成型要低, 因此才会有较低的综合成本。第三, 从前分析可知能否降低运输成本, 是利用秸秆类生物质用作燃料或用来发电的关键之一, 为此, 通常使秸秆类生物质加工范围不超过2~3km。这就要求成套设备能简单化, 能装载在一辆汽车拖挂车上, 可以在一片地方进行加工完后, 随时移动到另一加工点。
秸秆类生物质利用通常要进行压缩固化, 以便用作燃料, 解决农村、农民家用, 或供专门发电站用作燃料。这是一项绿色环保, 开发可再生能源的极具潜力的途径。也不失为农民兄弟一种就业途径。所列秸秆类生物质固化方法都是可行的, 但相比较液压秸秆成型设备更有优势, 这方面希望国家根据《国家可再生能源法》给予进一步实践支持, 使7.15亿t的秸秆类生物质真正充分利用起来。
参考文献
[1]乔淑滨, 生物质能的利用及生物质型煤[J], 应用能源技术, 2003 (3) .
[2]李保谦, 马孝琴, 张百良等, 秸秆成型与燃烧技术的产业化分析[J], 河南农业大学学报, 2001 (3) .
[3]王宏斌, 我国木工机械的现状与发展探讨[J], 陕西林业科技, 2000 (7)
[4]赵东, 黄文彬, 鹿振友, 密闭容器中玉米秆粉粒体的本构方程[J], 北京林业大学学报, 2000 (5) .
[5]郭康权, 赵东, 植物秸秆模压成型流变特性的试验研究[J], 西北农业大学学报, 1995 (3) .
[6]赵东, 黄文彬, 玉米秆粉粒体塑性压缩成型过程的有限元分析[J], 力学与实践, 2001 (2) .
秸秆类生物质燃烧 篇3
生物质型煤结构对其燃烧特性影响的研究
摘要：采用透射光显微镜研究了生物质型煤的结构特点,结果表明:随着热解时间增加,单颗粒生物质型煤煤焦的破裂程度加深,生物质型煤煤焦中的孔隙越发达;在相同的`热解条件下,秸秆纤维、粘稠液固化物及煤粒交界处更易产生孔隙.生物质型煤中的孔隙越发达,越易形成立体孔隙网,这些孔隙网络有利于氧化剂及反应产物的输送,从而有利于生物质型煤的燃烧和燃尽.作 者：浮爱青 余泽宇 谌伦建 FU Ai-qing YU Ze-yu CHEN Lun-jian 作者单位：浮爱青,余泽宇,FU Ai-qing,YU Ze-yu(重庆地质矿产研究院,重庆,400042)谌伦建,CHEN Lun-jian(河南理工大学研究生处,河南,焦作,454000)
期 刊：洁净煤技术 PKU Journal：CLEAN COAL TECHNOLOGY 年，卷(期)：, 14(3) 分类号：X701.3 关键词：燃烧特性 宏观结构 微观结构秸秆类生物质燃烧 篇4
A．
点燃木炭B．点燃铁丝C．点燃红磷D．点燃蜡烛考点：氧气与碳、磷、硫、铁等物质的反应现象；实验操作注意事项的探究．
分析：A木炭在氧气中燃烧：发白光，放热；生成使澄清石灰水变浑浊的气体；
B铁丝在氧气中燃烧：剧烈反应，火星四射，有热的溅落物；
C红磷在氧气中燃烧：生成白烟；
D蜡烛在氧气中燃烧：有水雾，生成使澄清石灰水变浑浊的气体．
解答：解：A木炭在氧气中燃烧：生产物对集气瓶无危害；
B铁丝在氧气中燃烧：有热的溅落物生成，会炸裂瓶底，要在瓶底盛少量水或沙；
C红磷在氧气中燃烧：生产物对集气瓶无危害；
D蜡烛在氧气中燃烧：生产物对集气瓶无危害；
故选B
秸秆类生物质燃烧 篇5
随着可再生能源的开发利用越来越受到人们的关注,生物质能作为地球上唯一能够固定碳的清洁性能源而逐渐被世界各国所重视。生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源,约占全球总能源消耗的14%[1]。
目前生物质能的利用方式大致可分为三类:一是直接燃烧;二是生物转换技术,通过微生物发酵方法制取液体燃料或气体燃料;三是热化学转换技术,通过热化学技术转化成流体燃料。在我国,生物质能主要还是作为一次能源在农村中使用[2],农村大多还是采用传统的炉灶直接燃烧,其转换效率仅为10%~20%,浪费严重,并且污染环境。
据统计,我国每年的农作物秸秆产量就可以达到6亿t[3],如果合理利用,必然能成为解决我国能源问题的一条有效途径。压缩成型燃料就是将这些密度小、体积膨松的农作物秸秆在一定压力下压缩成密度较大的棒状、粒状、块状等形状的燃料。压缩成型后不仅解决了原生物质秸秆堆积销毁的问题,还保持了原有的点火容易、CO2零排放等优点。将成型后燃料应用于传统的燃烧设备中,缩小了生物质原料的体积,大大增加了燃料的能量密度,从而提高了燃烧效率[4]。从国内外的研究现状来看,国外主要研究和应用的是木质颗粒燃料,对玉米秸秆颗粒燃料成型及燃烧技术并无成熟经验[5]。我国对生物质颗粒燃料燃烧所进行的理论和应用研究也较少,因此本文主要研究的是玉米秸秆颗粒燃料的燃烧特性。
1 生物质颗粒燃料的燃烧机理
生物质颗粒燃料的燃烧过程可以分为干燥、挥发分析出和燃烧、固定碳燃烧三个阶段,燃烧机理如图1所示。当温度达到100℃左右时,生物质表面及颗粒缝隙的水逐渐蒸发出来,含水量越高,干燥过程所消耗的热量也就越多。干燥后的生物质颗粒燃料继续吸热升温,当温度达到160℃时,高分子有机物发生热分解反应,到300~400℃就能释放出70%左右的挥发分[6]。析出的挥发分与氧气混合,燃烧放出热量,这些热量通过辐射、对流、热传导的形式传递给内层的新燃料,使内层燃料的挥发分析出、燃烧、放热。随着挥发分的减少,固定碳与氧气接触燃烧,燃烧产生的灰分把剩余的碳包裹,妨碍了气体的扩散,所以此时需要适当的人为搅动或加大空气量,以保证剩余焦炭完全燃烧。
2 试验系统
2.1 反烧炉
试验所用的试验装置是自行设计的小型反烧单元体炉,如图2所示。
该系统包括炉体、送风机、流量计、热电偶、安全排烟罩、引风机、电阻丝、变压器、数据采集模块及电脑。其中,炉体由外径为114mm、壁厚2mm的不锈钢管制成,管上均匀绕有电阻丝,电阻丝接变压装置,最外层包裹硅酸盐保温毡。炉排上均匀分布着96个直径为5mm的通风口,占整个炉排面积的20%。炉子运用的是反烧原理,通过送风机从上部送入空气,利用引风机从下部抽走烟气。进料时开启球阀,送空气时关闭球阀。烟气则是经过自行设计的安全排烟罩排至室外,在引风机的作用下,高温烟气和室内空气混合,降低烟气的温度后排至室外。温度的采集选用9只镍硅镍铬热电偶,分别测不同管断面中心处的温度,间隔均为50mm。数据采集软件为组态王。
2.2 试验方法
首先,将选取的玉米秸秆颗粒燃料在5E-MACⅢ红外快速煤质分析仪中进行工业分析,再按照国家标准对其进行元素分析。由于该试验为固定床燃烧,试验前要把称重好的颗粒燃料通过球阀投入炉体,颗粒燃料随机地堆积在炉排上,关闭球阀。调试数据采集模块,校正热电偶的温度之后,便可以进行点火、燃烧试验。点火方式采用电加热点火,根据电阻丝缠绕的间距,变压器调至150V便可以点燃玉米秸秆颗粒燃料。燃烧过程中,通过调节变频风机改变送风量,同时开启引风机,将产生的烟气通过安全排烟罩排至室外。点火时,空气量不易过大,试验以400℃作为点火成功的标准[7],点火所用的时间可以通过组态王软件的历史趋势曲线显示出来。颗粒燃料被点燃后,可以加大空气量,以满足颗粒燃料的充分燃烧所需的氧气量,数据采集模块自动采集炉膛内的温度并通过电脑输出,燃烧时间同样由组态王的历史趋势曲线显示出来。随着燃烧反应的进行,温度出现逐渐下降趋势,再调大空气量,从而保证剩余的焦炭充分燃烧。
3 试验结果与分析
3.1 玉米秸秆颗粒燃料的性质
试验选取的玉米秸秆颗粒燃料是由山东省的玉米秸秆压制而成,选用5E-MACⅢ红外快速煤质分析仪进行工业分析,根据国家标准GB/T 476-2008、GB/T 19227-2008、GB/T 214-2007、GB/T 213-2008进行元素分析,最终结果如表1所示。
3.2 料层对玉米秸秆颗粒燃料燃烧的影响
分别对料层为100mm和200mm的玉米秸秆颗粒燃料进行燃烧试验,燃烧温度与时间曲线如图3所示。由图3可以明显地看出:料层为100mm的玉米秸秆颗粒燃料的燃烧时间约为292s;料层为200mm的玉米秸秆颗粒燃料的燃烧时间约为703s,是料层为100mm的2倍多,但燃烧过程中的
平均温度780℃左右。颗粒燃料的燃烧时间与颗粒燃料的堆积密度有关,燃料堆积得越疏松,空气的传播速率以及热量的传播速率就越高,从而加速了着火过程,缩短了燃烧时间。由燃烧的温度曲线看出,颗粒燃料点火成功后,料层为100mm的燃烧较稳定,温度场波动不大,而料层为200mm的温度曲线有明显的下滑和回升阶段。因为料层为200mm的玉米秸秆颗粒燃料点火成功后温度直线升高到911℃,温度稳定的时间极短,热量低,传播过程中颗粒之间的孔隙率较小,降低了热量的传播速度,出现了温度的下滑。但随着燃烧反应的进行,颗粒燃烧放出的热量逐渐积聚起来,通过辐射、对流及热传导的形式传给下层新燃料,燃烧过程逐渐稳定,温度曲线回升,直到燃尽,燃烧后的产物轻微结渣。
3.3 水分对玉米秸秆颗粒燃料燃烧的影响
一般地讲,水分是燃烧过程中的杂质,含水量越多,颗粒燃料的其他可燃成分就越少,热值越低。试验时取料层为100mm的玉米秸秆颗粒燃料两组,一组不做任何处理,测得含水量为3.88%,另一组在105℃的条件下干燥6h,使大部分水分析出,测得含水量为0.12%。未经过干燥处理的颗粒在点火过程中,有浓郁的黑烟冒出,主要是由于不完全燃烧造成的。燃烧初始阶段,挥发分大量析出,在空气量供给充足的条件下,含水量大的颗粒燃料,干燥水分消耗的热量就多,当温度达不到挥发分燃烧的温度时,造成挥发分燃烧的不充分,产生大量浓烟,经过干燥处理的颗粒燃料点火时则没有浓郁的黑烟冒出,燃烧过程中的平均温度略高。
3.4 空气量对玉米秸秆颗粒燃料燃烧的影响
空气是影响燃烧过程的重要因素之一。点火时,炉膛温度较低,颗粒表面的化学反应速度很慢,耗氧量也不大,所以空气量过大会带走大量的热量,影响点火特性;若供给的空气量过低,则达不到点火时所需的氧气量,颗粒燃料无法点燃。点火成功后,为了保证其完全燃烧则需要加大鼓风,以提供燃烧所需的氧气。试验选取不同的过量空气系数来分析空气量对玉米秸秆颗粒燃料燃烧特性的影响,两次典型性试验如表2所示。
从表2中可以看出:玉米秸秆颗粒燃料点火时间较短,这是与水分、挥发分含量相对应的,挥发分含量越高,含水量越低,颗粒燃料越易点燃。燃烧时,过量空气系数为1.2时,最高燃烧温度可以达到1122℃,燃烧时间可持续9min,过量空气系数为2.5时,最高燃烧温度为970℃,燃烧时间持续了5min,燃烧后的产物分别如图4所示。过量空气系数为1.2时,结渣现象严重,过量空气系数为2.5
时,几乎不结渣。颗粒燃料的结渣率与其化学组成有关,燃料中Si元素含量越高,结渣趋势越明显;碱金属元素(K、Na)含量越高,燃料结渣现象亦越明显;碱土金属(Mg、Ca)含量越高,燃料结渣趋势越小。对于玉米秸秆颗粒燃料本身的化学组成是不可改变的,除了在燃烧过程中人为添加抗结渣的添加剂外,可以通过改变空气量来降低结渣率。玉米秸秆颗粒燃料在过量空气系数提高了1.3后,结渣现象明显减少,证明增大空气量可以改善颗粒燃料的结渣现象。过量的空气可以带走大量的热量,降低炉膛内的温度,致使温度低于燃料的软化温度,从而降低结渣率。
4 结论
通过自行设计的试验台,反复试验,得出了玉米秸秆颗粒燃料的燃烧特性。玉米秸秆颗粒燃料的挥发分含量高,含水量低,易点燃,燃烧过程中温度较高,但是燃烧时间短,点火时有浓烟、结渣现象严重。干燥处理可以改善点火时冒烟严重的现象;增大过量空气系数可以降低玉米秸秆颗粒燃料的结渣率,是降低生物质颗粒燃料结渣率的一种有效方法。
参考文献
[1]田松峰,罗伟光,荆有印,等.玉米秸秆燃烧过程及燃烧动力学分析[J].太阳能学报,2008,29(12):1569-1572.
[2]D.Gstreet,S.T.Waldhoef.Biofuel use in Asia and acidif-ying emissions[J].Energy,1998,23(12):1029-1042.
[3]田宜水,孟海波.农作物秸秆开发利用技术[M].北京:化学工业出版社,2007.
[4]Eric.D.Larson.Technology for electricity and fuels fromBiomass[J].Annu.Rev Energy Environ,1993,(18):567-630.
[5]苏俊林,戴文仪,矫振伟.玉米秸秆颗粒燃料的热工特性[J].吉林大学学报,2010,40(2):386-390.
[6]刘荣厚,牛卫生,张大雷.生物质热化学转换技术[M].北京:化学工业出版社,2005.
生物质锅炉燃烧调整方法分析 篇6
大唐邓州生物质能2×15 MW热电机组的锅炉为无锡华光锅炉股份有限公司的UG-75/9.8-J高温高压生物质燃料锅炉。为单锅筒、集中下降管、自然循环、四回程“M”型布置。炉膛采用膜式水冷壁,炉底布置水冷振动炉排。在炉膛内布置了屏式过热器,在冷却室和过热器室分别布置了高温、中温和低温过热器[1]。
燃烧系统:a)锅炉燃烧设备由炉前双螺旋给料机、水冷振动炉排、二次风管等设备组成;b)秸秆场外破碎至一定尺寸后送入地下料库,再由螺旋卸料机送入皮带输送机,转运到炉前料仓,料仓底部装有6根输送螺旋进入炉前3个双螺旋给料机,燃料通过炉前双螺旋给料机送入炉膛;c)振动炉排与水平面呈一定夹角,炉排下为一次风室和出渣斗。可以通过调节炉排振动的频率满足烧秸秆和出灰渣要求。振动炉排面上开有小孔,燃烧所需的一次风从炉排小孔喷出,对炉排进行必要的冷却;d)锅炉布风由二部分组成:一次风从二侧墙炉排下分两个风箱6个风口送入风室,再经过炉排上的小孔进入炉膛。风室中由隔板分隔成六个独立的风室,进风管上设有调节挡板可根据燃料和燃烧情况进行调节。二次风布置在前、后墙炉拱处,前墙布置了一层二次风,后墙布置了二层二次风,每层二次风管上均装有调风门(见图1)。
2 生物质锅炉燃烧影响因素
2.1 生物质燃料在振动炉排上的燃烧过程
锅炉运行时炉排以振动方式周期性地输料和匀料,燃料在炉排上由于振动而被抛起,边燃烧边跳跃前进,炉渣由炉排末端排入捞渣机。
2.2 燃料性质[2]
不同燃料如玉米秸秆、花生壳、锯末、板皮和棉花秸秆等,燃烧情况是不同的,一类为草质结构,一类为木质结构。草质结构如玉米桔杆、麦秸着火快,燃烧时间短,在炉膛内一般不会形成堆积,燃烧效果也比较好,但是棉花桔秆、锯末、板皮等着火慢、燃烧时间长,容易形成堆积也不易燃烧完全。因此,各种燃料要按燃料掺混原则进行掺配。例如锯末、稻壳等细质燃料绝不能单烧,掺混时比例也不能太大。我厂的燃料构成主要为板皮、花生壳、木耳棒等,如何对这些燃料进行掺配是一门很大的学问,掺混的种类和比例对料耗大小有决定性的影响。
2.3 燃料水分含量
振动炉排锅炉从性能计算、辅机配置以及燃烧要求上都要求秸秆入炉状态收到基平均水分最大不应该超过25%。但实际来说从农田收获到的青秸杆含水分都在40%~50%左右。如果秸秆的水分过高,由于燃料水分蒸发需要1个过程,导致在炉膛内燃烧时间缩短,造成燃料燃烬程度降低,从而使料耗增加。根据大唐邓州生物质能电厂的实际运行经验,实际燃料水分含量往往在40%左右甚至更高。因此除对燃烧调整造成很大压力外,对料耗影响也很大,如表2所示。
由表2看出:在燃料配比相同的情况下,随着燃料水分含量的增加,料耗也随之增加。而且远大于设计工况下料耗率小于15 T/(×104 k W·h)的要求。
2.4 一二次风对燃烧的影响
2.4.1 一次风对燃烧的影响
一次风用于保证炉排面上燃料着火燃烧。本炉燃料与一次风横向交叉混合,燃料进人炉膛以后在炉前堆积,需要空气量大,到后面燃料烧完或基本烧完,所需空气量减小,因此在满负荷的情况下,第一、第二风室风门必须开大,保证燃料燃烧所需的氧气及一次风的穿透能力.如果一次风供应不足,会产生大量青烟和还原性气体,影响燃料的完全燃烧和使炉排结焦。第三风室一次风门要根据负荷情况、燃烧和燃料情况进行调整;如果锅炉负荷较小,燃料燃烧完全,燃料较干燥的情况下,第三道风门就可以开的小些,相反就要开大些。
2.4.2 二次风对燃烧的影响
二次风的作用是扰动炉内烟气气流,压住火焰使火焰不过分上飘,同时在搅拌烟气时提供足够的高温氧气,使烟气中的火星燃烧完全。当锅炉负荷增长到50%时,应启动二次风机以保证燃料后期燃烧的需要。二次风启动后形成的气流能形成一层气幕,盖住扬起的火星、小木炭等,可以使部分木炭颗粒摔回炉排,有利于燃料燃尽。
3 生物质锅炉的燃烧调整方法
3.1 振动炉排的调整方法
2011年8月14日大唐邓州生物质能热电对#1炉进行振动炉排试验,根据厂家要求振动炉排最低30 Hz,最高38 Hz运行。分别将振幅调到30 Hz、35 Hz、38 Hz进行物料试验,各种振幅物料从振动炉排头部到捞渣机的时间(见表3)。
3.1.1 振动炉排的振动频率和振动时间的调整
振动炉排的振动频率一般不随负荷的变化而进行调整,当燃料的粒度、水分和负荷发生变化时,只是对振动时间和停止时间进行调整。振动炉排的频率由下面3个因素决定:a)低端炉排处的灰渣堆积厚度;b)在一定振动频率下,排渣处尽量不出没有燃尽的生料;c)不能使炉排上有结焦现象。根据调整试验得出:振动炉排的最佳振幅应该为38 Hz~42 Hz。
炉排的振动时间决定燃料颗粒在炉排上的行走速度,振动时间越长,其破坏焦渣的能力越强;炉排的停止时间在很大程度上决定燃料颗粒在炉排上的停留时间。
由于燃料的变化,如玉米秸秆、板皮等的燃烧情况不同,因此燃烧调整时,要根据不同的燃料进行炉排的振动时间及频率的调整,对于秸秆类燃料,相同负荷下燃料体积大幅度增加,但易燃尽,若炉排停止时间过长容易使炉排前端大量堆积不能及时燃烧。所以烧秸秆类燃料时应减少炉排停止时间和振动时间,使入炉燃料能及时摊开,做到及时翻滚和空气混合。根据大唐邓州热电#1炉调整试验得出:在锅炉满负荷运行时,根据燃料性质不同,振动时间一般为5 s~8 s,停止时间为10 min~15 min。
3.1.2 实际燃烧调整试验
2012年2月21日,根据实际运行经验对#1炉进行了振动炉排参数的整定,目的是让入炉燃料既不形成堆积,又不过于分散,而是进入燃烧中心区域快速燃烧,使值班员建立起“一味的增加炉排振动的间隔时间并不一定能够使燃料完全燃烧”的调整理念。
2月22日进行了一次风各风室的配风调整试验,目的是让预燃区有一定的干燥风,且能卷吸到高温烟气对燃料进行干燥;并使主燃区有足够的风量使燃料进行完全燃烧;在燃尽区也有一定的风量补给。
综合以上两次调整试验结果,2月23日进行了以少出生料为目的的整体调整。主要是减少燃烧量、提高入炉风量、提高炉膛烟温,使燃料入炉后能够快速燃烧。调整参数见表4。
经过此种调整后,2012年3月#1炉燃烧状况得到很大改善,料耗率基本降到了15 T/(×104 k W·h)以下。
4 结论
a)生物质锅炉燃烧影响因素主要是燃料性质、燃料水分含量、一、二次风风量配比等,燃烧调整主要是通过振动炉排的振动频率和振动周期的调整,炉排各区一次风量的调整来实现的;
b)经过对燃烧调整方法的分析探讨,#1炉的料耗从投产后的16 T/(×104 k W·h)~18 T/(×104 k W·h)降为14 T/(×104 k W·h)~16 T/(×104 k W·h)。
生物质锅炉的燃烧调整,应根据设备具体情况,在实际运行过程中不断总结经验,在保证锅炉参数的前提下,尽量降低料耗,以保证机组的安全经济运行。
参考文献
[1]李海英.生物质锅炉的性能论述[J].节能,2008,(3):86-88.