生物質顆粒燃料成型技術是指在一定（dìng）的壓力條件下，用機械壓縮（通常的生物質燃料成（chéng）型設備有顆粒機、木（mù）屑顆粒機、飼料顆粒機、秸稈壓塊機等設備）將鬆散細碎的無 定型的秸稈擠壓成（chéng）質地致密、形狀（zhuàng）規則的成型燃料。如下圖所（suǒ）示： 原料擠壓成型後，密度（dù）可達0.8～1.3 t／m ，能量密度 與中質煤相當，可代替傳統礦物化石能源用於（yú）生產和生活領 域，該技術已在世界範圍內得（dé）到了廣泛的發展。 目前，世界上關於生物質（zhì）成型燃（rán）料燃燒設備有生物質燃料鍋爐（lú）等燃燒爐和壁爐，主（zhǔ）要（yào）用於家庭取（qǔ）暖。對於大塊成（chéng）型 燃料的燃燒設備在世界上研究還不多。國內曾（céng）有將 0.8t立式燃煤爐改造為燃用生物質成型燃料鍋爐。 但改造後（hòu）鍋爐燃燒秸稈成型（xíng）燃料存在 3個突出問 題：燃燒不穩定（dìng）。在燃燒初期，大量的揮（huī）發份析 出，使部分揮發份（fèn）來（lái）不（bú）及燃（rán）燒或燃燒不完全，冒黑煙 現象嚴重，並且燃燒速度（dù）在很短時間內迅速下降； 存在著嚴重的結渣現象。結渣增加了一（yī）次風的阻 力，減少了一次風的進入量，從而（ér）影響秸稈成型塊的 燃燒效率；煙氣中飄塵含量偏高。秸稈成型塊燃（rán） 燒過程中的飄塵現象比秸稈散（sàn）燒有（yǒu）所緩解，但仍達 不到國家環保要求 。為了探討適合生物質成（chéng）型燃裝置，同時解決秸稈成型塊在燃燒過 程中存在的這些問題，筆者對秸稈成型燃料在馬弗（fú） 爐上進行了單顆粒燃燒試驗，對單顆粒成型燃（rán）料的 燃燒速度和燃燒機理（lǐ）進行（háng）了探討，並設計出一種能 使秸稈成型燃（rán）料穩定（dìng）、充（chōng）分燃燒的燃燒裝（zhuāng）置 。 1、秸稈生物質成型燃料燃燒試驗 1.1秸稈燃料的工業分析 生物質（zhì）的工業分（fèn）析及（jí）發熱量 表1為玉米稈、小麥稈、稻稈及二種煤的工（gōng）業（yè）分析（xī）和發熱（rè）量分析結（jié）果。從表中可以（yǐ）看出秸稈的揮發分和含氧量遠高（gāo） 於煤；而灰分和含碳量，特別是固定碳的含量遠低於 煤，其熱值也小於煤（méi）。 1.2秸稈成型（xíng）燃料燃燒試驗 1.2.1試驗裝置和方法（fǎ） 該試驗在馬弗爐中進（jìn）行，由熱電偶數字顯示儀 控製和（hé）測量溫（wēn）度，用（yòng）電子天平、托盤天平稱（chēng）量。試驗材料（liào）采用單個（gè）秸（jiē）稈成型燃料棒。 1.2.2秸稈成型（xíng）燃料燃燒試驗結果 影響秸（jiē）稈成型燃料燃燒速度的因素 包括： 秸稈的種類，燃（rán）燒溫度，燃燒時（shí）供風量（liàng），成型密度，成 型棒質量及成（chéng）型燃料的幾何（hé）尺寸等（děng）。秸稈成型燃料 燃燒試驗按以下（xià）參數判斷燃燒速度：成型燃料的 燒失量 m：在某段時間內，成型燃料燃燒（shāo）和揮發所失 去的物質質量，單位為 g；成型燃料的平（píng）均燃（rán）燒速 度 ：在某段時間內（nèi），單位時間內成（chéng）型燃料燃燒和揮 發所失去的物質（zhì）質（zhì）量，單位為 g·min-1；成型燃料可燃物的相對燃燒速度Vt：在某段（duàn）時間內，成型燃 料燃燒和揮發所失去的物質質量（liàng）相對於成型燃（rán）料中 可燃物和揮發物質量的百分比，單位（wèi）為％；成型燃 料中可燃物和揮發物的質量：Vad+FCad 成（chéng）型棒的 質量，單（dān）位為 g。燃燒試驗結果示於表 2、表 3和表4。 試驗結果顯示（shì）：不同秸稈的成型燃料具有不（bú）同的燃燒速度（dù），但呈現（xiàn）相同的變化規律。即燃燒初期(0～5 min)平均燃燒速度快，中（zhōng）期為過度段(5～10min)，後期(10～20 min)燃燒速度最慢且趨於平穩（wěn）。這是因為燃燒初期主要是揮發份的燃燒，這時揮發份（fèn）濃（nóng）度最（zuì）大且基本上沒有灰殼的阻礙作用。燃燒中期是揮發份和碳的混合燃燒。該階段揮發份濃度較低，灰殼的逐漸加厚也（yě）阻礙揮發（fā）分向外溢出的速度。燃燒後期主要是碳和少（shǎo）量殘餘（yú）揮發份的燃燒，不斷加厚的灰（huī）層使氧氣向內（nèi）滲透和燃燒產物的向外擴（kuò）散明顯受阻，降低了燃燒速度。在整個燃燒過程中，揮 發份含量高的小麥秸稈（gǎn）和玉米秸稈燃燒速度衰減較快。又由於小麥秸稈的灰分小於玉米秸稈的灰份，其燃燒過程中灰層的阻礙小（xiǎo）於玉米秸稈，因此小麥 秸稈燃燒速度的衰減速度略大於玉米秸稈；而揮發份含量較低、灰份含（hán）量較高的稻稈燃燒速度衰減較慢。3種秸稈均在燃燒到 15 min時速度趨於平穩且基（jī）本（běn）燃盡。由於秸稈原料的揮發（fā）份含量高，使秸稈成型燃（rán）料燃燒初期（qī）的速度（dù）受溫度的影響較大，溫度（dù）越高，揮發份析出速度越快，燃燒平穩性愈差。通風量對成（chéng）型燃（rán）料燃燒速度的影響主要是溫度的影響，通風（fēng）使爐膛內的溫度降低（dī），揮發份析出（chū）速度相對平穩性。由於試（shì）驗爐（lú）膛較（jiào）小，兩種通風工況對燃燒速度的（de）影響沒有明顯區別。成型密度（dù）、成型（xíng）直徑（一般圓（yuán）柱狀生物質（zhì）顆粒燃料直徑6～18mm之（zhī）間）和成型燃料的質量對成型燃料的（de）燃燒速（sù）度（dù）均有一定的影響。成型密度的增大，一定程度上抑製（zhì）了成（chéng）型（xíng）燃料揮發份的析出速度。成型直（zhí）徑和成型（xíng）質量的（de）增加，使得燃燒初期的平均燃燒速度增大（dà），即燃（rán）燒初期析出的揮發（fā）份增多，而在中後期揮（huī）發份的析出速（sù）度相對穩定。成型燃（rán）料的燃（rán）燒主要（yào）是揮發分的燃燒，為了使秸稈能在整個燃燒過程中實（shí）現完全燃燒，最重要的措（cuò）施是實現合理配風下的控溫燃燒，從（cóng）而控製秸稈成型燃料在整（zhěng）個燃燒過程中揮發份的析出速度能相對平穩，對燃燒速度（dù）和狀態產生均衡的影響。 2、生物質（zhì）成型燃料鍋爐（lú）設計 2.1主要設計參數 鍋爐產出熱水量 G =1000 kg/h，進水溫度 t js= 20 ，熱水溫度 t =95 ，冷空氣溫度為 20 ，由於（yú）缺乏有關生物質成型燃料鍋爐設計參數（shù），根據（jù） 秸（jiē）稈成型（xíng）燃料的成分、發熱量及燃燒與中值煙煤相 當（dāng）的特性（xìng），鍋爐特性參數的選取中值煙煤為參考進 行選取。其固體（tǐ）不完全燃燒（shāo）損（sǔn）失 q =6％，排煙（yān） 溫度為2OO，排煙損失 q =10％，氣體不完全燃燒 損失 q =2％ ，散熱損失 q =6％，灰渣物理熱損失 q =2％ ，鍋爐效率70％ ，爐排麵積（jī）熱強度 q= 430 kW/m ，爐膛體積熱負荷 q =380 kW/m3，爐（lú）膛過 剩空氣（qì）係數（shù） a=1.2，排煙處過剩空氣係（xì）數（shù） apy= 1.55。 2.2 生物質成型燃料鍋爐結構布置 設計的生物（wù）質（zhì）成型燃料鍋爐采用雙膽（dǎn）反燒結 構。由（yóu）環型外膽、環型內膽（dǎn）、上爐門、中爐門、下爐 門、觀火口、上爐排、下爐排、風室（shì）、二次鳳管、爐膛、 輻（fú）射受熱麵、對流受熱（rè）麵、排汽管、煙（yān）道、煙囪等部分 組成，其結構布置如（rú）圖 1所示。 雙層爐排（pái）的上爐門（mén）常（cháng）開，作（zuò）為投燃料與（yǔ）供（gòng）應空氣之用，中爐（lú）門用於調整 下爐排上燃料的燃燒和清除灰（huī）渣，下爐門（mén）用於排灰， 觀火口除用於觀（guān）火外還用（yòng）於上爐排的清渣，正常運 行（háng）時中爐門、下爐門、觀火口關閉。上爐（lú）排以上的空 間相當於風室，上爐排下設雙排二次鳳口，使未燃 盡的氣體在此進一步燃燒。上下爐排之間的空間為（wéi） 爐膛，環型外膽和環型內膽之間構成煙道 ，煙（yān）氣通 過煙管進人（rén）煙（yān）囪。雙膽（dǎn）反燒生物質成型燃料鍋爐的工作原理是，一定粒徑生物質成型燃料經上爐（lú）門被送入（rù）上爐排上燃燒（shāo），一次空氣通過上爐門吸入，上爐排漏下的（de）生物（wù）質屑和灰渣到下爐排上繼續燃燒和燃盡（jìn）。秸稈成型燃料燃燒（shāo）時（shí）產（chǎn）生的未完全燃燒的 CO及揮發份穿過爐排，並爐（lú）膛內與二次風混合後進行二次燃燒，燃燒（shāo）後的（de）煙氣與下爐排上燃料產生（shēng）的煙氣一起，經環型外膽和環型內膽之間構成煙道進入煙囪。這種燃燒方式，實現了生物質成（chéng）型燃料（liào）的分步（bù）燃（rán）燒，緩解（jiě）生物質燃燒速度，達到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質成型燃料穩定持續完全燃燒。 3、生（shēng）物質成型燃料鍋爐（lú）試驗 根據工業鍋爐（lú）熱實驗規範(GB10108.88)、鍋爐 大氣汙染物（wù）排放標準(GWPB321999)及鍋爐煙塵測 試方法(GB54682．91)，對該生物質成型燃料鍋爐熱 性能及環保指標進行測試。 3.1 主要（yào）測試儀表 （1）KM9106綜合燃燒分析儀 （2）IRT22000A手 持式快（kuài）速紅外測溫（wēn）儀 （3）SWJ精密數字熱電（diàn）偶溫度 計 （4）應用 3012H型自動煙塵(氣)測試儀等。 3.2 試驗結果 試驗燃料（liào）為直徑 45mm、50mm、65 mm、75mm、 90mm、130mm6個水平的玉米秸稈（gǎn）成型燃料。密（mì）度為0.9～1.15 t／m 之間，含水率為7.5％，收到基淨發熱（rè）量為（wéi） 15847 kJ/kg。試驗結果示於表5和表6。 3.3 結果與討論（1）從試驗過程可以看出，采用雙膽反燒結（jié）構，冷空氣（qì）和秸（jiē）稈成型燃料不直（zhí）接進入燃燒室，使燃料從（cóng）爐壁到剛投人（rén）爐內（nèi）的新（xīn）料層溫度逐漸降低形（xíng）成溫度梯度，使揮發分的析出速度相對平穩，解決秸稈成型塊燃燒的不穩定現（xiàn）象；灰渣在料層的壓力和自身（shēn）的重（chóng）力作用下自動下落（luò），基本上解決了秸稈成型燃（rán）料結渣對燃燒產生（shēng）的不利影響；采（cǎi）用煙道加（jiā）寬，使煙氣流速降低，同時改變煙氣流向迫使煙塵下落，有效解決了煙氣中飄（piāo）塵問題。 （2）從不同直徑的生物質成型燃料試（shì）驗來看，直徑為（wéi） 45 mm、55 mm、65mm、75mm和 90 mm的玉米秸稈成型（xíng）燃料燃燒（shāo）時，鍋爐的熱效率、熱水流（liú）量、熱水壓力（lì）與溫度等熱性（xìng）能參數達到或接近設計要求。鍋爐熱（rè）效率隨成型燃料直（zhí）徑的（de）增大而降低，直徑為 130mm的玉米秸稈成型燃料在燃燒裝（zhuāng）置內的燃燒狀況明顯變差，燃燒效（xiào）率為 65．4％，一氧化碳的濃度明顯增高。這主（zhǔ）要是因為隨著成型燃料直徑的增加（jiā），成型塊間孔隙增大，供應的空氣穿過燃燒層時易形（xíng）成空氣束（shù），布風不勻，使空（kōng）氣（qì）不能很好的與可燃氣進行混合所致。這說明試（shì）驗爐對（duì）成型燃料直徑有一定的要求。 （3）由（yóu）試驗結果得出：直徑為 45 mm、55 mm、65mm、75mm和（hé）90 mm的（de）玉米秸稈（gǎn）成型燃料燃燒（shāo）時， 該種鍋爐氣體不完全燃燒損失基本為0.1％～1.5％，固體不完全燃燒損失為0.67％～6.75％ ，燃燒效率高達99.23％～91.75％ ，熱效（xiào）率達75.6％～85.01％。 （4）試驗除開始點（diǎn）火時有少量黑煙外，燃燒裝置 正（zhèng）常（cháng）運行後，整個過程燃燒連續平穩，鍋爐排煙中CO、NO 、SO：和煙塵濃（nóng）度（dù）等環保指標遠遠低於（yú）燃煤 鍋爐（lú），符合國家工業鍋爐大氣汙染物排放標準要求。 （5）從試驗結果（guǒ）來看，生物質成型燃料鍋爐的運 行參數與設計選用參數之間（jiān）存在一定的差別，這可能是由於該爐設計參數是根據生物質(秸稈)成型燃料特性相近的煤質和經驗確定造成的。因此，需不斷完善生物質(秸稈)成型（xíng）燃料鍋（guō）爐主要設計數據，以提高生物質(秸稈)成型燃料鍋爐設計精度。 4、結 語 秸稈成型燃料和燃燒技術已引起了人們的廣泛興趣。通過對秸（jiē）稈（gǎn）成（chéng）型燃料單顆（kē）粒燃燒試驗和對秸稈成（chéng）型燃料燃燒規律的探討，本文針對秸稈（gǎn）成型塊燃燒過程中常見的燃（rán）燒不穩定（dìng），燃燒效率低以及煙氣中飄塵含量偏高等問題（tí），提出了雙（shuāng）膽反燒結構。這（zhè）種結構不但有利於實現生物質的穩定燃燒，還能在很大程度上解決結渣（zhā）堵塞一次風道的問題和爐具排煙中飄塵含量過高的問題。對設計出的（de）秸稈成型燃料鍋爐（lú）的測試表明：該爐具有較高的熱效率和（hé）環保效益，燃用（yòng）秸稈成型燃料（liào）燃燒穩定、床層不（bú）易結（jié）渣且煙氣中飄塵含量達（dá）標。轉載請注明：河南省同（tóng）創新能源顆粒機