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1、生物质粉体燃料富氧燃烧探索摘要：一般来说生物质燃料燃烧温度较低，通过研究促使生物质燃料充分燃烧，可以促使其应用于更加广泛的领域。本文就生物质粉体燃烧情况进行研究，并就其在不同富氧条件下的反应予以观察，了解不同氧气浓度对生物质粉体燃料燃烧的影响，从而探索生物质粉体燃料富氧燃烧的条件，为促进生物质粉体充分燃烧的研究提供借鉴。关键词：生物质粉体；富氧燃烧；温度分析1富氧燃烧研究现状生物质燃料的开发，包括化学、生物、物理三大类别，所涉及的技术也多种多样，但就主要类别可以分为热解、液化、气化直接燃烧等多种技术。对于生物质燃烧来说，直接燃烧可以说是其得以应用的最重要、最直接，也是使用最早的一种传统转化方式
2、，所花费的成本也较低，正是因为此特点，生物质直接燃烧在国内外的研究发展也最快。美国积极推行生物质燃烧技术，并通过对生物质的直接燃烧来进行热能发电，对于富氧燃烧的研究也不遗余力。早在80年代，诸如美国等发达国家便对富氧燃烧进行了深入研究，膜法富氧技术便是其中所研究的重要方向和领域。尤其日本，其在进行富氧燃烧实验时候，更多的是以气、煤、油灯做为主要燃料，通过不同燃料的应用进行实验，进而得出相应的富氧燃烧结论。其实验结论认为，富氧助燃能够达到更好地节能效果，一般情况下可以达到10-25%的节能效果，也正是在此基础上，日本在大型锅炉应用研究方面走在前列。我国更多的研究方向倾向于局部增氧助燃技术，此技术
3、在玻璃窑炉，燃油、燃煤、燃气等小型的工业锅炉中具有广泛的应用作用，并得到了较好的社会效益和经济效益，其节能效应达到11.8%，不仅提高产品质量，而且延长了锅炉寿命。2生物质粉体富氧燃烧研究实验为了更好地研究生物质粉体富氧燃烧情况，开展相应的实验研究就显得非常重要。本研究课题试验的燃烧系统主要包括富氧装置、测温数显、进料装置、燃烧炉等四部分。就富氧装置来说，其主要为氧气瓶、风量调节阀、配风管、转子流量计、测温数显系统、皮托管等系统组成；测温数显则主要是对燃烧炉内的温度予以监控，并对风粉浓度和流量予以反馈；进料装置则包括刮板、料斗、下粉管、螺旋进料器等装置组成。2.1实验原料和装置2.1.1实验原
4、料本实验所选用的实验原料为实验室破碎系统的破碎产物。该生物质粉体的工业分析，元素分析，以及发热值如下表：2.1.2实验用风机风量的测定与调节在实验过程中需要对风机风量进行调节，这就需要对进风口大小予以调控。在进行分量调控之前需要对管道内压力差进行测试，此时可以应用皮托管予以测试开展，将计算结果折算成为流速，并对最佳风流量予以计算。需要注意的是，在进行内压力差测时候，应与风出口保持一定距离，一般来说为5D（D为管道直径），测试位置也应当处于横截面中心。2.2实验方法燃烧过程中的温度、烟气和灰渣，都需要通过相关工具进行监测，并进行相应调节。对于温度的监控则主要通过测温数显系统予以进行，对于烟气的采
5、集分析则主要通过KM900便携式烟气分析仪予以测定，通过此设备监测主要成分。采用美国EAGLE聚焦型扫描某-射线荧光能谱仪，对灰渣成分进行测量。实验方法如下：粉体粒径对燃烧的影响。生物质粉粒粒径不同，对于燃烧的效果具有影响，通过破碎成本的结合，以及燃烧效率的权衡，挑选最佳的粉体粒径。在后续实验中，主要对适宜燃烧的粉体粒径予以应用；风粉浓度对燃烧的影响。风量不变的情况下，螺旋给料机转速变化，则会对风粉浓度产生影响；燃烧熔炉与进料量的关系。风粉浓度不变的情况下，并保持最佳基础上，风分量增大，则能够窥探燃烧炉与进料量之间的变化关系；生物質粉体燃烧与氧气进入量的温度探讨；燃烧炉炉温与富氧率之间的关系。
6、控制好最优风粉浓度量，把控好其进料环节，在结合粒径的优化筛选，则可以了解空气富氧率对生物质粉体的燃烧影响，了解炉温与富氧率关系；燃烧温度对灰分量、灰成分的影响；探究助燃空气的富氧率对于烟气成分的作用。3实验结果及讨论3.1粉粒直径对燃烧的影响粉粒直径对于燃烧具有一定影响，诸如进料、燃烧温度、点火、烟气成分等都会受到其影响。一般来说，粉粒直径越小，越具有团聚趋势，那么物料搭桥的现象就更加突出，但与此同时所具有的好处就是具有较好的点火性能。实验结果表明，粉体越细，烟气中的一氧化碳含量越低，燃烧的充分性也就越好。但是，实验数据表明，NO某受到粉粒直径的影响不大。在进行实验过程中，对粉粒直径的筛选共计
7、五种：d0.420mm（40目）、d0.250mm（60目）、d0.149mm（100目）和d0.420mm粉粒燃烧难度较大，并会在燃烧过程中产生黑烟，燃烧状态欠佳，实验结束还会在燃烧炉底部发现堆积；d0.125mm粉粒在燃烧炉中燃烧则可以达到12330，燃烧效果较好；d0.177mm的粉粒燃烧温度可以达到1153，较细粉粒的燃烧情况更好。综合多种粒径的燃烧情况来看，破碎产品中d0.177mm的粉粒燃烧成本最为经济合理。3.2风粉浓度对燃烧的影响通过实验可知，风流量保持在70m3/h的情况下，风粉浓度能够与炉膛内的最高温度呈现出最佳的燃烧状态；而风粉浓度一旦达到280g/m3以上，燃烧则不够充
8、分，且点火时容易出现爆燃现象，炉內压强较大。同时，我们还观察到风粉浓度的增加会使烟气中的二氧化碳、氧气浓度降低，一氧化碳浓度增高。对于燃烧的化学反应方程式，我们可以采用进行如下表达：3.3二次风对燃烧的影响二次风于炉膛下部三分之一处进入主燃室，并在燃烧后5分钟开启，用于空气的补充，并对气粉予以混合搅拌。实验表明二次风对燃烧的影响较小，其与一次风的比例以35：1混合较为合适。3.4确定最佳进料量该实验主要分成三个层次来对进料量进行观察。第一，进料量为200g/min，风机风量为54m3/h，其火焰占据炉膛整体，生物质粉体能够达到完全燃烧；第二，进料量为260g/min，风机风量为70m3/h，粉
9、体在燃烧炉內存在适当停留，燃烧效果最佳；第三，进料量为320g/min，风机风量为87m3/h，粉体难以停留便被排出，燃烧效果较差。3.5通入氧气的最佳温度的确定本实验选定的进料量为260g/min时，风粉浓度为260g/m3，风机风量调为70m3/h，炉温上升到1100时候，通入氧气效果最佳。3.6最佳富氧率确定因考虑到进料量为260g/min时，风粉浓度为260g/m3情况下能够达到较好的燃烧效果，因此，依然选定此燃烧条件，并首先通过空气助燃的形式进行粉体燃烧。在温度达到1100时候，通入氧气。通过风机风量与氧气量的调节，让空气富氧率达到20%、25%、30%、35%、40%、50%，实验
10、结果如下：通过实验可知，如图2所示，仅空气燃烧情况下，炉膛最高温度为1230，助燃氧气浓度为30%时，炉膛温度可以达到1520，说明氧气的助燃效果极为明显。氧气浓度达到40%时，温度则相比较空气助燃情况下提升33.3%，氧气浓度在此基础上提升，其炉膛温度的提升情况趋于平稳。如图3所示，在富氧条件下，炉膛温度升高的时间缩短，从1100提升到1200仅需要14min；富氧率达到30%或者以上时，炉膛温度达到此温度仅需要2min。实验表明，炉膛温度1100，富氧浓度为25%，能够体现较为经济合理的燃烧效果。爐膛温度从1200提升到1400，富氧率为25%，其温度攀升时间为12min，富氧率为30%及
11、以上情况下，时间为4min，如果助燃空气量为某m3/h，富氧率为25%情况下除氧气量为0.48某m3，富氧率为30%则需要通入的氧气量为0.36某m3，因此，富氧浓度为30%的情况下，能够达到较为经济合理的燃烧效果。3.7灰分分析通过实验可知，生物质粉体在不完全燃烧时候，其灰分呈现出黑色，并伴有焦油、烟尘混合物附着于燃烧炉壁，具有一定粘性，这就对燃烧炉的温度提升，热能传递产生阻碍，不利于粉体燃烧。富氧燃烧条件下，则能够实现粉体的充分燃烧，保证其炉內温度均匀呈现，其粉末也成白色，没有粘着性，结渣情况减少。富氧率的提升促使炉內温度提升，炉内温度变化对于灰质成分也会产生影响。通过某SAM800型电子
12、能谱仪对不同温度下的燃烧灰分进行分析，可以了解到低温下的灰分量远远超过高温下的灰分量，高温条件下的元素也更容易挥发，通过基准值与高温灰分析，我们了解到生物质粉体中的硅、钙、铁、铝挥发性较小，而钠、钾的挥发性较大。3.8烟气分析空气中的含氧量、生物质粉体的燃烧情况都与烟气中的氧气浓度具有一定关系，耗费氧气量与燃尽率具有正比例关系。通过对烟气出口处氧气浓度的测试，了解到氧气浓度与燃尽率的提高成反比，与进入炉內的氧气量成正比。粉体在燃烧过程中也同样会产生SO2，主要是有机、无机硫燃烧之后的产物。在炉内温度超过200时候，可以分解出H2S、硫醚、硫醇等物质，这些物质燃点较低，SO2往往会在300情况下
13、便产生。一般来说，氧浓度与SO2浓度增加呈现正比例关系。4结语通过实验我们可以得出如下结论：生物质燃料粉体粒径与燃烧效果有密切的关系，直径为0.177mm的生物质粉体燃烧效果最好；风粉浓度为260g/m3情况下，能够达到经济燃烧的需要；二次风对于燃烧的效果影响甚微。进料量保持在260g/min时候，燃烧效果最好，并能够促使炉內温度较快提升；生物质粉体燃料在空气中的燃烧可以达到1200，富氧率的增加与温度提升成正比；富氧率为40%时候，温度可以达到1600，当富氧率超过40%，温度升高逐渐变慢。炉温达到1100时候，氧浓度为15%；炉温为1200，氧浓度为30%；炉温为1500时，氧浓度为40%，最为经济合理。氧浓度提高，烟气中的NO某和SO2含量增加。