生物质燃烧机颗粒燃料Word文档下载推荐.docx

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　　本试验所用生物质颗粒燃料均于2009年7月取自市大兴区某生物质颗粒燃料生产厂，由农业部规划设计研究院研制的485型生物质颗粒燃料成型机压制而成。

试验选取了8种典型的生物质颗粒燃料，包括棉秆、麦秸、玉米秸、玉米秸（含添加剂）4种秸秆类颗粒燃料；

落叶松、红松、混合木质（榆树、柳树、树、桃树和红松的混合物）3种木质颗粒燃料；

以及1种木质与秸秆类的混合生物质颗粒燃料（木屑与花生壳混合，质量比为1：

4）。

所有颗粒燃料均压缩加工为圆柱型，直径8min，长度10~30rnn]，颗粒密度约1．2g／c。

8种典型生物质颗粒燃料的特性见表1。

　　1．2试验仪器和装置

　　1．2．1试验仪器

　　试验仪器主要包括GJ一2密封式化验制样粉碎机（省市天弘仪器）、XL一1箱型高温炉（省市天弘仪器）、VarioEL元素分析仪（德国ELEMENTAR公司）、VISTA—MPX型等离子发射光谱仪（美国瓦里安公司）、BSA223S—CW型分析天平（赛多利斯科学仪器（））、PL2002型电子天平（瑞士梅特勒．托利多公司）、SZ11-4型往复式自动振筛机（省市天弘仪器）、KM9106型综合烟气分析仪（英国凯恩公司）、101．1A型电热鼓风干燥箱（省市天弘仪器）、ZDHW-5型微机全自动量热仪（省市天弘仪器）、HR．A5型微机灰熔点测定仪（省市天弘仪器）等。

　　1．2．2试验装置

　　本试验所用的装置如图1所示，整个系统由料仓、螺旋输送器、燃烧器、热水锅炉、烟气分析系统和测量控制系统等组成。

其中，燃烧系统选用从瑞典引进的PelleX生物质颗粒燃料自动燃烧器，热输出为10~25kw；

燃烧效率约为90％；

点火功率消耗约为400w；

运行时功率消耗约为40w。

该燃烧器的喂料方式为上进料式，具有燃烧器与料仓分离、回火危险小、可根据功率要求保证精确定量进料等优点。

　　操作流程：

启动时，首先使螺旋输送器中充满燃料，然后将其与燃烧器连接；

打开操作开关，燃烧器启动，开始进料，当达到启动所需的燃料量时点火，当火焰传感器检测出火焰后，启动完成；

鼓风机启动，燃料着火区域扩大，继续喂给燃料，当火焰稳定后，进入预运行阶段：

待燃烧逐步稳定后，进入运行阶段，鼓风机全速运行，螺旋输送器按照设定值以规定速率进料，燃烧器全功率运行；

当热水锅炉的出水温度低于设定温度约5℃时，燃烧器进入低功率运行状态，进料量为正常运行的65％，鼓风机速度降低；

当锅炉温度达到设定值（或关闭开关）时，火焰逐渐熄灭，进料停止，鼓风机继续运行一段时间后停止，进入等待模式。

如果热水锅炉的出水温度低于设定温度，燃烧器将再次启动。

　　燃烧器设有控制器，可以自动监控燃烧器的整个工作过程，主要包括启动与停止燃烧器，调节启动时的燃料量、进料速度、进风量，以及设置不同的启动温度与停止温度。

此外，控制器还可以显示燃烧器的各个工作阶段（包括启动、预运行、运行、等待／停止等），燃烧过程中出现的过热保护、点火失败、故障等。

　　1．3试验方法

　　试验前，对试验所有样品都取样，进行工业分析、元素分析及发热量等测定；

试验结束后，称量底灰及渣块质量，并对灰渣进行取样，分析灰熔融特性和化学成分。

燃烧器启动时的燃料量约为230~250g，进料速度为4．0～4．5kg／l1；

同一种燃料，至少重复试验3次，结果取平均值。

　　1）点火特性。

燃料的点火特性主要是测定燃料的点火时间，利用秒表记录自燃烧器启动开始至点火成功的时间。

　　2）燃烧及污染物排放特性。

采用综合烟气分析仪（KM9106）对烟气进行实时分析和记录，烟气的采样点在烟囱与热水锅炉相接的一端，且与锅炉相距200～250mlTl。

　　3）底灰结渣率。

测定及计算方法：

取一种试验用生物质成型燃料，在燃烧器燃烧，进料量、进风量等其他条件基本一致，待燃烧器停止后，冷却，将底灰全部取出，称质量并记为m，筛分灰渣中粒度大于6mm的渣块，称质量并记为m2，则粒度大于6nlIn的渣块占总灰渣质量的百分数，称为该试样的底灰结渣率c，即Cr—m2／ml×

100％。

　　2结果与分析

　　2．1点火特性

　　通过对8种生物质颗粒燃料进行试验，发现各种燃料的点火时间与挥发分、含水率密切相关。

其中落叶松的挥发分含量最高，含水率最低（见表1），点火时间最短，而棉秆的挥发分含量最低，含水率较高（参见表1），点火时间最长。

点火时间与挥发分大致呈线性关系，挥发分越高，点火时间越短，如图2a所示，这是因为生物质燃料中的挥发分中含有大量氢气、甲烷、不饱和烃（CH）、一氧化碳等可燃气体，挥发分含量越高，则生物质燃料越容易着火。

而点火时间与含水率大致呈指数关系，含水率越高，点火时间越长，如图2b所示，这是因为生物质燃料中含水率越高，一方面延长了干燥时问，另一方面降低了最高燃烧温度（绝热燃烧温度），从而使燃料所需的点火时间延长，同时，我们也可以发现，当含水率超过一定数值时，点火时间将会是无限长，即无法点燃。

　　2．2燃烧特性

　　2．2．1表观描述

　　经观察，8种颗粒燃料的燃烧过程均可分为启动、预运行、运行、停止4个阶段。

启动阶段开始时，烟气呈白色，主要是由水蒸汽组成，烟气黑度较高；

待点火成功后，火焰颜色较红且宽，温度较低，烟气黑度变淡，呈灰色或黑色，主要是由于燃烧过程中助燃空气不足造成的。

预运行阶段，火焰变成了橘黄色，温度逐渐升高，烟气黑度更低。

进入运行阶段后，火焰由橘黄色变成了浅黄色，烟气变成一缕淡淡的青烟。

停止阶段，烟气黑度加大，火焰逐渐熄灭。

　　2．2．2烟气中CO含量

　　燃烧器启动后，烟气中CO含量随燃烧的进行不断升高并达到最大；

进入运行阶段后，其含量则大大降低（见图3）。

经分析可知，在燃烧启动与预运行阶段，燃烧室温度较低、进风量较小而进料量已经达到预设值，此时生物质颗粒燃料燃烧不充分，CO排放浓度高。

随着燃烧进入运行阶段，鼓风机全速运行，温度不断升高，燃烧逐渐稳定，生物质燃料能够充分燃烧，此时CO浓度排放值最小。

当燃烧器停止或者关闭时，螺旋输送器和鼓风机停止工作，未燃尽的燃料不能充分燃烧，即出现图中CO浓度迅速上升的情况。

　　燃烧器正常运行时，8种生物质颗粒燃料的CO排放质量浓度由低到高依次为：

落叶松、红松、玉米秸、木屑+花生壳、玉米秸（含添加剂）、混合木质、麦秸、棉秆，其排放质量浓度分别为29．18、51．19、59．06、63．09、65．25、120．00、365．94、555．37mg／m。

由此可见，其中麦秸和棉秆的CO排放质量浓度较高，这可能是因为不同生物质颗粒燃料的c、H、0元素的含量不同，其所需的理论空气量也不同，而燃烧器的风量是一定的，造成了过量空气系数的不匹配。

　　2．3SO2、NO排放

　　不同生物质颗粒燃料的烟气中SO2、NO排放质量浓度如图4、图5所示。

燃烧器的启动、预运行以及停止阶段，SO2排放浓度相对较高，这是由于不完全燃烧引起的；

在运行阶段，绝大部分生物质燃料燃烧时SO的排放浓度非常低，污染物排放水平较低，基本为零（见图4），远远低于GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准中规定的900mg／m的指标。

这主要是由生物质中s含量较低所决定的。

棉秆则是一个例外，其SO，排放浓度远高于其他生物质燃料，S含量与其处于同一数量级的其他秸秆类燃料的SO2排放浓度则低得多。

这说明生物质燃烧时，其SO生成机理的复杂性，不仅与s含量有关，而且与燃料种类和设备等因素有关。

　　8种典型生物质颗粒燃料燃烧时NO的排放浓度见图5，正常运行时由低到高依次为：

落叶松、混合木质、红松、木屑+花生壳、麦秸、玉米秸、棉秆、玉米秸（含添加剂），其排放质量浓度分别为33．88、83．47、87．05、110．35、115．31、132．18、140．63、145．34mg／m3。

结合表1可知，各种颗粒燃料的NO排放质量浓度与其N含量基本成正比关系，N元素含量高，其NO排放质量浓度亦高。

生物质颗粒燃料燃烧时的温度较低（<

1300℃），NO的生成方式主要为燃料型反应机制，而非热力型反应机制。

　　2．4灰分对燃烧的影响

　　生物质颗粒的灰分含量对燃烧器的正常运行时间有显著影响，见表2。

如果颗粒燃料的灰分含量过大，会导致燃烧器因无法及时排出灰分而难以持续运行，如棉秆的灰分质量分数最高（21．69％），而底灰结渣率很低（24．13％），但其正式运行时间最短（仅为7min），同样的情形可见玉米秸秆（含添加剂）等。

此外，底灰结渣率对燃烧器的正常运行时间也有较大影响，如红松、玉米秸，虽然其灰分含量较低（仅为6．32％、7．71％），但结渣率达到57．81％、48．94％，严重的结渣造成了燃烧器的检测孔被堵，从而导致燃烧器受控停止，不能实现连续运行。

可见国外的燃烧器并不适合中国，需要进行改造，否则难以连续运行。

同时，我们还可以看出，生物质颗粒的灰分含量对燃料的结渣基本上没有趋势性影响。

　　2．5结渣特性

　　2．5．1灰渣形貌

　　通过观察燃烧后的灰渣（见图6），可以发现，各种不同原料的生物质颗粒燃料燃烧后，其灰渣的外观形状、颜色、尺寸存在较大差异；

木质类颗粒燃料之间、秸秆类颗粒燃料之间、木质类与秸秆类颗粒燃料之间，也有较大不同，大致可以分为3种类型：

　　1）不结渣。

落叶松。

该燃料在燃烧后的灰渣呈灰黑色的细小颗粒物，无块状的渣块产生，如图6a所示。

　　2）中度结渣。

包括棉秆、玉米秸（含添加剂）。

这两种燃料在燃烧后均出现轻微的结渣现象，但渣块尺寸较小，易碎。

其中，棉秆燃烧后的灰渣呈灰黄色，粒度一般为8～10ITI1TI，如图6b所示；

玉米秸（含添加剂）燃烧后的灰渣为与燃烧前形状类似的浅棕黄色颗粒，但直径与长度均较燃烧前减小，约为Ø

5．5mm×

12．5InlTl，如图6c所示。

　　3）严重结渣。

其渣块尺寸由小到大依次为：

麦秸、玉米秸、木屑+花生壳、混合木质、红松。

这些燃料的结渣现象都很明显，渣块硬度较大，且尺寸和质量都很大。

其中麦秸燃烧后其灰渣为深灰色，渣块最大尺寸约68．51TUTI，质量为9．14g，硬度相对较小；

玉米秸燃烧后灰渣颜色较深，略呈深蓝色，色泽较亮，渣块尺寸最大能达到82．5mm，质量达20．03g；

木屑+花生壳的混合燃料在燃烧后，灰渣尺寸最大能达到1061"

1"

1／11，质量达105，46g，其颜色较浅，呈灰黄色；

混合木质燃烧后的灰渣颜色偏暗，渣块最大尺寸约为112min，质量为81．49g；

红松燃烧后的灰渣颜色偏红，渣块尺寸最大能达到116inlrl，质量达133．41g，硬度非常大。

如图6中d、e、f、g、h所示。

　　值得注意的是，当在玉米秸中加入添加剂后，其灰渣的形态与特性都发生了较大变化，如颜色由青黑色变为浅棕黄色，渣块粒度变小且呈较为规则的短圆柱状，更加易碎等，见图6中c、e，添加剂有益于改善燃料的结渣性能。

　　2．5．2灰熔融性对结渣的影响

　　8种生物质颗粒燃料的底灰结渣率由小至大分别为：

落叶松<

棉秆<

玉米秸（含添加剂）<

麦秸<

木屑+花生壳<

混合木质<

玉米秸<

红松，见表3。

可以发现，燃料的结渣率与其软化温度密切相关，软化温度越高，结渣率越低；

当燃料的软化温度达到一定数值时（如落叶松的软化温度为1389℃），则燃料将不会出现结渣现象。

但对某些生物质颗粒燃料，灰熔融特性对底灰结渣率的影响却不明显，甚至有矛盾。

如棉秆的软化温度为1211℃，低于玉米秸（含添加剂），但底灰结渣率反而较低，仅为24．13％；

同样，麦秸的软化温度为1201℃，低于木屑+花生壳，其底灰结渣率为36．57％。

　　另外，在燃料中添加适当的添加剂，能够有效降低生物质颗粒燃料的结渣趋势，如试验中的玉米秸，未含添加剂其底灰结渣率为48．94％，使用添加剂后的底灰结渣率降低到26．17％，降低了22．77％。

　　2．5．3灰渣化学组成的影响

　　生物质颗粒燃料的底灰结渣率与其化学组成密切相关，见图7，图中所示燃料的结渣率为依次增大。

一般来说，燃料中Si元素含量越高，结渣趋势越明显，如木屑+花生壳、玉米秸、红松、以及麦秸等，其si的质量分数基本在25％左右或更高，结渣率较高；

反之，落叶松灰渣中的化学成分中si的质量分数最低，仅为9．76％，其结渣率也最低（不结渣）。

　　除Si元素外，碱金属元素（K、Na）及碱土金属元素（Ca、Mg）对底灰结渣率的影响也很大，如棉秆与麦秸，二者的Si元素含量大致相同，但二者的K元素含量相差很大，麦秸的K元素质量分数高达14．17％，而其底灰结渣率也比棉花秆高出许多；

再如玉米秸（含添加剂）与玉米秸，可以发现前者Mg元素含量较高，比后者高出3倍多，K元素含量则较低，约是后者的1／2，而前者结渣率比后者降低了22．77％；

再如混合木质与红松，前者的ca元素含量约是后者的3倍，其结渣率则降低了约10％。

由此可知，碱金属元素含量越高，燃料结渣趋势越明显；

碱土金属含量越高，燃料结渣趋势越小。

　　3结论与建议

　　1）生物质颗粒燃料所需的点火时间与燃料的挥发份、含水率密切相关，挥发分越高，含水率越低，点火时间越短。

　　2）生物质颗粒燃料在燃烧器中正常燃烧时的SO2、NO等污染物排放浓度远低于国家标准，但存在着部分生物质颗粒燃料灰分含量过大、结渣严重等问题，从而导致燃烧器难以连续运行。

　　3）燃料的灰熔融特性对其结渣率有较大影响，对大多数燃料来说，软化温度越高，结渣率越低，当软化温度达到一定数值时，燃料不会发生结渣，如落叶松。

　　4）影响生物质颗粒燃料结渣趋势的元素主要有si、碱金属和碱土金属。

其中，Si元素含量越高，碱金属含量越高，越易于结渣；

碱土金属含量越大，越抗结渣。

添加适当的添加剂，可有效改善燃料的结渣性能。