生物質顆粒燃料成型技術是指在一定的壓力（lì）條件下，用機械壓縮（通常（cháng）的生物質燃料成型設備有顆粒機、木屑顆（kē）粒機、飼料顆粒機、秸（jiē）稈壓塊機等設備）將鬆散細碎的（de）無 定型的秸稈擠壓成質地致密、形狀（zhuàng）規則的成型燃料。如下圖所示： 原料擠壓成型後，密度可達0.8～1.3 t／m ，能量密度（dù） 與中質煤（méi）相當，可代替（tì）傳統礦物化（huà）石能（néng）源用於生產和生活（huó）領 域，該技術已在世界範圍內得到了廣泛的（de）發展。 目前，世（shì）界上（shàng）關於生物（wù）質成型燃料燃燒設備（bèi）有生（shēng）物質燃料鍋（guō）爐等燃燒爐和壁爐，主要用於家庭取暖（nuǎn）。對於大塊成型 燃（rán）料（liào）的燃燒設備在世界上研究還不多（duō）。國內（nèi）曾有將 0.8t立式燃煤爐改造為燃用生物質成型燃（rán）料（liào）鍋爐。 但改造後鍋爐燃燒秸稈成型燃料存在 3個突出問 題：燃燒不穩（wěn）定。在燃燒初期，大（dà）量的揮發份析 出，使（shǐ）部分（fèn）揮發份來不及燃燒或燃燒不完全，冒黑煙 現象嚴重，並且燃燒速度在很短時間內迅速下降； 存在著（zhe）嚴重（chóng）的結渣現象。結渣增加了一次風（fēng）的（de）阻 力，減少了一次風（fēng）的進入量，從而影響秸稈（gǎn）成型（xíng）塊的 燃燒效率；煙氣中飄塵含（hán）量偏高。秸（jiē）稈（gǎn）成型塊燃 燒（shāo）過程中的飄塵現象比秸稈散燒有所緩解，但仍達 不到國家環（huán）保要（yào）求 。為了探討適合生物質成型燃裝置（zhì），同時解決秸稈成型塊在燃（rán）燒過（guò） 程中存（cún）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（dān）顆粒燃燒試驗，對單顆粒成型燃料的 燃燒（shāo）速（sù）度和燃燒（shāo）機（jī）理進行了探討，並設計（jì）出一種能 使秸（jiē）稈成型燃料穩定、充分燃燒的燃（rán）燒裝置 。 1、秸稈生物質成型燃料燃燒（shāo）試驗（yàn） 1.1秸稈燃（rán）料的工業分（fèn）析 生物質的工業分（fèn）析及（jí）發熱量 表1為玉米稈、小麥稈、稻稈及二種煤的工業分析和發熱量分析結（jié）果。從表中可以（yǐ）看出秸（jiē）稈的揮發分和含氧量遠高 於煤；而灰分和含碳（tàn）量，特別是（shì）固定碳的含（hán）量遠低於（yú） 煤，其熱值也小於煤。 1.2秸稈（gǎn）成型燃料燃燒試驗 1.2.1試驗裝置和方法 該試驗在馬弗爐（lú）中進行（háng），由熱電偶數字顯示儀 控製和測量溫度，用電子天平、托（tuō）盤天平（píng）稱量。試驗材料（liào）采用單個秸稈（gǎn）成型燃料棒。 1.2.2秸稈成型燃料燃燒（shāo）試驗（yàn）結果 影響秸（jiē）稈成型燃料燃燒速度的因素 包括： 秸稈（gǎn）的種類，燃燒（shāo）溫度，燃燒（shāo）時（shí）供風量，成型密度，成 型棒質量及成型燃料的幾（jǐ）何尺寸等。秸稈（gǎn）成型燃料 燃（rán）燒試（shì）驗按以下參（cān）數判斷燃燒（shāo）速度：成型燃料的（de） 燒（shāo）失量 m：在某段時間內（nèi），成型（xíng）燃料燃（rán）燒和揮發所失 去的物質質量，單位為（wéi） g；成（chéng）型燃料（liào）的平均燃燒速 度 ：在某段時間內，單位時間內成型燃料燃燒和揮 發所失去的物質質量（liàng），單位為 g·min-1；成型燃料可燃物的相對（duì）燃燒速度Vt：在某段（duàn）時間內，成型燃 料燃燒和揮發所失去（qù）的物（wù）質質（zhì）量相對於成（chéng）型（xíng）燃料中 可燃物和揮發物質量（liàng）的百分比（bǐ），單位為（wéi）％；成型燃 料中可燃物和揮發物的質（zhì）量：Vad+FCad 成型棒的 質量，單位為 g。燃（rán）燒試驗結果示於表 2、表 3和表4。 試驗結果顯示：不同秸稈的成型燃料具有不同的燃燒速度，但呈現相同的變化規律。即燃燒初期(0～5 min)平均燃燒速度快，中期（qī）為（wéi）過度段(5～10min)，後期(10～20 min)燃燒（shāo）速（sù）度最慢且趨於平穩。這是因為燃燒（shāo）初（chū）期主要（yào）是揮發份的燃燒，這時揮（huī）發（fā）份濃度最大且基本上沒（méi）有灰殼的阻礙（ài）作用。燃燒中期是揮發份和（hé）碳的混合燃燒。該階段揮發份濃度較低，灰殼的逐漸加厚也阻礙（ài）揮發分向外溢出的速度。燃燒後期主（zhǔ）要是碳和少量殘餘揮發份的燃燒，不斷加厚的灰層使氧氣向內滲透和燃燒產物的向外擴散（sàn）明（míng）顯受阻（zǔ），降低了燃燒速度。在整個燃燒過程（chéng）中，揮 發份含量高的（de）小麥秸稈和玉米秸稈燃燒速度衰減較快（kuài）。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於玉米秸（jiē）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（fā）份含量較低、灰份含量較（jiào）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（qū）於平穩且基本燃盡。由於秸稈原料的（de）揮發份含量（liàng）高，使秸稈成型燃（rán）料燃（rán）燒初期（qī）的速度受溫度的影響較大，溫度越高，揮發份析出速度越快，燃燒平穩性愈差。通（tōng）風量對成型燃料燃燒速度的影響主要是溫度的影（yǐng）響，通風使（shǐ）爐膛內的溫度降低，揮發份析出速度相對平穩性（xìng）。由（yóu）於試驗爐膛較小，兩種通風（fēng）工況對燃燒速度的影響沒有明顯區別。成型密度、成型直徑（一般圓柱狀生物質顆粒燃料直徑6～18mm之間）和成型燃料的質（zhì）量對成型燃（rán）料的燃燒速度均有一定的影響。成型密度的增大（dà），一定程度上抑製了（le）成型燃料揮發份的析出速度。成型直徑和成型質量的增加，使得燃燒初期的平均燃燒（shāo）速度增大，即燃燒初期析出的揮發份增（zēng）多，而在中後期揮發份的（de）析出速度相對穩定。成型燃料（liào）的燃燒主要是揮發分的燃燒，為了使秸稈能在整個燃燒過程中實現完全燃燒，最重要的措施是（shì）實現合理配風下的控溫燃燒，從而控製秸稈成型燃料在整個燃燒（shāo）過程中揮發份的析出速度能相對平穩，對燃（rán）燒速度和狀態產生均（jun1）衡的影響。 2、生物質成型燃料鍋爐設計 2.1主要設計參數 鍋爐產出熱（rè）水量 G =1000 kg/h，進（jìn）水（shuǐ）溫（wēn）度 t js= 20 ，熱水溫度 t =95 ，冷空氣溫度為 20 ，由於缺乏有關生物質成型燃料鍋爐設（shè）計參數，根據 秸稈成型燃料的成分、發熱量及燃（rán）燒與中值煙（yān）煤相 當的特性，鍋爐特性參數的選（xuǎn）取中（zhōng）值煙煤為參考進 行（háng）選取。其固體不完全燃（rán）燒損失 q =6％，排煙 溫度為2OO，排煙損失 q =10％，氣體不完全燃燒 損失 q =2％ ，散（sàn）熱損失 q =6％，灰（huī）渣（zhā）物理熱損失 q =2％ ，鍋爐效率70％ ，爐排麵積熱強度 q= 430 kW/m ，爐膛體積（jī）熱負荷 q =380 kW/m3，爐膛過 剩空氣係數 a=1.2，排煙處過剩空氣係數 apy= 1.55。 2.2 生物質成型燃料鍋爐結（jié）構布置 設計的生物質成型燃料鍋爐采用雙膽反燒結 構。由環型外膽、環型（xíng）內膽、上（shàng）爐門、中爐門、下爐 門（mén）、觀火口、上爐（lú）排、下（xià）爐排、風室、二次鳳管、爐膛、 輻射受熱（rè）麵、對流受熱麵（miàn）、排汽管、煙（yān）道、煙囪等部分 組成，其結構布（bù）置如圖 1所示。 雙層爐排的上爐門常開，作為（wéi）投燃料與供應空氣之用，中爐（lú）門用於調整 下爐排（pái）上燃料的燃燒和清除灰渣，下爐門用於排灰（huī）， 觀火口除用於觀火外還用於（yú）上爐排（pái）的清渣，正常運 行時中（zhōng）爐門、下爐門（mén）、觀（guān）火口關（guān）閉。上爐（lú）排以上的空 間相當（dāng）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 爐膛，環型外膽和環型內膽之間構（gòu）成煙道 ，煙氣通 過煙管進人煙囪。雙膽反燒生物（wù）質成（chéng）型燃料鍋爐（lú）的工作原理是，一定粒徑生物質（zhì）成型燃料經上爐門被送（sòng）入上爐排上燃燒，一次空氣通過上爐門吸入，上爐排漏下的生物質屑和灰渣到（dào）下爐排上繼續燃燒和燃盡。秸稈成型燃料（liào）燃燒時產生（shēng）的未完全燃燒的 CO及揮發（fā）份穿（chuān）過爐（lú）排，並爐膛內與二（èr）次風混（hún）合後（hòu）進行二次燃燒，燃燒後的煙氣與（yǔ）下爐排上燃料產生的（de）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（rán）燒方式（shì），實現（xiàn）了生物質成型燃料的分步燃燒，緩解生（shēng）物質燃燒速度（dù），達到燃燒需氧與（yǔ）供氧的匹配，使生物質成（chéng）型燃（rán）料穩定（dìng）持續（xù）完全燃燒。 3、生物質成型燃料鍋爐試驗 根據工業鍋爐熱實驗規範（fàn）(GB10108.88)、鍋爐 大氣汙染物排放標準(GWPB321999)及鍋爐煙塵測 試方法(GB54682．91)，對該生（shēng）物（wù）質成型燃料鍋爐熱 性（xìng）能（néng）及環保指標進行測試。 3.1 主要測試儀表（biǎo） （1）KM9106綜合燃燒分析儀 （2）IRT22000A手 持（chí）式快速（sù）紅外測溫儀 （3）SWJ精密數字熱電偶溫度 計 （4）應用 3012H型自動煙塵(氣)測試儀等。 3.2 試驗結果（guǒ） 試驗燃（rán）料為直徑 45mm、50mm、65 mm、75mm、 90mm、130mm6個水平的玉米秸（jiē）稈（gǎn）成（chéng）型燃料。密度為0.9～1.15 t／m 之間，含水率為7.5％，收到基淨發熱量為 15847 kJ/kg。試驗結果示於表5和表6。 3.3 結果與討論（lùn）（1）從試驗過程可以看出，采用（yòng）雙膽反燒結構，冷（lěng）空氣和秸稈成型燃料不直接進入燃燒室，使（shǐ）燃料從爐壁到剛投人爐內的新料層溫度逐漸降低形成溫度梯度，使（shǐ）揮（huī）發分（fèn）的析出速度相對平（píng）穩，解決（jué）秸稈成型塊燃燒的（de）不穩定現象；灰渣在料層（céng）的壓力和自身的重力作用下自動下落，基本上解決了秸（jiē）稈成型燃料結渣對燃燒產生的不利影（yǐng）響；采用煙道加寬，使煙氣流速降低，同時改變煙氣流向迫使煙（yān）塵下落，有效解決（jué）了煙氣（qì）中飄塵問題。 （2）從不同直徑的生物質成型燃料試驗來看（kàn），直徑為 45 mm、55 mm、65mm、75mm和 90 mm的玉米秸稈成型燃料燃燒（shāo）時，鍋爐的熱效率、熱水流（liú）量、熱水壓力與溫度等熱性（xìng）能參數（shù）達到（dào）或接近設計要求。鍋爐熱效率隨成型燃料直徑的增大（dà）而降低，直徑為 130mm的玉米秸（jiē）稈成（chéng）型燃料在燃燒裝置內的燃燒狀況明顯變差，燃燒效率為 65．4％，一氧化碳的濃度明顯增高。這主要是（shì）因為隨著成型燃料直徑（jìng）的增加，成型（xíng）塊間孔隙增大，供應的（de）空氣穿過燃燒層時易形成空氣束，布風不勻，使空氣不能很好的與可（kě）燃氣（qì）進行混合所致。這（zhè）說明試驗爐對成型燃料直徑有一定的要求。 （3）由試（shì）驗結果（guǒ）得出：直徑為 45 mm、55 mm、65mm、75mm和90 mm的玉米秸稈成型燃料燃燒時， 該種鍋爐氣體不完全燃燒損（sǔn）失基（jī）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％ ，熱效率達75.6％～85.01％。 （4）試驗（yàn）除開始點火（huǒ）時有（yǒu）少量黑煙外，燃燒裝置 正常運行（háng）後，整個過程燃燒連續（xù）平穩，鍋爐排煙中CO、NO 、SO：和煙塵濃度等環保（bǎo）指標遠遠低於燃煤 鍋爐，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（xuǎn）用參數之間存在一定的差別，這可能是由於該爐設計參（cān）數是根據生物質(秸稈)成型燃料特性相近的煤質（zhì）和經驗確（què）定造成的。因此，需不斷完善生物質(秸（jiē）稈)成（chéng）型燃料鍋爐主要設計數據，以（yǐ）提高生物質（zhì）(秸稈)成型燃料鍋爐設（shè）計精度。 4、結 語 秸稈成型燃料和燃燒（shāo）技術已引起了人們（men）的廣泛興趣。通過對秸稈成型燃料單顆（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（duì）秸（jiē）稈成型塊燃燒過程中（zhōng）常（cháng）見的燃燒不穩定，燃燒效率（lǜ）低以及煙氣（qì）中飄塵含量偏高等問題，提出了雙（shuāng）膽反燒結構（gòu）。這種結構不但有利於（yú）實現生物質的（de）穩定燃燒，還能在很大程度上解決結渣堵塞一次風（fēng）道的問題和爐具排煙中（zhōng）飄塵含量過高（gāo）的問題。對設計出的秸稈成型燃料（liào）鍋（guō）爐的測試表明：該爐具有較高的熱效（xiào）率和環保效益，燃用秸稈成型燃（rán）料燃燒（shāo）穩定、床層不易結渣且煙氣中飄塵含量達標。轉載請注明：河南省麻豆影视传媒文化新能源顆粒機