第25卷第5期能源技術(shù)Vol 25 No 52004年10月ENERGY TECHNOLOGY清潔能源與新能源生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)的初步研究肖波郭勇楊加寬王秀萍馬承榮華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院武漢430074)摘要生物質(zhì)粉體具有良好的燃燒性能而且燃燒污染較輕。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)一次進(jìn)風(fēng)量為25m3/h、二次進(jìn)風(fēng)量為0.08m3/h左右時(shí)最有利于粉體燃燒。粉體燃燒在實(shí)驗(yàn)所用的燃燒爐中主要以懸浮燃燒的方式進(jìn)行在燃燒1mi左右后爐膛溫度可達(dá)1200℃以上。對粉體燃燒所產(chǎn)生的灰分進(jìn)行分析表明灰分可作為良好的農(nóng)用肥料關(guān)鍵詞泩物質(zhì)粉體河再生能源燃燒技術(shù)中圖分類號TK6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號1005-74392004)54019703Preliminary Study on Biomass Powder Combustion TechnologyXIAO Bo GUO Yong YANG Jia-kuan WANG Xiu-ping, MA Cheng-long(The Environmental Scientific and Engineering College, Huazhong Universityof Science and Technology, Wuhan 430074, ChinaAbstract: The powder is indicated having good conflagrant capability and produces small pollution when it is burningExperiment results show that the status of combustion in the firebox is the best when the primary flux of wind is about 25m'/h and the minor one is about 0. 08m/h. In the firebox the powder is in suspend mainly when it is burning thetemperature of the firebox is above 1200C after conflagating 12 minutes. On the basis of analysing the ash, the burnyKeywords: Biomass powder Renewable energy Combustion technology生物質(zhì)氣化和液化技術(shù)工藝復(fù)雜投資大盡管表1梧桐樹枝粉體的元素分析及工業(yè)分析也可以得到清潔高效的二次燃料但收率不高經(jīng)濟(jì)元素組成%上還不夠合理近期內(nèi)要產(chǎn)業(yè)化和進(jìn)一步推廣還比KO較困難。直接燃燒是最簡單、也是最早被采用的生5.5243.860.1314.76物質(zhì)能利用方式炟在過去的傳統(tǒng)燃燒方式中生物工業(yè)分析成分%熱值kJ/g質(zhì)燃燒效率極低能源和資源的浪費(fèi)很大。因而如果能研究開發(fā)一種方便、高效的生物質(zhì)直接燃燒技7.6278.2811.5315,77術(shù)必將具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益1生物質(zhì)粉體燃燒實(shí)驗(yàn)含量高(普通煤為7%~38%)因而易于著火含灰分A)((普通煤為5%~25%)故燃燒所產(chǎn)生的(1)原料準(zhǔn)備固體排放污染較少泜低位熱值(Q-)約為無煙煤熱取適量的生物質(zhì)材料梧桐樹枝洗凈并風(fēng)干至表值24.43kJ/g)的2/3。面無水珠然后破碎成粒徑小于20mm的小塊再球中國煤化工磨成50目左右的粉體。采用元素分析儀和工業(yè)分CNMHO溫度測量系統(tǒng)見圖1析儀對粉體進(jìn)行分析其結(jié)果如表1所示其中試驗(yàn)所用的燃燒爐(φ400~800mm,高粉體含大量的碳和少量的氫和氮幾乎不含硫,200m)由實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì):內(nèi)膛及爐底內(nèi)壁均用因此燃燒后不會排放SO、有利于環(huán)保揮發(fā)攽ν)耐火泥作為爐襯爐膛內(nèi)壁呈螺旋上升狀在爐膛下197肖波等:生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)的初步研究圖1生物質(zhì)粉體燃燒裝置及測溫系統(tǒng)1.臺式機(jī)2.HG200信號放大器3.流量計(jì)Ⅰ4.二次進(jìn)風(fēng)管5.灰斗6.進(jìn)料斗7.螺旋給料器8.空氣壓縮機(jī)9.流量計(jì)Ⅱ10.一次進(jìn)風(fēng)管11.燃燒爐12.煙囪13.熱電偶I,Ⅲ,ⅢⅣN,V部設(shè)置蓄熱體所有這些結(jié)構(gòu)措施都是為了爐內(nèi)熱量能充分用于粉體燃燒。進(jìn)料及燃燒部分主要由螺1300卜旋給料器、空氣壓縮機(jī)、氣體流量計(jì)以及燃燒器等組1100}·熱電偶V成δ支鎳鉻-鎳硅熱電耦自下而上安裝在爐膛中軸(3)實(shí)驗(yàn)步驟保持粉體流量100gmn分析爐內(nèi)溫度與一次900和二次進(jìn)風(fēng)量的關(guān)系觀察進(jìn)風(fēng)調(diào)整到最佳值后、爐內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化情況。流量,m/h實(shí)驗(yàn)步驟如下①燃燒爐預(yù)熱20min爐腔底部溫度升至200℃②由螺旋給料器輸岀粉體流量保圖2不同進(jìn)風(fēng)量條件下的爐內(nèi)溫度持100g/min開啟空壓機(jī)通過一次進(jìn)風(fēng)囗向爐膛1300吹入粉體燃燒爐內(nèi)的粉體轟燃③燃燒5mi后,開啟二次進(jìn)風(fēng)閥門:④調(diào)節(jié)一次和二次進(jìn)風(fēng)閥門,1000使?fàn)t膛進(jìn)風(fēng)量變化,記錄相應(yīng)流量計(jì)和測溫系統(tǒng)的讀數(shù)⑤選用爐溫最高時(shí)的進(jìn)風(fēng)量每隔3min測定一次爐內(nèi)溫度值。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論時(shí)間,min粉體流量保持100g/min爐內(nèi)溫度隨進(jìn)風(fēng)量和燃燒時(shí)間的變化分別如圖2、圖3。圖3進(jìn)風(fēng)量為25m3/h時(shí)燃料爐內(nèi)溫度隨時(shí)間變化1)一次進(jìn)風(fēng)量保持為25m3/h最有利于粉體3min內(nèi)爐溫迅速升高從第3min到l2min溫升稍燃燒。計(jì)算表明試驗(yàn)條件下粉體的最佳濃度為趨平緩。這說明生物質(zhì)粉體著火點(diǎn)低(200℃以240g/m。通風(fēng)量太小粉體濃度過大空氣將供氧下)燃燒初期熱解揮發(fā)分首先參與燃燒。不足燃燒不完全洏通風(fēng)過強(qiáng)則氣流運(yùn)動(dòng)會將部(4)在第12min爐膛溫度可達(dá)1211℃C而后繼分粉體裹入煙道降低燃燒效率。續(xù)保有1H牌恍終異常迅猛。2)當(dāng)二次進(jìn)風(fēng)量為0.08m3/h時(shí)爐腔內(nèi)溫中國煤化溫度最高爐內(nèi)溫度度最高。由此可見二次進(jìn)風(fēng)雖然風(fēng)量不大但是有由下瓜八4心Ⅷ1度依次增大,但是爐膛助于未燃盡的粉體在逸岀爐膛過程中進(jìn)一步燃燒。中、下部的溫差并不很大。這表明粉體主要以懸浮〔3)爐膛下部溫度預(yù)熱至200℃后吹入粉體,燃燒的方式燃燒。198·肖波等:生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)的初步研究3灰分分析(4)粉體燃燒所產(chǎn)生的灰分中含有植物生長所必需的多種營養(yǎng)元素可作為良好的農(nóng)用肥料。采用ⅹSAM800型電子能譜儀對粉體燃燒所產(chǎn)5)該生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用,生的灰分進(jìn)行分析結(jié)果如表2所示。由表2可知,可使生物質(zhì)成為高品位的清潔燃料有望部分解決燃燒后粉體中還有相當(dāng)一部分碳以無機(jī)物的形式?；茉床蛔銌栴}。留在灰分中?；曳种泻兄参锷L所必需的多種營養(yǎng)元素可作為良好的農(nóng)用肥料。參考文獻(xiàn)表2灰分中主要成分的相對質(zhì)量百分含量%)[I]蔣劍春.生物質(zhì)能源應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前貳J]林成分CN其它業(yè)化學(xué)與工業(yè)2002(2)75-80含量27.652.954.53.22.80.80.50.82 1 Zhang S P Xu Q Ren Z W. et al. Preliminary study onthe fast pyrolysis of biomass in a fluidized bed unit[ A4結(jié)論P(yáng)roceedings of the 5 International Conference on NewEnergy System Conversions[ C ] Shanghai: s. n1)生物質(zhì)粉體中含有較高比例的碳,含氮和2001.279-282氫較少幾乎不含硫燃燒后對環(huán)境危害不大和普[3]吳偉烽,劉聿拯.生物質(zhì)能利用技術(shù)介紹工業(yè)鍋爐通煤相比粉體中含水分較少含揮發(fā)分較多,含灰[J]203(5)11-1分較低易于著火。[4]田賀忠郝吉明陸永琪周中平.中國生物質(zhì)燃燒排(2)粉體著火點(diǎn)低且在燃燒初期粉體經(jīng)過熱放SO2、NO,量的估算J]環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2002(2)分解析岀的揮發(fā)分首先參與燃燒。粉體在燃燒過程204-208中主要以懸浮燃燒的方式在爐膛中形成體積燃燒?！瞫〕劉建禹濯國勛陳榮燿.生物質(zhì)燃料直接燃燒過程特3)粉體燃燒時(shí)粉體和空氣的入爐量之間存性的分杌J]東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2001(3)290-在一個(gè)最佳的比例在此條件下最有利于粉體的燃燒AaAa幾 9222222024229aa2aAaa2幾AAA幾 aaaaaA上接第196頁)油可節(jié)省部分柴油而且對柴油機(jī)的起動(dòng)性能無影柴油響、對柴油機(jī)的動(dòng)力性能影響較小還可以明顯地降低排氣中的NO及CO等有害排放物和排氣煙度對凈化空氣、保護(hù)環(huán)境有利。3.2行車試驗(yàn)自2002年6月在不對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行任何改動(dòng)的情況下天冠運(yùn)輸公司利用兩輛十通玉柴自卸柴油車分別燃用純柴油和E10乙醇柴油進(jìn)行行車試驗(yàn),單臺行車?yán)塾?jì)里程約5萬km對試驗(yàn)的測試評價(jià)車速,km/h集中于環(huán)保、技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面。試驗(yàn)結(jié)果表明使用車用乙醇柴油機(jī)車具有良好的操作和可駕駛性動(dòng)圖3100km油耗變化曲線力加速性能沒有明顯變化尾氣煙塵排放有明顯減比使用柴油時(shí)增加不多這一點(diǎn)與臺架試驗(yàn)的結(jié)果少當(dāng)車輛處于爬坡、加速時(shí)尤為明顯是相行車試驗(yàn)過程中還進(jìn)行了純柴油和乙醇柴油的中國煤化工調(diào)換試驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)與燃油有關(guān)的故障。另外還進(jìn)參考CNMHG行了不同車速下百公里油耗測試,見圖3。從該實(shí)[1]劉志中許世海液體燃料的性質(zhì)及應(yīng)用M]北京驗(yàn)結(jié)果可以看岀混合燃料E10的百公里質(zhì)量油耗中國石化出版社2000.7.