生物质粉体燃烧技术的初步研究

第25卷第5期能源技术Vol 25 No 52004年10月ENERGY TECHNOLOGY清洁能源与新能源生物质粉体燃烧技术的初步研究肖波郭勇杨加宽王秀萍马承荣华中科技大学环境科学与工程学院武汉430074)摘要生物质粉体具有良好的燃烧性能而且燃烧污染较轻。实验结果表明当一次进风量为25m3/h、二次进风量为0.08m3/h左右时最有利于粉体燃烧。粉体燃烧在实验所用的燃烧炉中主要以悬浮燃烧的方式进行在燃烧1mi左右后炉膛温度可达1200℃以上。对粉体燃烧所产生的灰分进行分析表明灰分可作为良好的农用肥料关键词泩物质粉体河再生能源燃烧技术中图分类号TK6文献标识码:A文章编号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生物质气化和液化技术工艺复杂投资大尽管表1梧桐树枝粉体的元素分析及工业分析也可以得到清洁高效的二次燃料但收率不高经济元素组成%上还不够合理近期内要产业化和进一步推广还比KO较困难。直接燃烧是最简单、也是最早被采用的生5.5243.860.1314.76物质能利用方式炟在过去的传统燃烧方式中生物工业分析成分%热值kJ/g质燃烧效率极低能源和资源的浪费很大。因而如果能研究开发一种方便、高效的生物质直接燃烧技7.6278.2811.5315,77术必将具有很好的经济和社会效益1生物质粉体燃烧实验含量高(普通煤为7%~38%)因而易于着火含灰分A)((普通煤为5%~25%)故燃烧所产生的(1)原料准备固体排放污染较少泜低位热值(Q-)约为无烟煤热取适量的生物质材料梧桐树枝洗净并风干至表值24.43kJ/g)的2/3。面无水珠然后破碎成粒径小于20mm的小块再球中国煤化工磨成50目左右的粉体。采用元素分析仪和工业分CNMHO温度测量系统见图1析仪对粉体进行分析其结果如表1所示其中试验所用的燃烧炉(φ400~800mm,高粉体含大量的碳和少量的氢和氮几乎不含硫,200m)由实验室自行设计:内膛及炉底内壁均用因此燃烧后不会排放SO、有利于环保挥发攽ν)耐火泥作为炉衬炉膛内壁呈螺旋上升状在炉膛下197肖波等:生物质粉体燃烧技术的初步研究图1生物质粉体燃烧装置及测温系统1.台式机2.HG200信号放大器3.流量计Ⅰ4.二次进风管5.灰斗6.进料斗7.螺旋给料器8.空气压缩机9.流量计Ⅱ10.一次进风管11.燃烧炉12.烟囱13.热电偶I,Ⅲ,ⅢⅣN,V部设置蓄热体所有这些结构措施都是为了炉内热量能充分用于粉体燃烧。进料及燃烧部分主要由螺1300卜旋给料器、空气压缩机、气体流量计以及燃烧器等组1100}·热电偶V成δ支镍铬-镍硅热电耦自下而上安裝在炉膛中轴(3)实验步骤保持粉体流量100gmn分析炉内温度与一次900和二次进风量的关系观察进风调整到最佳值后、炉内温度随时间的变化情况。流量,m/h实验步骤如下①燃烧炉预热20min炉腔底部温度升至200℃②由螺旋给料器输岀粉体流量保图2不同进风量条件下的炉内温度持100g/min开启空压机通过一次进风囗向炉膛1300吹入粉体燃烧炉内的粉体轰燃③燃烧5mi后,开启二次进风阀门:④调节一次和二次进风阀门,1000使炉膛进风量变化,记录相应流量计和测温系统的读数⑤选用炉温最高时的进风量每隔3min测定一次炉内温度值。2实验结果及讨论时间,min粉体流量保持100g/min炉内温度随进风量和燃烧时间的变化分别如图2、图3。图3进风量为25m3/h时燃料炉内温度随时间变化1)一次进风量保持为25m3/h最有利于粉体3min内炉温迅速升高从第3min到l2min温升稍燃烧。计算表明试验条件下粉体的最佳浓度为趋平缓。这说明生物质粉体着火点低(200℃以240g/m。通风量太小粉体浓度过大空气将供氧下)燃烧初期热解挥发分首先参与燃烧。不足燃烧不完全洏通风过强则气流运动会将部(4)在第12min炉膛温度可达1211℃C而后继分粉体裹入烟道降低燃烧效率。续保有1H牌恍终异常迅猛。2)当二次进风量为0.08m3/h时炉腔内温中国煤化温度最高炉内温度度最高。由此可见二次进风虽然风量不大但是有由下瓜八4心Ⅷ1度依次增大,但是炉膛助于未燃尽的粉体在逸岀炉膛过程中进一步燃烧。中、下部的温差并不很大。这表明粉体主要以悬浮〔3)炉膛下部温度预热至200℃后吹入粉体,燃烧的方式燃烧。198·肖波等:生物质粉体燃烧技术的初步研究3灰分分析(4)粉体燃烧所产生的灰分中含有植物生长所必需的多种营养元素可作为良好的农用肥料。采用ⅹSAM800型电子能谱仪对粉体燃烧所产5)该生物质粉体燃烧技术经济、高效、实用,生的灰分进行分析结果如表2所示。由表2可知,可使生物质成为高品位的清洁燃料有望部分解决燃烧后粉体中还有相当一部分碳以无机物的形式保化石能源不足问题。留在灰分中。灰分中含有植物生长所必需的多种营养元素可作为良好的农用肥料。参考文献表2灰分中主要成分的相对质量百分含量%)[I]蒋剑春.生物质能源应用研究现状与发展前贰J]林成分CN其它业化学与工业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结论Proceedings of the 5 International Conference on NewEnergy System Conversions[ C ] Shanghai: s. n1)生物质粉体中含有较高比例的碳,含氮和2001.279-282氢较少几乎不含硫燃烧后对环境危害不大和普[3]吴伟烽,刘聿拯.生物质能利用技术介绍工业锅炉通煤相比粉体中含水分较少含挥发分较多,含灰[J]203(5)11-1分较低易于着火。[4]田贺忠郝吉明陆永琪周中平.中国生物质燃烧排(2)粉体着火点低且在燃烧初期粉体经过热放SO2、NO,量的估算J]环境科学学报2002(2)分解析岀的挥发分首先参与燃烧。粉体在燃烧过程204-208中主要以悬浮燃烧的方式在炉膛中形成体积燃烧。〔s〕刘建禹濯国勋陈荣燿.生物质燃料直接燃烧过程特3)粉体燃烧时粉体和空气的入炉量之间存性的分杌J]东北农业大学学报2001(3)290-在一个最佳的比例在此条件下最有利于粉体的燃烧AaAa几 9222222024229aa2aAaa2几AAA几 aaaaaA上接第196页)油可节省部分柴油而且对柴油机的起动性能无影柴油响、对柴油机的动力性能影响较小还可以明显地降低排气中的NO及CO等有害排放物和排气烟度对净化空气、保护环境有利。3.2行车试验自2002年6月在不对发动机进行任何改动的情况下天冠运输公司利用两辆十通玉柴自卸柴油车分别燃用纯柴油和E10乙醇柴油进行行车试验,单台行车累计里程约5万km对试验的测试评价车速,km/h集中于环保、技术及经济方面。试验结果表明使用车用乙醇柴油机车具有良好的操作和可驾驶性动图3100km油耗变化曲线力加速性能没有明显变化尾气烟尘排放有明显减比使用柴油时增加不多这一点与台架试验的结果少当车辆处于爬坡、加速时尤为明显是相行车试验过程中还进行了纯柴油和乙醇柴油的中国煤化工调换试验没有发现与燃油有关的故障。另外还进参考CNMHG行了不同车速下百公里油耗测试,见图3。从该实[1]刘志中许世海液体燃料的性质及应用M]北京验结果可以看岀混合燃料E10的百公里质量油耗中国石化出版社2000.7.