生物质燃料特性与炉具设计

葳夼6中图分类号:TK229文献标识码ADOl:10.3772/isn.1673-6516.200901018生物质燃料特性与炉具设计孙振锋,李惠斌/河北省新能源技术推广站,河北石家庄05002摘要:随着化石能源价格日益高涨,高煤价绐农民日常生活用能消费造成了沉重的经济负担。与民用燃煤炉相比,直燃式生物炉以农作物秸秆为燃料,经济环保,属可再生能源利用,发展前景广阔。为提高农村生物质能开发利用,促进民用生物质炊事采暖炉具行业发展,作者对生物质燃料直燃特点及燃烧过程进行了分析,针对其特性提出了民用生物质炊事采暖炉的设计要点关键词:生物质燃料:直燃;炉具;设计生物质能源是可再生能源的重要组成部分。随着新的生物质能利用形式,除解决农民日常炊事、采暖化石能源逐渐枯竭可再生能源开发利用越来越受到关的用能需求外,还可解决“农业、农村、农民”三农注生物质能源正成为研究的重点领域。我国生物质能当中存在的一些问题,提高农业生产中秸秆能源化利资源丰富,发展生物质能源对于调整能源结构保障我用率、促进农村生态家园建设、改善农民生活质量。国经济、社会的可持续发展具有重要的战略意义和现实意义。民用生物质炊事采暖炉以生物质(主要指农作物秸秆)成型产品为燃料,通过直燃式生物质炉具、生物质燃料进行炊事采暧。它改变了农村传统炉灶的粗放式燃生物质炉的设计与燃煤炉有明显不同,其主要原烧,更加与当前农村经济生活发展现状相适应。这种因由燃料燃烧特性所决定。表1生物质燃料和煤炭在结构特性上的主要差别燃料种类灰分%挥发份/%密度(m3)生物质燃料38~5030~44~1465-70炭22-908-1.3生物质燃料的燃烧过程是强烈的放热化学反应除燃料的存在外,发生燃烧必须有足够的热量传递和O,适当的空气供应。燃烧是燃料和空气间的传热、传质过程。燃烧过程产生的热量使周围温度升高,又使传燃烧质过程加快,它是使热量产生得更快的一种连锁反应挥发性气体和焦油中国煤化工过程。CNMHG生物质燃料的燃烧过程图1生物质燃料的燃烧过程第1期技市果理与研究生物质燃料的燃烧过程可以分作预热、干燥(水岀80%挥发份的析岀燃烧占整个生物质燃烧时间的分蒸发)、挥发分析出和焦炭(固定碳)燃烧等阶段10%,挥发分析出迅速,燃烧时间较短。针对此燃烧当生物质燃料送进炉膛引燃后,生物质表面温度逐渐特性,若空气供应不当,有机挥发物容易不被燃烬而升高,燃料中的水分首先被蒸发,干燥的燃料吸热增排除,排烟为黑色,严重时为农黄色烟。所以,在设温发生分解,析出挥发物气体与空气相混合,形成具计直燃式生物质炉具时,必须有足够的扩散型空气供有一定浓度的氧气与挥发物的混合物,当温度和浓度给,在炉膛口周围,炉口壁部分加设二次进风口,补两个条件都已具备,挥发物首先着火燃烧,并为其后给充足的氧气使挥发份充分燃烧。的焦炭燃烧准备了条件。燃料表面燃烧所释放的热量逐渐积聚,通过传导和辐射向燃料内层扩散,从而使(二)延长烟道燃烧回程内层挥发物析出,继续与氧混合燃烧,并放出大量热生物质燃料燃烧过程中,挥发份析岀量大,但燃量。此时燃料中剩下的焦炭被挥发物包围着,炉膛中烧时间短。延长烟道的燃烧回程,可以给挥发份充分的氧不易接触到焦炭的表面,焦炭难以燃烧,在挥发燃烧提供足够的空间和时间,提高燃料的利用率。延份减少后,氧气接触到了焦炭,就可产生焦炭的燃烧。长烟道燃烧回程的方法可根据需要采取不同设计,采随着焦炭的燃烧,不断产生灰分,把剩余的焦炭包裹,用最多的是利用反烧的方法延长烟道燃烧回程。妨碍它继续燃烧。这时适当人为地加以搅动或加强炉中的通风,都可以加强剩余焦炭的燃烧。灰渣中的余(三)一次进风口要小碳也就产生在此阶段。生物质燃料中含氧量明显多于煤炭,使得生物质燃料易于引燃,在燃烧时可相对地减少供空气量。同时,燃烧过程中挥发分逐漸析出和燃完后,燃烧的剩二、直燃式生物质炊事采暖炉的设计余物为疏松的焦炭,气流运动会将一部分炭粒带入烟民用生物质采暖炊事炉简图:道,形成黑絮蓄积在烟道,所以通风过强会降低燃烧效率。因此,生物质炉具一次进风口设计要小。二次进风口(四)烟道部分的水套面积要大挡火板挥发份的燃烧使得烟道内的温度升高,旺火时可达到750℃左右,加大烟道部分水套吸热面积,可充分吸收利用燃烧热量,增强取暖效果,可是旺火时烟炉膛燃科囱的排烟温度控制在350℃以内,从而提高了热效率。烟道(五)使用生物质成型燃料风门.出灰口生物质的含碳量较少,在38%~50%之间,最高的也仅50%,相当于褐煤的含碳量。特别是固定碳的图2民用生物质采暖炊事炉简图含量明显比煤少,密度眀显较煤炭低,质地比较松软,(一)二次进风口设计易于燃烧和烧烬,需要频繁填料。使用致密成型设备生物质燃料中含氢量为5%~6%,比煤炭中的3可将结构松散生物质压缩成型,成型燃料密度在0%~5%稍多,挥发份高达65%~70%,比煤炭中含中国煤化善了生物质燃烧中的量的7%~38%明显较多,生物质燃料中多数的碳和贮存和运输。CNMHG氢结合成较低分子的碳氢化合物,在250℃时热分解开始,在325℃时就十分活跃,350℃时挥发分就能析(六)避免燃烧结焦现象(下转第71页)1aw有数据葳n出值在2mg/kg-10mg/kg之间。以该方法对同作者简介:样品进行试验,结果的重现性较好对不同的样品进葛喆敏(1982-),女,江苏南京人,供职于江苏省产品质量监督检验研究院,初级职称,本科,研究方向:复合材料行试验,检测值在一个合理的范围内波动,检测方法具有一定的可行性。检测机构可以用该方法对样品进行检测,生产厂家可以根据检测值,比较不同生产Methods for Determination of Formaldehyde inCellular Plastics工艺生产出的产品之间的差异,对生产工艺进行修GE Zhe-min改和控制。Jiangsu Provincial Supervising Testing Research Institutefor Products Quality, Nanjing 210007, China)Abstract: Poly-isocyanate and polyol water and organic synthesis forfoam. In response to synthetic would be a small amount of formalde-参考文献in the detection method for foam in the determination of formaldehyde,describes the acetylacetone spectrophotometer determination of陈士荚曹志强,等GB/T17657-199人造板及饰面人造板理化basic test methods and steps性能试验方法|S]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局Key words: cellular plastics; formaldehyde acetylacetone spectro-国国家标准化管理委员会(上接第68页生物质中钾元素含量很高,在11%-20%之间在职研究生,研究方向:生物质能开发利用与技术推广。在燃烧温度超过800℃的炉膛内,大量氧化钾形成熔融状态,与生物质中的硅、钙等矿物质混合,温度降低时就会形成大小不等的结焦块,影响了炉灰的排出Biomass fuel stoves with the characteristics ofthe design和空气补给。加大炉膛部分的水套吸热面积,可控制SUN Zhen-feng, LI Hui-bin炉膛内温度过高,避免结焦形成。(New Energy Technique Popularization station in HebeiProvince, Shijiazhuang 050021, China)Abstract: With rising fossil energy prices, high coal prices to the参考文献consumer to use the daily lives of farmers caused by a heavy financialburden. Civil and coal-fired furnace, direct-fired furnace to bio-crop[]振宏,吴创之,马隆龙,等,生物质能利用原理与技术[M]stalks as fuel, the economic environment is the use of renewable北京:化学工业出版社,2004men2]刘荣厚,牛卫生,张大雷,等,生物质热化学转换技术M].北and utilization of biomass energy in rural areas to promote civil biomass京:化学工业出版社,2005中国煤化工 of the industry, the authorof bio-e direct-fired combustionCN MH Gracteristics of biomass for作者简介;cooking Cainuan Lu design features孙振锋(1982-),男,河北省新能源技术推广站助理工程师Key words: biomass fuel; direct-fired; stoves; design第1期