生物質(zhì)成型顆粒燃料的燃燒速率對(duì)設(shè)計(jì)燃燒設(shè)備有重要影響，這里將詳細(xì)分析影響生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒率度的各種因素，對(duì)設(shè)計(jì)燃燒設(shè)備具有指導(dǎo)作用，
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下圖所示：
生物質(zhì)成型顆粒燃料的燃燒速率可理解為單位時(shí)間內(nèi)，可燃物質(zhì)完全燃燒的量，或燃燒完單位可燃物需要的時(shí)間。它是燃燒器設(shè)計(jì)的基本要素。影響燃燒速率的因素很多，主要包括：生物質(zhì)原料的種類(lèi)、燃燒溫度、供風(fēng)量、成型密度及成型顆粒燃料的幾何尺寸等。這里主要研究對(duì)生物質(zhì)影響最大的幾個(gè)因素。
1．原料種類(lèi)對(duì)燃燒速率影響
通過(guò)試驗(yàn)對(duì)玉米秸稈、小麥秸稈和稻稈成型顆粒燃料燃燒速率進(jìn)行研究。將直徑、密度、質(zhì)量相同或相近的3種成型顆粒燃料，分別放人馬弗爐中計(jì)時(shí)燃燒，根據(jù)測(cè)出的不同燃燒階段的燒失量m，平均燃燒速率刁及可燃物相對(duì)燃燒速率。
試驗(yàn)結(jié)果表明，不同原料的成型顆粒燃料具有不同的燃燒速率，但呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律。即燃燒初期為引燃期，平均燃燒速率快，但總量不大。中期為過(guò)渡期，大量可燃?xì)怏w和固定碳要在這段燃燒，燃燒釋放熱量占總能量的70%以上，諸多影響因素主要在這一段發(fā)生有效作用；后期為燃盡期，此時(shí)揮發(fā)性可燃?xì)馑２欢啵紵俾瘦^慢但比較平穩(wěn)。這是因?yàn)槿紵跗谥饕菗]發(fā)分的燃燒，此時(shí)揮發(fā)分濃度較大，且基本上沒(méi)有灰殼的阻礙作用，因此燃燒速率較快。燃燒中期是揮發(fā)分和碳的混合燃燒。該階段揮發(fā)分連續(xù)析出，灰殼逐漸形成加厚，阻礙揮發(fā)分向外快速溢出，燃燒速率相對(duì)變慢，后期主要是炭和少量殘余揮發(fā)分的燃燒，不斷加厚的灰層使氧氣向內(nèi)滲透和燃燒產(chǎn)物的向外擴(kuò)散的速率明顯受阻，降低了燃燒速率。在整個(gè)燃燒過(guò)程中，揮發(fā)分含量高的生物質(zhì)燃燒速率衰減較快，灰分多的生物質(zhì)灰層阻礙多于灰分少的生物質(zhì)成型顆粒燃料，燃盡期的燃燒速率比較慢而平穩(wěn)。
上述是理想燃燒分析，實(shí)際生產(chǎn)中沒(méi)有這么明顯的層次，因?yàn)椴豢赡艿谝慌剂先急M后再加第二批燃料，不至于使燃燒器內(nèi)的溫度不斷發(fā)生變化，事實(shí)上是在前期揮發(fā)分快速燃燒，再進(jìn)入后期燃燒前就開(kāi)始加料，因此大多數(shù)情況下是交叉進(jìn)行的。但有一點(diǎn)是肯定的，無(wú)論在哪個(gè)區(qū)新加進(jìn)的生物質(zhì)燃料都要在低溫釋放揮發(fā)分，然后在氧氣供給適當(dāng)時(shí)高溫燃燒。而且揮發(fā)分燃燒的能量占絕大部分，這是我們?cè)O(shè)計(jì)生物質(zhì)成型燃燒器的理論基礎(chǔ)。
2、燃燒溫度對(duì)燃燒速率的影響
通過(guò)對(duì)3種直徑、密度、質(zhì)量相同或相近的秸稈成型顆粒燃料燃燒試驗(yàn)。
溫度是影響燃燒的三個(gè)主要因素之一，對(duì)任何燃料都一樣，生物質(zhì)成型顆粒燃料也不例外。燃燒初期，主要是依靠溫度使生物質(zhì)燃料內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)分解，釋放出高濃度的揮發(fā)分，實(shí)踐中，可明顯檢測(cè)到在100℃左右就有揮發(fā)分析出，直到550℃左右，80%的揮發(fā)分都要析出來(lái)。同時(shí)，較大塊狀的燃料由外向里是需要溫度梯度的，有了這個(gè)梯度，燃燒室內(nèi)才能有可以自我控制的高溫溫度場(chǎng)，這是固體燃燒與液體燃燒最大不同點(diǎn)。可見(jiàn)，溫度在這段燃燒中是．生物質(zhì)燃燒的基本條件；燃燒中期，成型顆粒燃料的燃燒同時(shí)受溫度和揮發(fā)分濃度的影響，揮發(fā)分濃度成為控制燃燒速率的主要因素。在高溫工況下，燃燒的平均燃燒速率明顯大于低溫工況下的平均燃燒速率。在燃盡期，可燃物基本上燃盡，高溫與低溫工況燃燒速率趨于一致。由上述分析可以看出，溫度既是生物質(zhì)燃燒的條件，也是燃燒追求的目標(biāo)。
3、供風(fēng)量對(duì)燃燒速率的影響
通過(guò)對(duì)3種直徑、密度、質(zhì)量相同或相近的秸稈成型顆粒燃料的燃燒試驗(yàn)，測(cè)出不同燃燒階段的燒失量m，平均燃燒速率v及可燃物相對(duì)燃燒速率。
供風(fēng)量實(shí)際講的是供氧量，生物質(zhì)本身含氧量多在40%～50%，因此容易點(diǎn)燃，燃燒速率也快。根據(jù)生物質(zhì)燃燒機(jī)理，燃燒過(guò)程中要求風(fēng)量分級(jí)供給，燃燒初期主要是要求生物質(zhì)揮發(fā)分的充分析出，溫度不能太高，控制在500℃以下就可以，這一段的進(jìn)風(fēng)量要嚴(yán)格控制，供風(fēng)量不能太大；實(shí)踐中為了便于控制，將這個(gè)溫度段單獨(dú)設(shè)計(jì)成一個(gè)區(qū)，根據(jù)溫度的要求自動(dòng)控制進(jìn)風(fēng)閥門(mén)；為了得到高溫，必須使可燃?xì)怏w充分燃燒，這就要根據(jù)揮發(fā)分的濃度自動(dòng)調(diào)整供風(fēng)量，使可燃?xì)夥懦鰺崃浚蒀02排出。實(shí)踐中是將揮發(fā)分引到另一高溫區(qū)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制的。對(duì)于小的燃燒器來(lái)說(shuō)，不便于分室但可以分級(jí)供風(fēng)，所謂的二次，甚至三次進(jìn)風(fēng)，都是依據(jù)生物質(zhì)的燃燒機(jī)理設(shè)計(jì)的。
4、成型顆粒燃料密度對(duì)燃燒速率的影響
通過(guò)對(duì)直徑相同、質(zhì)量相近但密度不同的玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈成型顆粒燃料燃燒試驗(yàn)，測(cè)出不同燃燒階段的燒失量m，平均燃燒速率v及可燃物相對(duì)燃燒速率v。
試驗(yàn)說(shuō)明，隨著成型顆粒燃料密度的增大，對(duì)成型顆粒燃料內(nèi)部的揮發(fā)分溢出的阻力增加，在成型顆粒燃料的燃燒初期，相對(duì)燃燒速率與成型顆粒燃料的密度成反比，密度小的易于燃燒；但隨著揮發(fā)分的析出，經(jīng)過(guò)初期燃燒后，密度大的成型顆粒燃料內(nèi)部可燃揮發(fā)分濃度升高，因此，在燃燒中期階段的相對(duì)燃燒速率與成型顆粒燃料的密度呈正相關(guān)。最后燃盡階段，密度小的成型顆粒燃料，揮發(fā)分濃度基本釋放完畢，燃燒工況趨于穩(wěn)定。總體而言，密度大的成型顆粒燃料在整個(gè)燃燒過(guò)程中的燃燒速率相對(duì)穩(wěn)定，因此在大型燃燒設(shè)備上一般應(yīng)用密度較大的成型顆粒燃料，它有利于使?fàn)t內(nèi)溫度相對(duì)穩(wěn)定，保證生產(chǎn)上要求的熱能供給，而家用生活燃爐以及小型熱水爐等，尤其是斷續(xù)燃燒的小型手燒爐，成型顆粒燃料密度不要求過(guò)大，一般0.9t/cm3左右就可以滿足燃燒要求，不但有利于快速點(diǎn)火，升溫速率也快，同時(shí)也可以節(jié)約加工成型顆粒燃料的能耗。
5、成型顆粒燃料塊徑對(duì)燃燒速率的影響
通過(guò)對(duì)密度、質(zhì)量相同但直徑不同的玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈成型顆粒燃料進(jìn)行燃燒試驗(yàn)后，測(cè)出不同燃燒階段的燒失量m，平均燃燒速率v及可燃物相對(duì)燃燒速率。
大量實(shí)驗(yàn)證明，整個(gè)燃燒過(guò)程中大直徑的成型顆粒燃料的相對(duì)燃燒速率比小直徑成型顆粒燃料的燃燒速率相對(duì)平穩(wěn)。在成型顆粒燃料燃燒前期，其平均燃燒速率隨成型顆粒燃料直徑的增大有增大的趨勢(shì)。這是因?yàn)椋≈睆降某尚皖w粒燃料燃燒過(guò)程短，提前燃至塊徑中心，結(jié)束單體塊的燃燒，而大直徑成型顆粒燃料燃燒層到達(dá)燃燒中心的時(shí)間長(zhǎng)，釋放熱量多，維持燃爐內(nèi)溫度穩(wěn)定能力大。
綜上所述，生物質(zhì)成型顆粒燃料的密度和燃料原料種類(lèi)對(duì)燃燒速率的影響最為明顯，燃燒速率與成型顆粒燃料密度、析出揮發(fā)分濃度的高低呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。因此，設(shè)計(jì)生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒設(shè)備時(shí)，主要以成型顆粒燃料的原料種類(lèi)和松弛密度等為依據(jù)，計(jì)算進(jìn)料速度、空氣量等各種參數(shù)。
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