生物质燃料燃烧机理及影响燃烧的因素分析

李强，邢玉龙，周国庆

（国能龙江生物发电有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

　　摘要：生物质燃料属于可再生能源，不进资源储量较大，而且具有清洁环保的特点。其不仅是不可再生能源的有效替代品，而且还能够有效解决人类资源紧缺和环境污染的危机，鱼油非常好的市场前景。分析了生物质燃料燃烧的机理，并进一步对影响生物质燃料燃烧的因素进行了具体的阐述。

　　随着社会和经济的快速发展，我国能源的消耗量不断增加，特别是煤炭、石油及天然气等非再生资源储量的不断减少，同时这些不可再生资源的使用还带来了严重的环境污染问题吧。在这种情况下，生物质发电产业应运而生，生物质燃料其不仅污染较小，具有再生性，同时资源储量较大，清洁环保，可以有效地取代高污染及不可再生的石化能源，有效的提升了现有能源的利用率，而且能够有效的实现对环境的保护。目前生物质燃料在锅炉中广泛应用，取得了非常好的成效，具有较强的开发潜力和市场前景。

　　1生物质燃料燃烧机理

　　1.1生物质燃料特性。生物质燃料主要由茎类农作物、花生壳、树皮、木质废弃物等组成，这就决定了其组成元素完全不同于煤炭的组成元素。生物质燃料由于自身组成的特性，决定了其体积较大、形状不规则、热值较低、含水量和含灰量较大，不含有硫、氮等化学性物质。由于生物质燃料与煤炭具有非常明显的区别，所以为了确保生物质燃料设备在运行时具有高效、经济和安全的特点，需要利用压缩成型技术来将生物质燃料加工成一定尺寸和形状、热值稳定的成型生物质燃料，这样不仅可以有效的确保燃料的及时供给，而且还可能确保生物质设备燃料的高效性和充分性。

　　1.2生物质燃料的燃烧阶段。在生物质燃料燃烧过程中，主要是通过剧烈的放热和吸热的理化反应，使燃料与空气发生传质和传热的过程中，利用燃料燃烧过程中产生的热量从而使环境温度升高，在升高的环境温度基础上又进一步加快推动传质过程的进行。所以在生物质燃料燃烧过程中，不仅需要具有足够的燃料，而且还需要具有充足的空气供给和足够的热量供给。在生物质燃料燃烧过程中主要可分为燃料预热、干燥、挥发分析出燃烧及焦炭燃烧等四个阶段，这四个阶段在燃烧过程中大多情况下都是串行的，也有部分是重叠进行的，单每一个阶段并没有严格的区分线，而且每一个阶段所需要的时间也与燃料的种类、成分及燃烧方式具有直接的关系。以下以秸秆为例对生物质燃料的燃烧阶段进行具体的分析：

　　1.2.1预热阶段。将生物质燃料送入到燃烧设备后，需要采取特定的点火方式来引燃秸秆表面的可燃物，从而逐渐使环境温度得以升高。

　　1.2.2干燥阶段。生物质燃料在炉膛中燃烧过程中，在温度逐渐升高时，燃料中的水分会不断的蒸发，从而使燃料具有较好的干燥性，有效的确保了生物质燃料燃烧的充分性，有利于吸热增温。

　　1.2.3挥发分析出燃烧阶段。在炉膛内温度达到106~110℃时，生物质燃料表面的挥发分则会以气体的形式被析出，而且生物质燃料的结构也会变得蓬松，当温度进一步升高时，挥发分则会着火燃烧。所以挥发分燃烧需要具备温度和浓度这两个前提条件。当生物质燃烧表面挥发分开始燃烧时，则会逐渐积累所放出的热能，并进一步向生物质燃料内部进行传递和扩散，进下析出生物质内层的挥发分，并使其与氧气充分混合后继续燃烧，释放出大量的热量。在挥发分燃烧过程中，由于炉膛内部的氧气很难接触到焦炭的表面，所以焦炭不易燃烧，但挥发分的燃烧为其后的焦炭燃烧准备了热能条件。

　　1.2.4焦炭燃烧阶段。在挥发火燃烧过程中，随着其数量的不断减少，焦炭则会与氧气进行充分接触，从而开始燃烧，焦炭在燃烧过程中会有大量的灰分产生，这些灰分会对焦炭的燃烧产生一定的阻碍作用，所以在焦炭燃烧时需要加强搅动和确保炉膛中充足的供风，从而有效的加快焦炭燃烧的充分性。

　　2影响生物质燃料燃烧的因素

　　2.1炉膛温度。炉膛温度是影响生物质燃料燃烧最直接的因素，在充分考虑焦炭结渣问题的前提下，必须最大程度的提高炉膛的温度，才能促进生物质燃料燃烧的反应速率。

　　2.2空气量。燃烧反应的进程取决于燃料与空气的供给。燃烧反应会由于空气量供给太少，而使燃料燃烧不完全，进而造成燃料浪费；但空气供给太多，过量的空气将所吸收的热量白白带走，致使燃烧温度降低，燃烧也会相应的变为不稳定。所以，空气量需有个最佳范围，故空气过量系数的稳定性是保障燃烧过程稳定的前提条件。

　　2.3生物质燃料颗粒尺寸。生物质燃料颗粒表面积越大，其燃烧反应效率则越低，二者之间呈反比的关系，所以为了更好的确保燃烧反应的效率，则需要对生物质燃料颗粒的尺寸进行有效的控制，尽量确保燃料颗粒尺寸的最小化。

　　2.4反应时间。生物质燃烧也属于化学反应范畴，所以在燃烧过程中需要经过一定的时间才能结束，这样导致生物质燃料燃烧过程中需要充足的反应时间，从而确保燃料燃烧的充分性。

　　2.5水分、灰分含量。燃烧反应属于放热反应，而水分蒸发恰好会强烈的吸收热量，生物质燃料的燃烧过程属于自维持型燃烧，所以其水分含量不应超过百分之七十，如果超过这个标准，则需借助辅助燃料助燃。因燃料中的灰分不可燃，因此生物质燃料灰分含量越高，其热值和染好温度越低。在燃烧过程中内层未燃烧的燃料可能会被灰分包裹，进而使燃料燃烧速度降低，同时灶膛温度达到一定高度时，高灰分含量定会增加熔化量，所以应采取合理的措施，使燃料完全燃烧，同时减少对燃料炉灶的腐蚀。

　　2.6气固混合比，在生物质燃烧过程中，由于氧气会扩散到燃料颗粒的表面，这样处于燃烧中的燃料内层的灰分会逐渐显露出来，并对没有完全燃烧的炭形成包裹，不利于炭的完全燃烧。这种情况下，则需要通过搅动来确保气固混合化，从而将包裹的没有完全燃烧的炭玻璃出来，确保其充分的燃烧。

　　结束语

　　生物质燃料要想实现充分燃烧，则需要确保其温度。空气量和固体混合，反应时间和空间等几个要素的有效配合。在生物质燃料燃烧过程中，由于吸热只能从灶膛内壁及火焰的辐射中获得，这就需要根据生物质燃料水分含量来采取不同的燃烧设备，从而有效的确保炉膛内壁的温度保持在稳定的水平，减少炉膛内结渣。在生物质燃料在锅炉中进行应用时，需要根据不同生物质燃料的燃烧机理，探索不同类型的燃烧就似乎并研发相应的燃烧设备，以便于提高生物质燃料的燃烧效率。这样才能有效的确保燃烧设备具有高效性和经济性，充分的发挥出生物质燃料的特性。