生物质燃料的燃烧特性

生物质燃料的燃烧特性
目前，生物质最主要的利用方式就是生物质燃烧。研究生物质燃料的组成成分，了解其燃烧特点，有利于进一步科学、合理地开发利用生物质能。从刘建禹、翟国勋等[20]对生物质燃料特性的研究可以发现， 生物质燃料与化石燃料相比存在明显的差异。从化学的角度上看，生物质属于碳氢化合物，含固定碳少。生物质燃料中含碳量最高的也仅50%左右，相当于褐煤中的含碳量。因此，生物质燃料不抗烧，热值较低；若生物质燃料中含氢量变多，挥发分就明显增多。生物质燃料中的碳元素多数和氢元素结合成小分子的碳氢化合物，燃烧需要长时间的干燥，在一定的温度下热分解而析出挥发物。所以，生物质燃料易被引燃，燃烧初期，烟气量较大；生物质燃料含氧量明显地多于煤炭，它使得生物质燃料热值低，但易于引燃；生物质燃料的密度小于煤炭，其质地较疏松，特别是农作物秸杆和一些粪类，因此生物质燃料易于燃烧和燃尽，但其热值较低，发热量小，灰烬中残留的焦碳量少于燃烧煤炭；生物质燃烧排放烟气中硫氧化物和氮氧化物含量较少， 故对环境的污染将小于燃烧煤炭等化石燃料，
燃烧时无需设置控制气体污染装置，从而降低了成本，这也是生物质优于化石燃料的一方面[22]。生物质燃料的燃烧过程主要分为挥发份的燃烧和残余焦炭的燃。
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烧， 其主要燃烧过程的特点是[23]：
(1)生物质水分含量较多， 燃烧需要较长时间的干燥， 产生的烟气量较大， 排烟造成热损失较高；
(2)生物质燃料的密度较小，结构比较疏松，燃烧时受风面积大，较易造成悬浮燃烧， 容易产生一些黑絮；
(3)由于生物质热值低， 发热量小， 在锅炉内比较难以稳定的燃
烧；
(4) 由于生物质挥发份含量高， 燃料着火温度较低， 一般在250℃ ~350℃ 温度下挥发份就大量析出并开始剧烈燃烧， 此时若空气供应量不足， 将会增大燃料的化学不完全燃烧损失；
(5)挥发份析出燃尽后， 受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃烧速度缓慢、燃尽困难，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残留较多的余碳， 增大机械不完全燃烧损失。
生物质燃烧利用现状
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生物质是全球应用最广泛的可再生能源，自从远古时代人类开始使用这种能源。人们主要是将生物质进行燃烧，其产生的热能可以用于做饭，取暖等日常生活；或者将生物质进行厌氧发酵生产沼气，也可以用来替代生物质能源， 尤其是在发展中国家[20]。我国是一个发展中的农业大国

，生物质资源十分丰富，每年农作物秸秆产量达几亿吨。生物质是唯一可转化成可替代常规液态石油燃料和其他化学品的烧， 其主要燃过程的特点是[23]：
(1)生物质水分含量较多， 燃烧需要较长时间的干燥， 产生的烟气量较大， 排烟造成热损失较高；
(2)生物质燃料的密度较小，结构比较疏松，燃烧时受风面积大，较易造成悬浮燃烧， 容易产生一些黑絮；
(3)由于生物质热值低， 发热量小， 在锅炉内比较难以稳定的燃烧；
(4) 由于生物质挥发份含量高， 燃料着火温度较低， 一般在250℃ ~350℃ 温度下挥发份就大量析出并开始剧烈燃烧， 此时若空气供应量不足， 将会增大燃料的化学不完全燃烧损失；
(5)挥发份析出燃尽后， 受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃烧速度缓慢、燃尽困难，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残留较多的余碳， 增大机械不完全燃烧损失。
由于空气中可吸入颗粒物对人体健康和生存环境带来的巨大危害，目前已越来越成为人类关注和重点研究的对象。2012年度国家环境保护公益性行业科研专项项目指南项目7就明确规定了目标要研究
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典型源的黑碳气溶胶排放特征，研究燃烧设备、燃烧条件、污染物控制设备对黑碳排放特征的影响，研究不同污染源排放黑碳的物理化学特性及其对大气辐射的影响等等。对碳烟的物化特性及对环境的危害将成为科研的重要研究领域。碳烟是燃烧后排放的超细颗粒(<0.5μm)中的主要物质之一[ 2 7 ]，可以直接进入人体的呼吸系统，故其对人体和环境的危害极大，从而受到人们越来越多的关注[ 2 8 ]。碳烟是化石燃料不完全燃烧后的产物，因为即使在环境浓度很低的情况下，碳烟都会对人体健康造成严重的危害，从而一直受到国际能源方面与环境研究领域的高度关注。研究燃烧过程中碳烟颗粒的形成、氧化和聚合过程对于控制大气中颗粒污染物排放具有重要的意义，就可以进一步地提高燃料燃烧效率以及降低其对环境的影响。世界各国颗粒物排放的新法规对燃煤电厂PM2 .5排放进行了规范[ 2 9 ]，由于PM1可直接进入人体肺部，目前也受到越来越多的关注；另外，碳烟在燃烧过程中也会起到积极的作用，如可以增加燃料颗粒之间的传热效果、降低燃烧过程中热力NOx的生成量[ 3 0 ]等。相对于大量关于化石燃烧碳烟的形成机理所进行的研究，目前关于生物质燃烧过程中碳烟的形成机理所进行的研究十分有限， 因此，对生物质燃烧过程碳烟的形成机理开展研究具有重要的意义。
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