典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验
生物质能燃烧特性的实验研究
生物质能燃烧特性的实验研究第一章绪论随着世界能源需求的不断增长，传统化石燃料逐渐枯竭并污染环境，生物质能作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景和重要的意义。
生物质能是指从生物质中提取能量的过程，其来源主要包括农作物废弃物、林木和固体废弃物等，广泛应用于生活、工业、发电和交通等领域。
生物质能燃烧作为生物质能利用的主要形式之一，研究其燃烧特性具有极其重要的实际意义。
本篇论文主要对生物质能燃烧特性进行实验研究，从燃烧特性、燃烧效率和热值等三个方面展开深入探讨，并探究不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响。
第二章生物质能燃烧特性的实验研究2.1 生物质能燃烧特性生物质能燃烧是指将生物质分解为一系列火焰化学反应产生的物质，包括水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氮气、灰分和粒子等。
生物质能的燃烧过程包括生物质的开始发热、可燃部分的燃烧反应、燃烧反应的终止和灰分的残留，整个过程较慢而稳定。
2.2 燃烧效率燃烧效率是指生物质能燃烧过程中被释放的热能和提供的热能之间的比值，反映了生物质能燃烧时能量转化的效率。
实验表明，燃烧效率与生物质粒度、形状、水分和灰分含量等因素相关。
一般而言，较小粒度生物质燃烧效率高，因为小颗粒的热辐射更强，火焰更容易扩散。
随着水分和灰分含量的增加燃烧效率逐渐降低，这是因为这些因素均会占据生物质中的可燃部分，从而影响燃烧反应的进行。
2.3 热值热值是指单位质量生物质能释放的热能，常用单位为焦耳/千克或卡/克。
不同类型的生物质能具有不同的热值，例如小麦秸秆、稻草、木材、棕榈油残渣等，其热值范围在14-20MJ/kg之间。
与传统加热方式相比，生物质能燃烧方式热值较低，需要考虑大量生物质的供应和储存。
第三章不同处理方式对生物质能燃烧特性的影响3.1 生物质粉碎生物质粉碎是将生物质切碎为较小的颗粒，以提高其燃烧效率。
实验表明，生物质粉碎程度对燃烧特性有明显影响。
随着生物质颗粒的减小，生物质能的燃烧反应更充分，因此燃烧效率和热值均得到提高。
农村生物质颗粒能源的燃烧特性研究
农村生物质颗粒能源的燃烧特性研究随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，寻找替代传统化石能源的可再生能源已成为全球的热门话题。
农村生物质颗粒能源作为一种可再生能源，具有广泛的应用前景。
本文将探讨农村生物质颗粒能源的燃烧特性研究。
一、农村生物质颗粒能源的定义和来源农村生物质颗粒能源是指以农作物秸秆、木材、农田废弃物等作为原料，经过加工制成的颗粒状燃料。
它是一种绿色环保的能源，具有低碳排放、可再生等特点。
农村生物质颗粒能源的来源主要包括农田秸秆、农作物残渣、农村固体废弃物等。
二、农村生物质颗粒能源的燃烧特性1. 燃烧效率高：农村生物质颗粒能源燃烧时，其燃烧效率高于传统的生物质燃料。
这是因为颗粒状燃料的燃烧面积大，燃烧过程中氧气与燃料的接触面积增大，从而提高了燃烧效率。
2. 低污染排放：相比于传统的燃煤和燃油，农村生物质颗粒能源的燃烧排放更为清洁。
燃烧过程中产生的二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物和颗粒物等污染物排放量较低，对环境的影响较小。
3. 燃烧稳定性好：农村生物质颗粒能源的燃烧过程稳定，不易产生爆炸、闪燃等危险情况。
这是因为颗粒状燃料的燃烧速率相对较低，燃烧过程中释放的热量均匀，不易引起剧烈的燃烧反应。
4. 灰渣含量低：农村生物质颗粒能源的燃烧过程中产生的灰渣含量相对较低。
这是因为颗粒状燃料经过加工处理，去除了大部分的杂质和水分，燃烧后产生的灰渣量较少。
三、农村生物质颗粒能源燃烧特性的影响因素1. 颗粒大小：颗粒大小是影响农村生物质颗粒能源燃烧特性的重要因素之一。
颗粒过大会导致燃烧不完全，颗粒过小则容易造成堵塞和燃烧不稳定。
2. 湿度：颗粒的湿度对燃烧特性有着显著影响。
湿度过高会导致燃烧效率降低，湿度过低则容易引起燃烧不完全。
3. 压缩密度：颗粒的压缩密度也会影响燃烧特性。
压缩密度过低会导致颗粒燃烧速率较慢，压缩密度过高则容易引起颗粒的堵塞和燃烧不稳定。
4. 原料种类：不同的原料种类对农村生物质颗粒能源的燃烧特性有着不同的影响。
生物质成型燃料燃烧特性的实验研究
氧化介质，使氧气内部扩散阻力增大，空气 与内层可燃物质的接触不充分导致生物质 成型燃料难于燃烧完全，造成炉温下降和燃 烧不稳定。在相同的燃烧时间下，随着温度 的升高，煤和生物质成型燃料的燃尽率都有 所提高；且燃烧温度不变，燃烧的时间越长， 两者的燃尽程度也越大，说明适当的提高燃 烧时间，燃烧就越充分，但是不能无限制的 延长时间，当燃尽率达到一定值时，再增加 时间，燃尽率不再提高。
由表1可以看出，生物质成型燃料的水 分明显高于煤，这使得其不易破碎，容易粘 附在设备上，增加粉碎的能耗。生物质成型 燃料与煤比，着火困难，水分影响了燃烧速 率，使炉内温度降低，使机械和化学不完全 燃烧的热损失增加；生物质成型燃料的挥发 分明显的高于煤，所以易于着火，燃烧稳定， 但火焰温度较低；煤的灰分较高，可燃成分 相对较少，热值相对较低，燃烧时，熔化的 灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和 燃烧，同时造成排渣困难。炼焦时，全部转 入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭 质量；生物质燃料中含碳量最高的也仅50% 左右，相当于生成年代较少的褐煤的含碳 量。特别是固定碳的含量明显地比煤炭少 [1]。因此，生物质燃料不抗烧,热值较低， 相比之下煤更难燃烧，着火燃烧的温度也较 高，易产生固体不完全燃烧，在灰渣中有碳 残余。 3 生物质成型燃料的纯烧特性 3.1温度和时间对燃料燃烧特性的影响
论文研究的主要手段是通过实验对生 物质和煤的燃烧特性进行研究。利用马弗炉 和烘干箱对生物质和煤进行工业分析。并通 过改变燃烧温度、改变燃烧时间以及改变燃 烧方式（生物质成型燃料、生物质粉末燃料 的纯烧和不同比例的混烧）等手段，研究生 物质和煤在马弗炉内燃烧后的燃烧特性以 及成灰特性。另外，通过不同比例的混合燃 烧实验，确定生物质与煤混烧的最佳混合
生物质颗粒燃烧特性分析及其对环境的影响
生物质颗粒燃烧特性分析及其对环境的影响一、简介生物质是一种可再生的能源资源，其生物质颗粒燃烧技术已成为发达国家替代化石能源的主要手段之一。
本文旨在探究生物质颗粒燃烧特性以及其对环境的影响。
二、生物质颗粒燃烧特性1. 燃烧过程生物质颗粒燃烧过程主要包括三个阶段：干燥失重阶段、挥发分解阶段和燃烧灰化阶段。
干燥失重阶段发生在60℃以内，颗粒中水分逐渐蒸发，颗粒开始变得疏松。
挥发分解阶段发生在200℃~400℃之间，颗粒中的挥发性成分开始分解释放出来，此时燃烧的主要能源来源是挥发性有机物。
燃烧灰化阶段发生在400℃之上，颗粒中的无机成分开始熔化，同时燃烧的主要能源来源转为固定碳。
2. 燃烧特性生物质颗粒的燃烧特性与物种、颗粒尺寸、密度、水分、灰分、挥发分等因素有关。
研究表明，生物质颗粒的燃烧温度一般在650℃左右，其燃烧速率较慢，热值较低，产生的灰分多为活性灰。
而以木质为原料的生物质颗粒燃烧温度一般比以秸秆为原料的要高，且燃烧速率和热值也较高。
三、生物质颗粒燃烧对环境的影响1. 大气污染生物质颗粒燃烧会排放氧化物、烟雾、二氧化碳等气体，这些污染物对大气环境具有一定的影响。
其中，氧化物污染物具有致癌性和臭氧生成剂的作用，会引起人类及动物呼吸系统损害；烟雾会对环境产生视觉上的污染；二氧化碳是一种温室气体，其排放会加速全球气候变暖进程。
2. 土壤肥力生物质颗粒燃烧产生的灰分中含有丰富的钾、钙、镁、磷等植物所必需的养分元素，这些营养元素可以为土壤提供丰富的养分，有利于植物生长。
此外，灰分中的钾离子还可以起到抑菌作用，有利于土壤微生物的生长繁殖。
3. 水环境生物质颗粒燃烧后，灰分和未完全燃烧的碳质物质都会被排放到大气中，部分灰分和未燃烧的物质也会随着降雨被冲刷入水体中，对水环境产生一定的污染。
此外，生物质颗粒燃烧排放的氮氧化物、磷等溶解物质也会致使水体富营养化。
四、生物质颗粒燃烧技术发展前景随着能源需求的不断增加和化石能源资源的日益枯竭，生物质颗粒燃烧技术具有广阔的发展前景。
生物质颗粒燃烧特性与热能利用研究
生物质颗粒燃烧特性与热能利用研究近年来，由于能源危机和环境污染问题的日益严重，生物质能成为了一个备受关注的研究领域。
而生物质颗粒作为一种绿色、可再生的能源，其燃烧特性与热能利用成为了研究的重点之一。
本文将针对生物质颗粒燃烧的特性和其热能利用方面进行分析和探讨。
首先，我们来了解一下生物质颗粒燃烧的特性。
生物质颗粒燃烧是指将生物质颗粒投入到热能装置中，利用其燃烧产生的热能进行加热或发电。
生物质颗粒具有较高的可燃性和低的灰分含量，这使得其成为了一种理想的燃料。
与化石燃料相比，生物质颗粒燃烧产生的二氧化碳排放量较低，对环境友好。
然而，要实现生物质颗粒的高效燃烧和热能利用并不容易。
生物质颗粒的燃烧特性与其物理性质、化学成分和加热方式等因素有密切关联。
对于物理性质而言，生物质颗粒的大小、密度和含水率等都会影响其燃烧特性。
化学成分方面，生物质颗粒中的碳、氢、氧、氮和硫等元素的含量会影响其燃烧过程中的燃烧速率、燃烧温度和热能释放量。
此外，加热方式也会对生物质颗粒的燃烧特性产生一定影响。
为了充分利用生物质颗粒的热能，研究人员提出了一些方法和技术。
首先，通过改变生物质颗粒的形状和大小，可以调节其燃烧速率和燃烧温度。
其次，可以通过对生物质颗粒的预处理来提高其燃烧效率。
例如，可以通过压缩和干燥等处理方法，降低颗粒中的含水率，提高颗粒的燃烧效率。
此外，还可以采用燃烧助剂或添加剂来改善生物质颗粒的燃烧特性，提高其热能利用效率。
当然，生物质颗粒燃烧不仅仅是一个单独的研究领域，还与其他领域密切相关。
例如，生物质颗粒的燃烧特性与热能利用涉及到热力学、流体力学、传热学等多个学科。
因此，开展生物质颗粒燃烧与热能利用的研究需要跨学科的合作和研究方法的综合运用。
同时，需要建立起一套完善的实验方法和理论模型，以推动该领域的发展。
在实际应用中，生物质颗粒的燃烧和热能利用技术已经得到了广泛的应用。
以生物质颗粒锅炉为例，其可以利用生物质颗粒进行燃烧发热，用于供暖、蒸汽发生和电力发电等方面。
生物质颗粒燃烧特性及其排放物的特征研究
生物质颗粒燃烧特性及其排放物的特征研究随着环保意识的提高，越来越多的人开始转向使用可再生能源作为其主要能源来源。
而其中，生物质颗粒燃烧得到了越来越多人的青睐。
那么，什么是生物质颗粒燃烧？其燃烧特性以及其排放物的特征又是怎样的呢？生物质颗粒燃烧的定义生物质颗粒燃烧是将生物质（如秸秆、木屑、稻壳，废纸等）进行干燥、粉碎、成型、压缩等制备工艺后，加入到燃烧设备中，进行热能利用的过程。
生物质颗粒燃烧技术是一种分布式的能源利用技术，其可以使用大量的生物质废弃物，大幅降低了废弃物的问题并减少对煤炭等非可再生资源的使用。
生物质颗粒燃烧的热力学特性在燃烧过程中，生物质颗粒燃烧有其独特的热力学特性，包括发热量、燃烧温度、燃烧速率和燃气组成等。
其中，生物质颗粒燃烧的发热量是其热力学特性之一，其中的发热量一般介于12~20MJ/kg之间。
生物质颗粒燃烧的燃烧温度一般为600~900℃，与燃料的种类、氧含量、燃料处理方式以及燃烧设备的设计等因素有着密切的关系。
与燃烧温度类似，生物质颗粒燃烧的燃烧速率也与以上因素密切相关，并且受氧含量、颗粒尺寸、颗粒形状、颗粒水分、燃烧设备等因素的影响。
生物质颗粒燃烧产生的排放虽然生物质颗粒燃烧可以减少非可再生资源的使用，并有效降低废弃物的问题，但是其在燃烧过程中也会产生排放物，这些排放物可能会影响环境及健康。
其中，生物质颗粒燃烧所产生的三种排放物质分别为燃烧后的灰渣、废气和污水。
在生物质颗粒燃烧过程中，燃烧后的灰渣是其中最主要的排放物之一，其化学成分包括了碳酸钙、铁、锰、钼等多种元素。
在排放气体中，主要会产生SO2、NOx、CO、CO2等多种危害 VOCs的有机化合物排放物，它们可能会对人体及环境产生潜在的危害。
此外，在生物质颗粒燃烧过程中，污水产生的可能性较小，但是在一些高水分的生物质颗粒燃烧中也可能会产生污水。
有效控制生物质颗粒燃烧过程中的排放为了减少生物质颗粒燃烧过程中所产生的排放，燃烧设备的设计和燃烧过程的控制是非常关键的。
生物质燃烧实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解生物质燃料的基本特性及其燃烧过程中的变化。
2. 掌握生物质燃料燃烧效率的测定方法。
3. 分析生物质燃料燃烧过程中产生的热量及其影响因素。
4. 探讨生物质燃料在环保和能源利用方面的潜力。
二、实验原理生物质燃料的燃烧是一个复杂的氧化还原反应过程，主要涉及燃料与氧气的反应。
燃烧过程中，生物质燃料中的有机物质被氧化，生成二氧化碳、水蒸气和其他少量气体，同时释放出热量。
生物质燃料的燃烧效率可以通过测定单位质量燃料燃烧释放的热量来评估。
三、实验仪器与材料1. 仪器：氧弹热量计、电子天平、干燥箱、燃烧匙、温度计、秒表、烧杯、玻璃棒等。
2. 材料：生物质燃料（如木材、秸秆等）、氧气、氮气、空气等。
四、实验步骤1. 称取生物质燃料：准确称取一定量的生物质燃料，置于干燥箱中干燥至恒重，记录其质量。
2. 准备燃烧实验：将生物质燃料放入燃烧匙中，置于氧弹热量计的氧弹内，充入氧气至规定压力。
3. 点燃生物质燃料：使用点火器点燃生物质燃料，记录燃烧时间。
4. 测定燃烧热量：待燃烧结束后，记录氧弹热量计中的温度变化，根据温度变化计算燃烧释放的热量。
5. 重复实验：为了提高实验结果的准确性，重复上述实验步骤多次。
五、实验数据处理1. 计算生物质燃料的燃烧效率：燃烧效率 = (燃烧释放的热量 / 生物质燃料质量) × 100%。
2. 分析实验数据，探讨影响生物质燃料燃烧效率的因素。
六、实验结果与分析1. 生物质燃料燃烧效率：实验结果表明，不同生物质燃料的燃烧效率存在差异。
例如，木材的燃烧效率约为18%，而秸秆的燃烧效率约为15%。
2. 影响燃烧效率的因素：- 生物质燃料的种类：不同种类的生物质燃料具有不同的化学成分和结构，从而影响其燃烧效率。
- 燃烧条件：燃烧温度、氧气浓度等条件对生物质燃料的燃烧效率有显著影响。
- 燃料预处理：生物质燃料的预处理（如粉碎、干燥等）可以提高其燃烧效率。
七、实验结论1. 生物质燃料是一种具有环保和能源潜力的可再生能源。
燃用生物质颗粒燃料锅炉的燃烧及排放特性
NOx有 3 种生成机理： 热力型 NOx由燃烧空气 中气体氮氧化而成； 燃料型 NOx 由燃料中的化学
表 1 列出了一、二次风量配比率对锅炉各项 热损失的影响。实验表明： 当一、二次风量配比率 为 50% 时，燃用锅炉达到较佳性能，此时气体不 完全燃烧损失最低，而锅炉的热效率达到最大值。
表 1 一、二次风量配比率对锅炉各项热损失的影响 Table 1 Effect of primary air and secondary air rate on
图 7 氮氧化物的体积分数随一、二次风量 配比率的变化曲线
Fig. 7 Curve of NOx concentration versus ratio of primary air and secondary air rate
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吉林大学学报（ 工学版）
第 40 卷
2. 2. 4 一、二次风量配比率对锅炉各项热损失的 影响
Abstract： To measure the combustion and emission characteristics of the boiler using the pelletized biomass fuel，a boiler combustion simulation test-bed was built. Experiments were performed with the test bed about the effects of different ratios between the primary and secondary air flow rates，and their supply positions，as well as the fuel layer thickness on the combustion performance and emission behavior，providing credible informations for the design of pellet biomass boiler. The test operation and practical trial of the prototype show that this kind of boiler is characterized by high efficiency，fuel saving，clean combustion and low air pollution， opening up broad prospects for its pratical application. Key words： thermal energy engineering； boiler； biomass pellet fuel； combustion； emission
生物质颗粒燃料的燃烧特性研究
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麦秆生物质颗粒燃烧特性分析及控制技术
麦秆生物质颗粒燃烧特性分析及控制技术麦秆生物质颗粒是一种被广泛应用于生物质颗粒燃烧系统中的能源产品。
麦秆是农作物的副产品，其资源丰富、价格便宜，所以被大量应用于生物质能源领域。
然而，在麦秆生物质颗粒的燃烧过程中，容易出现一些问题。
例如，颗粒的燃烧稳定性不够，易出现燃烧不完全的情况，这些问题导致了生物质颗粒燃烧系统的效率降低，同时也对环境产生了不好的影响。
因此，研究和分析麦秆生物质颗粒的燃烧特性，并采取控制技术，是提高其燃烧效率和减少对环境的影响的有效途径。
一、麦秆生物质颗粒的燃烧特性分析1.颗粒的可燃性麦秆生物质颗粒主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分构成，颗粒的可燃性与这三种成分的比例密切相关。
研究发现，麦秆生物质颗粒的木质素含量越高，其燃烧时的热值就越高。
颗粒的可燃性还与颗粒粒径、宽度、厚度、密度等相关。
2.颗粒的燃烧过程麦秆生物质颗粒的燃烧过程主要可以分为四个阶段：干燥阶段，低温热解阶段，可燃性气体生成阶段以及完全燃烧阶段。
2.1 干燥阶段这个阶段，主要是颗粒内部的水分蒸发，颗粒表面温度随着时间的增加而增加，逐渐达到最大值，此时颗粒内部仍含有水分，无法燃烧。
2.2 低温热解阶段当颗粒表面温度超过了100℃，颗粒内部水分已经全部蒸发，颗粒内部的纤维素等有机物开始热解，产生可燃性气体，这个阶段的最终产物是残留的炭。
颗粒表面温度逐渐升高到焦点温度，这个温度受到颗粒的外部环境影响较大。
如果环境温度足够高，颗粒表面会达到极高的温度，瞬间转化为炭化颗粒。
2.3 可燃性气体生成阶段颗粒表面温度升高到燃点以上，产生大量可燃性气体，引燃燃料，这个阶段耗时最长，检测到的可燃气体含量最高。
产生的显著特征是不断爆发的气体释放，同时伴随有色烟雾的产生，直到燃料燃烧整体稳定。
2.4 完全燃烧阶段当燃烧反应在颗粒表面发生后，燃烧反应开始向内部进行，这个阶段使整个颗粒充分燃烧，颗粒缩小，直到燃烧完全结束，没有剩余的可燃物质。
生物质颗粒燃料燃烧数据
生物质颗粒燃料的燃烧数据通常是通过实验和测量获得的。
下面是一种可能的数据获取过程的详细分点阐述：1. 样品准备：首先，从供应商或生产过程中获得一批生物质颗粒燃料样品。
这些样品应该具有代表性，以反映实际使用中的典型性质。
2. 采样和制样：从整批样品中随机采样，以确保结果的代表性。
然后，对采样得到的样品进行制样，通常使用均匀颗粒大小的方法以减少抽样误差。
3. 热值测定：使用热值测定设备（例如热量计）测定样品的热值。
这是通过将样品燃烧，测量释放的热量来完成的。
该实验通常需要测量燃料的质量损失以及产生的热量。
4. 灼烧特性测试：利用热重分析仪(TGA)或其他可用的仪器，测量样品在不同温度下的质量变化和灼烧特性。
这些测试可用于确定样品的挥发性、灰分和固定碳含量等参数。
5. 气体分析：在燃烧过程中，收集产生的燃烧气体，并使用气体分析仪测量其组成。
这些气体分析结果可用于确定燃料的含碳、氧、氮和其他元素的百分比。
6. 温度测量：在燃烧过程中，使用温度计或热电偶等设备测量不同位置的温度。
这些温度测量结果可用于分析燃烧过程的效率，并评估燃料的热输出。
7. 燃烧特性测试：除了上述测量之外，还可以对样品进行更详细的燃烧特性测试，例如燃烧速率、火焰传播速度和火焰稳定性等。
这些测试通常需要专门的设备和实验室条件。
8. 数据分析：将从实验中获得的数据整理、记录，并进行统计分析。
这些数据可以用于制备燃料的性能指标，如热值、灰分、挥发性等，并与其他燃料进行比较。
需要注意的是，为了获得准确和可靠的燃烧数据，实验应该在标准化的实验室和控制条件下进行，并且重复多次以验证结果的可重复性和可信度。
此外，不同燃料来源、处理方法和成分差异等因素也可能影响燃烧数据的结果，所以在实验过程中需要考虑这些因素。
总结起来，生物质颗粒燃料燃烧数据是通过实验测量、分析和统计得到的，需要进行多个测量参数的收集与分析，以获得燃料的性能指标和燃烧特性。
这些数据对于评估燃料的可持续性、环境影响和使用效率等方面都非常重要。
生物质压缩颗粒的燃烧特性
第13卷第1期2007年2月燃 烧 科 学 与 技 术Journ al of Co m busti on Science and T echnology V o.l 13N o .1Feb .2007收稿日期:2006 01 13.基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2005CB 221207). 作者简介:王 惺(1981 ),男,硕士研究生;联系人:李 政,Lz d te @m ai.l tsinghua .生物质压缩颗粒的燃烧特性王 惺,李定凯,倪维斗,李 政,张鹤丹(清华大学热能工程系,北京100084)摘 要:采用TG DTG 热分析技术对麦秸、玉米秸、胶合板粉粒和松木粒4种生物质压缩颗粒的燃烧特性进行了实验研究,考察了其着火及燃尽特性,结合前人提出的综合燃烧特性指数,提出用相对失重速率进行计算.结果表明:生物质压缩颗粒与煤相比,其着火与燃尽温度均较低,燃烧迅速且集中;与生物质粉末相比,其固定碳的燃烧更平稳,燃烧时间延长.4种物质之中,松木粒综合燃烧特性最好,玉米秸最差.关键词:生物质;压缩颗粒;综合燃烧特性;相对失重速率中图分类号:TQ517 文献标志码:A 文章编号:1006 8740(2007)01 0086 05Co mbustion Properties of Pelletized B io m assWANG X i n g ,LI D i n g ka,i N IW ei dou ,LI Zheng ,Z HANG H e dan(D epart m ent o f Ther m a l Eng i neer i ng ,T si nghua U n i ve rsity ,Be iji ng 100084,Chi na)Ab stract :Four samp l es o f bio m ass pe llets ,m ade from wheat straw ,corn stra w,p l yw ood po w der and p i ne pow der ,were ana l y zed on the i r co m busti on properti es through the TG DTG techno l ogy .T he i gn iti on and burn ou t charac ters and t he i nte grated combusti on properti es o f each sa m ple w ere stud i ed .A n i nteg rated co m bustion i ndes ,S ,w asm odified to eval ua te t he co m bustion properties .T o ca lcu l a te this indes , re l ative w e i ght l o ss ve l o city !w as adopted instead o f the abso l u te w e i ght l oss ve l o city !.R esults show t hat compared w it h coa,l t he b i om ass pell e ts have the re l a ti ve lowe r i gn i tion and burn out te m perature and faster combusti on rate ;compared w ith b i om ass powder ,the combustion of fi x carbon i n the b i omass pell e ts is m ore stab le and the combusti on ti m e is l onger .Am ong the four sa m ples ,t he co m busti on prope rti es of t he p i ne pe llets are the best ,w hile t hat o f the corn stra w pell e ts are t he wo rst .K ey word s :bio m ass ;pell e ti zed bio m ass ;i n teg ra ted co m busti on property ;relative m ass l oss rate工业化带来的资源枯竭问题已经引起了广泛关注和忧虑.作为可再生能源的一种,生物质能的利用已经受到国内外的高度重视[1 3].我国生物质资源丰富,在诸多利用途径中,生物质成型燃料被认为是一种方便、易操作的分布式利用方式而受到青睐.成型燃料的迅猛发展,势必会带动其燃烧设备等相关产品的研制工作,这又离不开对成型燃料燃烧特性的基础性研究.目前,国内外对生物质粉体燃烧特性研究较多[4 10],而对生物质压缩成型燃料的燃烧特性研究还非常少,因此,有必要开展这类工作,为开发更合适的生物质颗粒燃烧炉做必要的准备.1 实 验1.1 实验样品及其特性实验选用了麦秸粒、玉米秸粒、松木粒和胶合板粉粒4种压缩颗粒来制备样品,4种颗粒的原料均采自北京地区.压缩颗粒的制备采用北京惠众实(H i g h zones)公司研发的 生物质冷压成型技术!.该技术将粉碎粒度10mm 以下的生物质原材料,在常温、自然干燥(含水率150/0~250/0)条件下,压缩成直径6~7mm 、长度约20mm 、密度约1.1g /c m 3的成型颗粒.制备实验样品时,将上述颗粒截取成重约30m g 的成型颗粒. 各样品的工业分析和元素分析结果见表1.表1 样品及对比煤样的工业分析和元素分析/0试样工业分析元素分析M ad A ad V ad C F ,adw C,adw H,adw O,adw N,adw S ,ad麦秸粒8.265.6168.4617.6745.646.0533.280.980.18玉米秸粒7.919.3967.7614.9341.605.7434.11 1.090.16胶合板粉粒8.061.8773.2116.8745.686.2336.23 1.760.17松木粒8.443.2971.3416.9346.155.9335.830.310.05神华烟煤[13] 4.386.6428.0160.9773.514.0410.290.780.36无烟煤[14]1.503.548.7586.2188.053.063.040.740.071.2 实验条件实验采用美国H er m o Cahn 公司的热重分析系统t h er m ax 500热重分析仪,工作气氛为空气,流量为200mL /m i n ,常压,升温速率20∀/m in ,初始温度为室温(约28∀).样品为约30m g 的成型颗粒.1.3 实验结果4种样品颗粒的TG 、DTG 曲线如图1~图4所示.图1 麦秸燃烧特性曲线图2 玉米秸燃烧特性曲线图3 胶合板粉粒燃烧特性曲线图4 松木粒燃烧特性曲线2 分析与比较2.1 燃烧特性从样品的工业分析和元素分析可见,生物质颗粒的组分特征是明显的,与煤样相比,其挥发分含量高,固定碳要少很多.这种组分结构也决定了其燃烧特性. 表2描述了4种生物质颗粒的燃烧特性参数.其中,W 1~W 4分别表示在燃烧的4个阶段失重百分率;t 1和t 2分别表示两个失重速率最大时刻的温度.图5和图6为4种样品的TG 曲线和DTG 曲线.从表2及图5和图6可见,4种生物质颗粒的燃烧具有相同的特点.(1)4种生物质颗粒燃烧特性曲线相似,均可以分为4段(图1):水分析出,挥发分析出燃烧,固定碳燃烧,燃尽.这与文献中报道的生物质燃烧的4个阶段吻合[11 12]. (2)水分含量差别不大,且水分析出时间集中. (3)燃烧温度较低,4种生物质颗粒开始明显失重时刻的温度在250∀附近,这也大大低于一般煤的初始明显失重温度[13 14].样品燃烧过程迅速且集中,失重主要在第2阶段,即挥发分的析出与燃烧阶段,这一阶段的失重占初始质量的700/0左右,这也反映了生物质颗粒挥发分含量高的特点.(4)第3阶段,即固定碳燃烧阶段,燃烧速率相对平稳且缓慢,4种颗粒均未出现燃烧速率的峰值,这点#87#2007年2月 王 惺等:生物质压缩颗粒的燃烧特性表2 4种生物质颗粒燃烧特性参数试样W 1/0/0W 2/0/0W 3/0/0W 4/0/0t 1/∀t 2/∀麦秸 5.7368.5918.181.1994.4276.7玉米秸 5.7962.9620.160.4994.4285.1胶合板 5.3770.8220.470.8891.5302.9松木5.3172.8216.380.9182.6312.8图5 4种样品TG 曲线比较图6 4种样品DTG 曲线比较与一些文献报道的生物质粉体燃烧的第3阶段燃烧情况不尽一致[15].除了样品的因素外,笔者认为颗粒大小及密度是一个原因.由于本实验中的样品均为压缩颗粒,质量较大,进入第3阶段固定碳燃烧时,紧密的结构使得样品内部的物质不能即时接触空气,从而使燃烧更趋于平稳.(5)400~450∀,样品基本燃烧完毕,这样,温度比一般煤的燃尽温度低了很多[13 14],反映出生物质颗粒的整个燃烧过程是迅速的.图5和图6亦反映了4种生物质颗粒燃烧特性的区别.可以看到,麦秸和玉米秸两种草本生物质的初始失重温度要明显低于胶合板粉粒和松木粒这两种木本生物质,失重峰值时的温度t 2亦有此特点;其次,麦秸和玉米秸挥发分含量较另二者小,使得其固定碳燃烧时间相对后二者较长,且速率更缓慢;胶合板粉粒和松木粒可燃部分比例较大,燃烧更加集中而迅速,尤其松木粒,初始失重温度最高,但却最早燃尽,燃烧速率最快,燃烧持续性较差.从样品的TG 图和DTG 图反映的特点来看,本实验中样品的燃烧特性和文献中报道的生物质粉体燃烧特性类似[11 12,16],但第3阶段固定碳燃烧更加平稳.2.2 着火特性着火特性主要由着火温度体现.热重分析中着火温度的定义有多种方法,本文中采用最常用的切线法来确定样品的着火温度,即把DTG 曲线最高峰值点对应TG 曲线上点的切线与初始失重时的基线交点定义为着火温度(见图7).图7 着火温度的定义按照上述定义方法,将4种样品的着火温度t i 列于表3.不难看出,4种生物质颗粒的着火温度除松木粒在304∀,其余均在300∀以下,说明生物质成型颗粒和生物质粉体一样,均具有较低的着火温度,与煤相比,更易着火燃烧.此外,和失重峰值温度t 2一样,着火温度t i 从低到高依次是麦秸、玉米秸、胶合板粉粒和松木粒,说明草本生物质更易着火,与其相比木本生表3 4种生物质颗粒及对比煤样的着火及燃尽特性参数麦秸玉米秸胶合板松木神华烟煤[13]平朔烟煤[13]无烟煤[14]麦秸粉[14]玉米芯粉[14]t i /∀273281293304411442471264281t e nd /∀422415444385654800590324321R /0/05.639.991.973.53注:文献[13]中样品升温速率为20∀/m in ,粒度<70 m,质量10m g ;文献[14]中样品升温速率为15∀/m i n ,粒度<0.2mm,质量10mg .#88#燃 烧 科 学 与 技 术 第13卷第1期物质则较难着火.2.3 燃尽特性本文将DTG的值基本变为0时(第4阶段起始时)的温度定义为燃尽温度t end,4种生物质颗粒以及用来作对比的煤样、粉末生物质的燃尽温度和最终剩余物质的百分率R如表3所示.可以看到,4种生物质颗粒的燃尽温度均不高,都未超过450∀,松木粒最低,385∀即燃烧完全,这个温度甚至低于很多煤种的着火温度,说明生物质颗粒物燃烧均比较迅速,相对煤而言,其燃烧温度较低,持续性较差.但与文献[14]中报道的粉末生物质相比,生物质压缩颗粒的着火温度与其差别不大,但燃尽温度提高,说明压缩成颗粒后生物质燃烧持续性有所增加.同时,4种生物质颗粒之间的燃尽特性也有较大差异.比较得出,麦秸和胶合板粉粒燃烧过程最长,温度跨度为150∀左右;玉米秸其次;松木的燃烧过程最短,温度跨度仅81∀.再结合燃尽温度可以定性看出,松木的燃尽特性最好.从剩余物百分率来看,玉米秸最大,其次是麦秸和松木,胶合板最小,与4种样品的灰分含量吻合,这也说明了在燃烧完全的情况下,胶合板燃烧后排渣较少. 总结燃尽特性可知:胶合板粉粒燃烧持续时间最长,较其他3种物质不易燃烧;松木粒由于其燃烧时间集中,燃烧迅速,因此较易燃烧.燃烧剩余物方面,胶合板粉粒最少,而两种草本生物质的燃烧剩余物较多,应注意排渣的清理.总体来看,生物质颗粒物燃尽温度低,燃烧较快,燃尽特性好于煤,与煤相比更容易燃烧.与生物质粉末相比,压缩后的颗粒燃烧持续性增加. 2.4 综合燃烧特性为了综合分析生物质颗粒的燃烧特性,诸多文献[11,16 18]采用综合燃烧特性指数S综合反映物质着火和燃尽特性,即S=(d W/d t)m ax#(d W/d t)m eant2i t en d(1)式中:(d W/d t)max为最大燃烧速率;(d W/d t)m ean为从着火开始至燃尽时平均燃烧速率;t i为着火温度;t en d为燃尽温度.上式的推导过程可参见文献[18].从式(1)可见,燃烧速率的增大、着火温度和燃尽温度的减小均能使S增大,说明S越大,燃料燃尽越快,燃烧特性越好.值得注意的是,文献[17 18]中采用式(1)计算煤及生物质综合燃烧特性指数时,燃烧速率d W/d t直接采用DTG曲线上的值,即失重速率的绝对值.但是,此处采用相对失重速率更为妥当.首先,从式(1)的推导过程可知,其来自于A rrhe n i u s定律,公式中的d W/d t应为反应物浓度的变化率,对应燃烧特性实验中的样品而言,此d W/d t应为t时刻样品相对质量的变化率,即认为d W/d t=d m/d tm t(d W/d t)m ax=(d m/d t)maxm max(d W/d t)m ean=(d m/d tm t)mean其中m t和m m ax分别为样品在t时刻和失重速率最大时的质量.其次,现实经验表明,质量不同的相同物质在同一时刻燃烧失重速率的绝对值不同.对于同一种物质,在相同条件下,质量越大,其最大燃烧速率和平均燃烧速率都随之增大,但着火温度、燃尽温度及失重峰值温度差异不大[16].因此采用相对失重速率能更合理地比较不同物质在相同条件下燃烧速率的差异.综上分析,为方便计算,本文中将式(1)等价化为 S=(d m/d t)maxm max(d m/d tm t)m eant2i t end(2) 由式(2)计算得出4种生物质颗粒的综合燃烧特性指数S列于表4.表4 综合燃烧特性指数S的计算试样t i/∀t e nd/∀(d m/d t)m axm m ax(d m/d tm t)m ean S/108麦秸2734221.2870.3241.33玉米秸2814151.0000.2880.88胶合板2934441.1210.4461.31松木3043851.7020.7173.43 按照修正后的计算方式,松木粒的最大燃烧速率和平均燃烧速率均为最大,直接导致使其S参数最大,综合燃烧特性最好.但不足之处在于,其着火温度较其他3种生物质颗粒高,较难着火.麦秸的综合燃烧特性指数较松木粒差,但却好于其他两种样品;其优点是着火温度最低,最容易着火.胶合板粉粒的综合燃烧特性指数接近麦秸,二者差异不大,后者的燃烧速率较前者快,但着火和燃尽温度都较前者高.玉米秸的综合燃烧特性指数为4种样品中的最低值,说明其综合燃烧特性最差.原因在于其最大燃烧速率和平均燃烧速率均小于其他3种样品.进一步地,通过对4种样品进行热解实验研究表明,玉米秸的挥发分释放速率最低,因此不难解释其平均燃烧速率小于其他3种物质.#89#2007年2月 王 惺等:生物质压缩颗粒的燃烧特性3 结 论(1)虽然4种生物质压缩颗粒的质量和密度都较大,但其燃烧特性依然明显地体现了生物质燃烧的特征,燃烧分为4个阶段:脱水,挥发分析出及燃烧,固定碳燃烧和燃尽阶段.(2)4种压缩颗粒的着火特性不尽相同.麦秸最容易着火,玉米秸、胶合板其次,而松木粒最难.对于燃尽特性,胶合板粉粒燃尽温度最高,而松木粒最低,燃尽特性最好.此外,两种草本生物质(玉米秸、麦秸)的燃烧剩余物较多,设计燃烧设备时应注意排渣的清理.(3)与煤相比,压缩颗粒的着火点与燃尽温度均较低,燃烧集中且迅速;与生物质粉体相比,燃烧第3阶段固定碳的燃烧速率没有峰值,更加稳定,且压缩后颗粒的燃烧持续时间延长.(4)本文对综合燃烧特性指数S作了稍许修改,计算时采用相对失重速率!,能更合理地比较不同物质间综合燃烧特性指数.按照这种计算方法,得出4种生物质颗粒按S值从大到小(综合燃烧特性从好到差)的排列顺序依次为松木粒、麦秸、胶合板粉粒和玉米秸.参考文献:[1] D em irbas A.R ecent advances i n bio m ass conversi on techno log i es[J].Energy Educati on Science and T 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第13卷第1期。
生物质颗粒燃料特性分析
生物质颗粒燃料特性分析生物质颗粒燃料的生产通常包括颗粒燃料的制备和粒度控制两个主要过程。
制备过程一般包括原料的粉碎，混合，成型以及热压等步骤。
粒度控制是通过对颗粒燃料的筛分和干燥等过程来实现的。
颗粒燃料通常具有均匀的形状和尺寸，这有利于其储存、运输和燃烧过程。
生物质颗粒燃料的组成主要包括纤维素、半纤维素、木质素和灰分等成分。
其中纤维素是最主要的组分，占颗粒燃料总质量的40%-50%，其为生物质颗粒燃料提供了较高的热值。
半纤维素是次要组分，占颗粒燃料总质量的15%-30%，其含有丰富的可分解的碳水化合物。
木质素是颗粒燃料中的非常重要的组分，它主要来自于木质部，可提供颗粒燃料的结构稳定性和燃烧特性。
灰分是生物质颗粒燃料中的无机组分，主要由可燃物中的无机元素组成，会对颗粒燃料的燃烧特性产生影响。
生物质颗粒燃料的物理特性主要包括颗粒燃料的外观形状、颗粒密度、颗粒大小和颗粒含水率等。
颗粒燃料通常呈圆柱形或球形，直径一般在6-10毫米之间。
颗粒密度通常在0.6-0.8吨/立方米之间，取决于原料的压实程度。
颗粒大小的分布范围通常在1-10毫米之间，其中较大的颗粒限制了颗粒燃料的颗粒流动性。
颗粒燃料的含水率对燃烧过程有重要影响，一般应控制在8%-12%的范围内。
生物质颗粒燃料的化学特性主要包括颗粒燃料的元素含量、挥发分含量和固定碳含量等。
元素含量主要包括碳、氢、氧、氮、硫等元素。
其中碳和氧是生物质颗粒燃料最主要的元素，其含量决定了颗粒燃料的热值。
挥发分含量是指在加热过程中能够挥发出来的有机物质。
颗粒燃料的挥发分含量决定了其可燃性和燃烧特性。
固定碳含量是指在加热过程中不挥发的有机物质，其含量较高可以提高颗粒燃料的燃烧效率。
生物质颗粒燃料的燃烧特性主要包括燃烧温度、燃烧速率和灰分特性等。
颗粒燃料的燃烧温度通常在700-900摄氏度之间，与颗粒燃料的含水率、挥发分含量和固定碳含量等因素有关。
颗粒燃料的燃烧速率决定了颗粒燃料的燃烧效率和能量利用率。
生物质燃烧模式及燃烧特性的研究
生物质燃烧模式及燃烧特性的研究摘要：采用TG-DTG-DTA（热重-微分热重-差热）热分析联用技术研究了两种生物质的燃烧模式和燃烧特性。
考察了着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数；计算了综合燃烧指数和燃烧动力学参数。
结果表明，两种生物质在燃烧模式上存在差别，生物质的着火温度在280℃左右，燃尽温度在500℃左右，生物质的综合燃烧特性指数明显高于煤的综合燃烧指数，生物质的燃烧过程可以用一级动力学方程描述。
在世界能源消耗中，生物质能占13%～14%[1]。
我国生物质能占一次能源的33%左右，是仅次于煤的第二大能源[2]。
生物质作为能源具有以下特点：①生物质是一种可再生的绿色能源，使人类有希望摆脱化石原料可能枯竭的威胁及其大规模使用带来的环境污染问题；②生物质生长过程中吸收的CO2与其燃烧利用中排放的CO2是相等的，在CO2总量上实现了零排放或零增长，消除了产生温室效应的根源；③与煤相比，生物质通常含有很低的灰分，几乎不含硫；单独燃烧时，具有能量密度低、灰熔点低、易结渣的特点[3]。
我国农村人口占总人口的70%以上，生物质是农村的主要能源，多数生物质以直接燃烧为主，燃烧效率低于10%.随着农村经济的发展，大量秸秆和林业剩余物及有机固体垃圾被浪费，甚至有些地区，每到收获季节，田间地头烽烟四起，不但烧掉了宝贵的生物质资源，又严重污染了大气[4，5]。
因此，进行生物质燃烧特性和机理的研究，为生物质高效燃烧发电提供依据，具有重要的理论意义和实用价值。
1实验部分（1）实验样品采用的生物质样是淮北平原的小麦秸秆和玉米芯。
生物质样品破碎至小于0.2mm，为了与煤进行比较，同时给出了一种煤的工业分析和元素分析结果（表1）。
由表1可以看出，生物质挥发分和氧的含量大大超过煤，氢的含量也高于煤，所以生物质和煤相比，从其成分及组成看对其着火是有利的；但生物质碳的含量低于煤，能量密度相应要低一些；生物质的灰分和硫分明显低于煤，所以生物质燃烧污染物排放少。
生物质燃料测试与分析实验报告
生物质燃料分析与测试实验报告目录实验一燃料的元素分析 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验仪器与材料 (1)四、实验步骤 (1)五、实验数据处理 (1)实验二燃料发热量的测定 (3)一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)三、实验仪器与材料 (3)四、实验步骤 (3)五、实验数据处理 (4)实验三燃料灰熔融性的测定 (5)一、实验目的 (5)二、实验原理 (5)三、实验仪器与材料 (5)四、实验步骤 (5)五、实验数据处理 (6)实验四生物质燃料的工业分析 (7)一、实验目的 (7)二、实验原理 (7)三、实验仪器与材料 (7)四、实验步骤 (7)五、实验数据处理 (8)实验五生物质燃料的热重分析 (10)一、实验目的 (10)二、实验原理 (10)三、实验仪器与材料 (10)四、实验步骤 (10)五、实验数据处理 (10)实验六液体运动粘度的测定 (14)一、实验目的 (14)二、实验原理 (14)三、实验仪器与材料 (14)四、实验步骤 (14)五、实验数据处理 (14)实验一燃料的元素分析一、实验目的学习燃料元素分析的原理和方法，了解元素分析仪的构造及工作原理，掌握燃料元素分析的步骤以仪器的使用方法，学会燃料元素分析数据的处理与分析。
二、实验原理元素分析仪以托马斯高温分解原理为基本原理，样品经过粉碎研磨后，通过锡囊包裹，经自动进样器进入燃烧反应管中，向系统中通入少量的纯氧以帮助有机或无机样品燃烧，燃烧后的样品经过进一步催化氧化还原过程，其中的有机元素碳、氢、氮、硫和氧，全部转化为各种可检测气体。
混合气体经过分离色谱柱进一步分离，最后通过热导检测器完成检测过程。
三、实验仪器与材料元素分析仪、电子天平、锡纸、托架、药匙、镊子等。
四、实验步骤首先用镊子取锡纸一个，并将其制成制杯状，将做好的锡纸杯放到电子天平上去皮，称取40mg木耳培养基样品。
称量结束后，用镊子将锡纸杯的开口封好，放入压样器的中央，将其压成小块状。
生物颗粒燃烧实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解生物颗粒燃料的基本特性和燃烧原理。
2. 比较生物颗粒燃料与传统燃料（如煤炭）的燃烧效率和环境排放。
3. 分析生物颗粒燃烧过程中的热力学和化学变化。
二、实验材料与设备1. 实验材料：- 生物颗粒燃料：木材颗粒、秸秆颗粒等。
- 传统燃料：煤炭。
- 辅助材料：空气、氧气、氮气等。
2. 实验设备：- 燃烧器：用于燃烧生物颗粒和煤炭。
- 热量计：用于测量燃烧过程中的热量。
- 气体分析仪：用于检测燃烧过程中产生的气体成分。
- 粉尘排放仪：用于检测燃烧过程中产生的粉尘排放。
- 数据采集系统：用于实时记录实验数据。
三、实验方法1. 准备实验材料，确保生物颗粒和煤炭的粒度一致。
2. 将生物颗粒和煤炭分别放入燃烧器中，调整燃烧器参数，确保燃烧稳定。
3. 使用热量计测量燃烧过程中的热量，计算燃烧效率。
4. 使用气体分析仪检测燃烧过程中产生的气体成分，如CO2、CO、SO2等。
5. 使用粉尘排放仪检测燃烧过程中产生的粉尘排放。
6. 对比生物颗粒和煤炭的燃烧效率、气体排放和粉尘排放，分析实验结果。
四、实验结果与分析1. 燃烧效率：- 生物颗粒燃料的燃烧效率为75%，略低于煤炭的80%。
- 这是因为生物颗粒燃料的热值较低，燃烧过程中需要更多的氧气参与。
2. 气体排放：- 生物颗粒燃料燃烧过程中产生的CO2排放量为1000mg/Nm³，低于煤炭的1500mg/Nm³。
- CO排放量为50mg/Nm³，低于煤炭的200mg/Nm³。
- SO2排放量为20mg/Nm³，低于煤炭的100mg/Nm³。
- 这说明生物颗粒燃料燃烧过程中产生的有害气体排放较少，有利于环境保护。
3. 粉尘排放：- 生物颗粒燃料燃烧过程中产生的粉尘排放量为50mg/Nm³，低于煤炭的100mg/Nm³。
- 这是因为生物颗粒燃料的密度较大，燃烧过程中产生的粉尘较少。
典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验
典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验摘要：为研究生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性，该文以国外引进的生物质颗粒燃料燃烧器为试验装置，选择了8种典型的生物质颗粒燃料进行试验研究。
试验结果表明，挥发份含量越高，含水率越低，生物质颗粒燃料所需的点火时间越短，SO2、NO等污染物排放质量浓度远低于国家标准，但存在着部分生物质颗粒燃料灰分含量过大、结渣严重等问题。
对大多数颗粒燃料来说，软化温度越高，结渣率越低，当软化温度超过1389~C时，不会发生结渣；Si元素、碱金属元素含量越高，越容易结渣，碱土金属元素含量越高，越抗结渣。
玉米秸中Si的质量分数为27．70％，底灰结渣率达到48．84％，落叶松中Si的质量分数仅为9．76％，不结渣；使用添加剂后，玉米秸的底灰结渣率降低了22．77％。
这将为设计适合中国国情的生物质颗粒燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。
0引言生物质颗粒燃料是一种典型的生物质固体成型燃料，具有高效、洁净、点火容易、CO零排放等优点，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域。
巾国的生物质资源产量丰富，其中农作物秸秆年产量约为6亿t，具有极大的发展潜力。
但由于以秸秆等生物质为原料生产的生物质颗粒燃料的灰分、碱金属含量较高，使用时易出现结渣、碱金属及氯腐蚀、设备内飞灰严重等问题，对燃烧技术和设备提出了更高的要求。
目前，国内外对于生物质颗粒燃料的燃烧机理方面开展了一定的研究。
盛奎川等对生物质燃料的物理品质进行了研究；王惺、王翠苹等采用TG．DTG热分析技术研究了生物质颗粒燃料的着火、燃尽等特性；马孝琴等研究了影响秸秆成型燃料燃烧速度的因素，侯中兰等研究了成型燃料点火性能的影响凶素。
GilbeC、JuanF．Gonzfilez分别研究了不同木质、秸秆类(包括能源作物等)成型燃料在家用炉具中结渣的形成与特征，BomanC、LindaSJohansson分别研究了木质燃料及成型燃料的燃烧特性，MariaOlssonvs~研究了软木颗粒燃烧时污染物的排放量，J．Dias研究了4种不同颗粒燃料在家用炉具中的燃烧特性及污染物排放，GeorgBaemthaler[。
生物质颗粒燃烧器的设计与性能测试_夏许宁
（ 4）
式中 Ｒ—炉排面积（ m2 ） ；
qＲ —炉排面积热强度（ kW / m2 ） 。
1． 2． 5 燃烧器高度
燃烧器的高度等于燃烧器的容积与炉排面积比，
则
H= V Ｒ
（ 5）
1． 2． 6 配风系统的工作原理
由于生物质颗 粒 燃 料 压 缩 成 型 ，其 本 身 具 有 质 地
密实、密 度 大 及 耐 燃 烧 的 特 性，为 了 实 现 颗 粒 燃 料 的
中图分类号： S218；S216． 2
文献标识码： A
文章编号： 1003－188X（2017）01－0227－05
DOI:10.13427/ki.njyi.2017.01.045
0 引言
当生物质成型燃料 燃 烧 时 ，炉 膛 温 度 高 于 碱 金 属 化 合 物的熔点 ，使其软 化 并 粘 结 在 受 热 面 上 ，出 现 结 渣 、沾
器 换 热 量 为 0 ． 5 t / h ，进 料 量 为 20 kg / h ，并 采 用 三 次 配 风 系 统 ，设 置 7 个 配 风 口 。 本 研 究 对 小 麦 、玉 米 、水 稻 3 种
作物的秸秆制成的生物质颗粒燃料进行了锅炉换热试验。试验结果表明： 小型生物质颗粒燃烧器采用的三级配
A2
= L2 3600w2
（ 7）
A3
= L3 3600w3
（ 8）
式中 A1 —一次风风口面积（ m2 ） ；
A2 —二次风风口面积（ m2 ） ；
A3 —三次风风口面积（ m2 ） ；
L1 —一次配风量（ m3 / h） ；
L2 —二次配风量（ m3 / h） ；
L3 —三次配风量（ m3 / h） ；
某生物质颗粒锅炉燃烧试验分析
某生物质颗粒锅炉燃烧试验分析摘要：锅炉是具有高温、高压的热能设备，是特种设备之一，在机关、事业企业及各行各业广泛使用，是危险而又特殊的设备。
一旦发生事故，涉及公共安全，将会给国家和人民生命财产造成巨大损失。
文中笔者根据多年工作经验，对某生物质颗粒锅炉燃烧试验进行了分析。
关键词：锅炉;生物质颗粒引言生物质锅炉是锅炉的一个种类，就是以生物质能源做为燃料的锅炉叫生物质锅炉，分为生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质热风炉、生物质导热油炉、立式生物质锅炉、卧式生物质锅炉等。
锅炉采用最适合生物质燃料燃烧的燃烧设备----往复炉排。
锅炉在结构设计上，相对传统锅炉炉膛空间较大，同时布置非常合理的二次风，有利于生物质燃料燃烧时瞬间析出的大量挥发分充分燃烧。
采用高效保温材料，锅炉表面温度低，散热损失可以忽略不计。
严格按中国国家规范和标准生产，所有受压部件均采用优质锅炉钢材。
每台锅炉出厂前都要经过严格的检验和测试，包括水压试验、X射线检测和能效测试。
设置有人孔、检查门、观火孔等，维护保养十分方便。
生物质锅炉的最大特点是：节能、环保且燃料成本低。
1.生物质颗粒锅炉燃烧试验1.1生物质锅炉试验中采用的生物质颗粒燃烧器，炉膛面积为 1.05m×0.65m，其长宽比为1.6∶1，该锅炉在炉膛上下方各有一组风机，见图1。
图1生物质颗粒锅炉纵向剖面1.2数值计算模型由于模型结构比较简单，在几何结构和流场特点简单的区域，使用结构化体网格，而在燃烧很集中的区域，对网格进行生物质颗粒直燃预燃室采用上给料下送风（定义为一次风）布置方式，进料和主配风位于预燃室的一侧，进料斜向插入预燃室，依靠重力和流化风助流进料。
配风点包含为自炉排底部进入的风量;流化物料的流化风;预燃室出口烟道冷却周界风;炉侧壁观察孔保护风，出口高温烟气则位于另外一侧。
预燃室内壁有保温装置，材料为粘土，厚度为200mm。
图2数值模拟生物质锅炉结构由于模型结构比较简单，在几何结构和流场特点简单的区域，使用结构化体网格，而在燃烧很集中的区域，对网格进行了部分的密化，应用了分区划分的思想，这也是精简计算的重要手段。
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典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验摘要：为研究生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性，该文以国外引进的生物质颗粒燃料燃烧器为试验装置，选择了8种典型的生物质颗粒燃料进行试验研究。
试验结果表明，挥发份含量越高，含水率越低，生物质颗粒燃料所需的点火时间越短，SO2、NO等污染物排放质量浓度远低于国家标准，但存在着部分生物质颗粒燃料灰分含量过大、结渣严重等问题。
对大多数颗粒燃料来说，软化温度越高，结渣率越低，当软化温度超过1389~C时，不会发生结渣；Si元素、碱金属元素含量越高，越容易结渣，碱土金属元素含量越高，越抗结渣。
玉米秸中Si的质量分数为27．70％，底灰结渣率达到48．84％，落叶松中Si的质量分数仅为9．76％，不结渣；使用添加剂后，玉米秸的底灰结渣率降低了22．77％。
这将为设计适合中国国情的生物质颗粒燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。
0引言生物质颗粒燃料是一种典型的生物质固体成型燃料，具有高效、洁净、点火容易、CO零排放等优点，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域。
巾国的生物质资源产量丰富，其中农作物秸秆年产量约为6亿t，具有极大的发展潜力。
但由于以秸秆等生物质为原料生产的生物质颗粒燃料的灰分、碱金属含量较高，使用时易出现结渣、碱金属及氯腐蚀、设备内飞灰严重等问题，对燃烧技术和设备提出了更高的要求。
目前，国内外对于生物质颗粒燃料的燃烧机理方面开展了一定的研究。
盛奎川等对生物质燃料的物理品质进行了研究；王惺、王翠苹等采用TG．DTG热分析技术研究了生物质颗粒燃料的着火、燃尽等特性；马孝琴等研究了影响秸秆成型燃料燃烧速度的因素，侯中兰等研究了成型燃料点火性能的影响凶素。
GilbeC、JuanF．Gonzfilez分别研究了不同木质、秸秆类(包括能源作物等)成型燃料在家用炉具中结渣的形成与特征，BomanC、LindaSJohansson分别研究了木质燃料及成型燃料的燃烧特性，MariaOlssonvs~研究了软木颗粒燃烧时污染物的排放量，J．Dias研究了4种不同颗粒燃料在家用炉具中的燃烧特性及污染物排放，GeorgBaemthaler[。
7J确定了生物质燃料中影响灰分形成的主要元素为Al、Ca、Fe、K、Mg等。
虽然中国也引进了部分燃烧设备，但是目前对生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性缺乏详细的研究。
国外的情况与国内有较大差异，如国外多以木质原料为主，而中国主要以农作物秸秆为主。
本文拟在国外引进的生物质颗粒燃烧器中对中国的生物质颗粒燃料开展燃烧试验，深入分析生物质颗粒燃料的点火特性、燃烧效率、污染物排放以及燃烧后的灰渣特性等，为设计适合中国国情的生物质颗粒燃料燃烧设备提供理论依据和技术支持。
1材料与方法1．1试验原料本试验所用生物质颗粒燃料均于2009年7月取自北京市大兴区某生物质颗粒燃料生产厂，由农业部规划设计研究院研制的485型生物质颗粒燃料成型机压制而成。
试验选取了8种典型的生物质颗粒燃料，包括棉秆、麦秸、玉米秸、玉米秸(含添加剂)4种秸秆类颗粒燃料；落叶松、红松、混合木质(榆树、柳树、杨树、桃树和红松的混合物)3种木质颗粒燃料；以及1种木质与秸秆类的混合生物质颗粒燃料(木屑与花生壳混合，质量比为1：4)。
所有颗粒燃料均压缩加工为圆柱型，直径8min，长度10~30rnn]，颗粒密度约1．2g／c。
8种典型生物质颗粒燃料的特性见表1。
1．2试验仪器和装置1．2．1试验仪器试验仪器主要包括GJ一2密封式化验制样粉碎机(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司)、XL一1箱型高温炉(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司)、VarioEL元素分析仪(德国ELEMENTAR公司)、VISTA—MPX型等离子发射光谱仪(美国瓦里安公司)、BSA223S—CW型分析天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)、PL2002型电子天平(瑞士梅特勒．托利多公司)、SZ11-4型往复式自动振筛机(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司)、KM9106型综合烟气分析仪(英国凯恩公司)、101．1 A型电热鼓风干燥箱(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司)、ZDHW-5型微机全自动量热仪(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司)、HR．A5型微机灰熔点测定仪(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司)等。
1．2．2试验装置本试验所用的装置如图1所示，整个系统由料仓、螺旋输送器、燃烧器、热水锅炉、烟气分析系统和测量控制系统等组成。
其中，燃烧系统选用从瑞典引进的PelleX生物质颗粒燃料自动燃烧器，热输出为10~25kw；燃烧效率约为90％；点火功率消耗约为400w；运行时功率消耗约为40w。
该燃烧器的喂料方式为上进料式，具有燃烧器与料仓分离、回火危险小、可根据功率要求保证精确定量进料等优点。
操作流程：启动时，首先使螺旋输送器中充满燃料，然后将其与燃烧器连接；打开操作开关，燃烧器启动，开始进料，当达到启动所需的燃料量时点火，当火焰传感器检测出火焰后，启动完成；鼓风机启动，燃料着火区域扩大，继续喂给燃料，当火焰稳定后，进入预运行阶段：待燃烧逐步稳定后，进入运行阶段，鼓风机全速运行，螺旋输送器按照设定值以规定速率进料，燃烧器全功率运行；当热水锅炉的出水温度低于设定温度约5℃时，燃烧器进入低功率运行状态，进料量为正常运行的65％，鼓风机速度降低；当锅炉温度达到设定值(或关闭开关)时，火焰逐渐熄灭，进料停止，鼓风机继续运行一段时间后停止，进入等待模式。
如果热水锅炉的出水温度低于设定温度，燃烧器将再次启动。
燃烧器设有控制器，可以自动监控燃烧器的整个工作过程，主要包括启动与停止燃烧器，调节启动时的燃料量、进料速度、进风量，以及设置不同的启动温度与停止温度。
此外，控制器还可以显示燃烧器的各个工作阶段(包括启动、预运行、运行、等待／停止等)，燃烧过程中出现的过热保护、点火失败、故障等。
1．3试验方法试验前，对试验所有样品都取样，进行工业分析、元素分析及发热量等测定；试验结束后，称量底灰及渣块质量，并对灰渣进行取样，分析灰熔融特性和化学成分。
燃烧器启动时的燃料量约为230~250g，进料速度为4．0～4．5kg／l 1；同一种燃料，至少重复试验3次，结果取平均值。
1)点火特性。
燃料的点火特性主要是测定燃料的点火时间，利用秒表记录自燃烧器启动开始至点火成功的时间。
2)燃烧及污染物排放特性。
采用综合烟气分析仪(KM9106)对烟气进行实时分析和记录，烟气的采样点在烟囱与热水锅炉相接的一端，且与锅炉相距200～250mlTl。
3)底灰结渣率。
测定及计算方法：取一种试验用生物质成型燃料，在燃烧器内燃烧，进料量、进风量等其他条件基本一致，待燃烧器停止后，冷却，将底灰全部取出，称质量并记为m，筛分灰渣中粒度大于6mm的渣块，称质量并记为m2，则粒度大于6nlIn的渣块占总灰渣质量的百分数，称为该试样的底灰结渣率c，即Cr—m2／ml×100％。
2结果与分析2．1点火特性通过对8种生物质颗粒燃料进行试验，发现各种燃料的点火时间与挥发分、含水率密切相关。
其中落叶松的挥发分含量最高，含水率最低(见表1)，点火时间最短，而棉秆的挥发分含量最低，含水率较高(参见表1)，点火时间最长。
点火时间与挥发分大致呈线性关系，挥发分越高，点火时间越短，如图2a所示，这是因为生物质燃料中的挥发分中含有大量氢气、甲烷、不饱和烃(CH)、一氧化碳等可燃气体，挥发分含量越高，则生物质燃料越容易着火。
而点火时间与含水率大致呈指数关系，含水率越高，点火时间越长，如图2b所示，这是因为生物质燃料中含水率越高，一方面延长了干燥时问，另一方面降低了最高燃烧温度(绝热燃烧温度)，从而使燃料所需的点火时间延长，同时，我们也可以发现，当含水率超过一定数值时，点火时间将会是无限长，即无法点燃。
2．2燃烧特性2．2．1表观描述经观察，8种颗粒燃料的燃烧过程均可分为启动、预运行、运行、停止4个阶段。
启动阶段开始时，烟气呈白色，主要是由水蒸汽组成，烟气黑度较高；待点火成功后，火焰颜色较红且宽，温度较低，烟气黑度变淡，呈灰色或黑色，主要是由于燃烧过程中助燃空气不足造成的。
预运行阶段，火焰变成了橘黄色，温度逐渐升高，烟气黑度更低。
进入运行阶段后，火焰由橘黄色变成了浅黄色，烟气变成一缕淡淡的青烟。
停止阶段，烟气黑度加大，火焰逐渐熄灭。
2．2．2烟气中CO含量燃烧器启动后，烟气中CO含量随燃烧的进行不断升高并达到最大；进入运行阶段后，其含量则大大降低(见图3)。
经分析可知，在燃烧启动与预运行阶段，燃烧室温度较低、进风量较小而进料量已经达到预设值，此时生物质颗粒燃料燃烧不充分，CO排放浓度高。
随着燃烧进入运行阶段，鼓风机全速运行，温度不断升高，燃烧逐渐稳定，生物质燃料能够充分燃烧，此时CO浓度排放值最小。
当燃烧器停止或者关闭时，螺旋输送器和鼓风机停止工作，未燃尽的燃料不能充分燃烧，即出现图中CO浓度迅速上升的情况。
燃烧器正常运行时，8种生物质颗粒燃料的CO排放质量浓度由低到高依次为：落叶松、红松、玉米秸、木屑+花生壳、玉米秸(含添加剂)、混合木质、麦秸、棉秆，其排放质量浓度分别为29．18、51．19、59．06、63．09、65．25、120．00、365．94、555．37mg／m。
由此可见，其中麦秸和棉秆的CO排放质量浓度较高，这可能是因为不同生物质颗粒燃料的c、H、0元素的含量不同，其所需的理论空气量也不同，而燃烧器的风量是一定的，造成了过量空气系数的不匹配。
2．3SO2、NO排放不同生物质颗粒燃料的烟气中SO2、NO排放质量浓度如图4、图5所示。
燃烧器的启动、预运行以及停止阶段，SO2排放浓度相对较高，这是由于不完全燃烧引起的；在运行阶段，绝大部分生物质燃料燃烧时SO的排放浓度非常低，污染物排放水平较低，基本为零(见图4)，远远低于GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准中规定的900mg／m的指标。
这主要是由生物质中s含量较低所决定的。
棉秆则是一个例外，其SO，排放浓度远高于其他生物质燃料，S含量与其处于同一数量级的其他秸秆类燃料的SO2排放浓度则低得多。
这说明生物质燃烧时，其SO生成机理的复杂性，不仅与s含量有关，而且与燃料种类和设备等因素有关。
8种典型生物质颗粒燃料燃烧时NO的排放浓度见图5，正常运行时由低到高依次为：落叶松、混合木质、红松、木屑+花生壳、麦秸、玉米秸、棉秆、玉米秸(含添加剂)，其排放质量浓度分别为33．88、83．47、87．05、110．35、1 15．31、132．18、140．63、145．34mg／m3。
结合表1可知，各种颗粒燃料的NO排放质量浓度与其N含量基本成正比关系，N元素含量高，其NO排放质量浓度亦高。