生物质颗粒的燃烧是一个复杂的物理化学过程,涉及多个阶段,以下从整体过程及各阶段特点展开介绍:

整体燃烧过程概述

生物质颗粒的燃烧过程主要可分为干燥、热解、挥发分燃烧和固定碳燃烧四个阶段,这些阶段相互关联、依次进行,共同完成整个燃烧过程。

各燃烧阶段详解

干燥阶段

  • 过程描述:当生物质颗粒被送入燃烧设备后,首先吸收热量,颗粒表面的水分开始蒸发。随着温度升高,颗粒内部的水分逐渐向表面扩散并蒸发。这个过程会消耗一定的热量,使颗粒温度上升速度减缓。
  • 影响因素:干燥速度取决于燃烧设备的温度、空气流动速度以及生物质颗粒的初始含水率。例如,在高温、通风良好的环境中,干燥过程会更快完成;而初始含水率高的生物质颗粒需要吸收更多的热量来蒸发水分,干燥时间也会相应延长。

热解阶段

  • 过程描述:当生物质颗粒温度升高到一定程度(一般在200 - 300℃)时,开始发生热解反应。热解是指生物质在无氧或缺氧条件下受热分解的过程,此时颗粒中的大分子有机物(如纤维素、半纤维素和木质素)分解为小分子的气体、液体和固体产物。气体产物主要包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气等可燃性气体;液体产物是焦油,它是一种复杂的有机混合物;固体产物则是焦炭,主要由固定碳和灰分组成。
  • 影响因素:热解反应的速度和产物分布受温度、加热速率和生物质种类的影响。高温和快速加热有利于产生更多的可燃性气体,而低温慢速加热则可能使焦油的产量增加。

挥发分燃烧阶段

  • 过程描述:热解产生的可燃性气体和焦油蒸汽与空气中的氧气混合,当温度达到着火点时,会发生剧烈的氧化反应,即挥发分燃烧。这个阶段燃烧速度快,火焰明亮,释放出大量的热量。挥发分燃烧是生物质颗粒燃烧过程中释放热量最多的阶段,对燃烧设备的温度和燃烧效率有重要影响。
  • 影响因素:挥发分的燃烧效果取决于空气与挥发分的混合程度、氧气浓度和温度。良好的混合和充足的氧气供应可以保证挥发分充分燃烧,提高燃烧效率;反之,如果混合不均匀或氧气不足,会导致挥发分不完全燃烧,产生黑烟和一氧化碳等污染物。

固定碳燃烧阶段

  • 过程描述:随着挥发分的燃烧和释放,生物质颗粒逐渐变成多孔的焦炭结构。焦炭中的固定碳继续与氧气发生反应,进行表面燃烧。固定碳燃烧速度相对较慢,燃烧温度较高,是维持燃烧过程稳定进行的重要阶段。
  • 影响因素:固定碳的燃烧速度受颗粒大小、孔隙结构和氧气扩散速率的影响。颗粒越小,比表面积越大,氧气与固定碳的接触面积就越大,燃烧速度越快;孔隙结构发达的焦炭有利于氧气的扩散,也能促进固定碳的燃烧。

燃烧过程的外部条件影响

  • 空气供应:充足的空气供应是保证生物质颗粒充分燃烧的关键。如果空气供应不足,会导致燃烧不完全,产生一氧化碳、碳氢化合物等污染物,同时降低燃烧效率;而空气供应过量,则会使炉膛温度降低,增加排烟热损失。因此,需要根据生物质颗粒的特性和燃烧设备的要求,合理控制空气供应量。
  • 温度:温度对生物质颗粒的燃烧过程有重要影响。较高的温度可以加速干燥、热解和燃烧反应的进行,提高燃烧效率;但温度过高可能会导致灰分熔融,形成结渣,影响燃烧设备的正常运行。因此,需要合理控制燃烧温度,避免出现结渣等问题。
  • 湍流强度:适当的湍流强度可以促进空气与生物质颗粒和挥发分的混合,提高燃烧效率。在燃烧设备中,可以通过合理的结构设计(如设置扰流装置)来增强湍流强度,使燃烧更加充分。

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