玉米秸稈顆粒燃料燃燒特性的試驗研究

引言
    隨(sui)著(zhe)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)開(kai)發(fa)利(li)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)人(ren)們(men)的(de)關(guan)注(zhu)，生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)作(zuo)為(wei)地(di)球(qiu)上(shang)唯(wei)一(yi)能(neng)夠(gou)固(gu)定(ding)碳(tan)的(de)清(qing)潔(jie)性(xing)能(neng)源(yuan)而(er)逐(zhu)漸(jian)被(bei)世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)所(suo)重(zhong)視(shi)。生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)是(shi)僅(jin)次(ci)於(yu)煤(mei)炭(tan)、石油、天然氣的第四大能源，約占全球總能源消耗的14%。
    目前生物質能的利用方式大致可分為三類：一是直接燃燒
；二是生物轉換技術，通過微生物發酵方法製取液體燃料或氣體燃料
；三san是shi熱re化hua學xue轉zhuan換huan技ji術shu，通tong過guo熱re化hua學xue技ji術shu轉zhuan化hua成cheng流liu體ti燃ran料liao。在zai我wo國guo
，生sheng物wu質zhi能neng主zhu要yao還hai是shi作zuo為wei一yi次ci能neng源yuan在zai農nong村cun中zhong使shi用yong，農nong村cun大da多duo還hai是shi采cai用yong傳chuan統tong的de爐lu灶zao直zhi接jie燃ran燒shao
，其qi轉zhuan換huan效xiao率lv僅jin為wei10%~20%，浪費嚴重，並且汙染環境。
    據統計
，我國每年的農作物秸稈產量就可以達到6億t
，如果合理利用，必然能成為解決我國能源問題的一條有效途徑。壓縮成型顆粒燃料就是將這些密度小、體積膨鬆的農作物秸稈在一定壓力下壓縮成密度較大的棒狀
、粒狀、塊狀等形狀的燃料。壓縮成型後不僅解決了原生物質秸稈堆積銷毀的問題，還保持了原有的點火容易、CO2零ling排pai放fang等deng優you點dian。將jiang成cheng型xing後hou燃ran料liao應ying用yong於yu傳chuan統tong的de燃ran燒shao設she備bei中zhong
，縮suo小xiao了le生sheng物wu質zhi原yuan料liao的de體ti積ji，大da大da增zeng加jia了le燃ran料liao的de能neng量liang密mi度du，從cong而er提ti高gao了le燃ran燒shao效xiao率lv。從cong國guo內nei外wai的de研yan究jiu現xian狀zhuang來lai看kan，國guo外wai主zhu要yao研yan究jiu和he應ying用yong的de是shi木mu質zhi顆ke粒li燃ran料liao，對dui玉yu米mi秸jie稈gan顆ke粒li燃ran料liao成cheng型xing及ji燃ran燒shao技ji術shu並bing無wu成cheng熟shu經jing驗yan。我wo國guo對dui生sheng物wu質zhi顆ke粒li燃ran料liao燃ran燒shao所suo進jin行xing的de理li論lun和he應ying用yong研yan究jiu也ye較jiao少shao，因yin此ci本ben文wen主zhu要yao研yan究jiu的de是shi玉yu米mi秸jie稈gan顆ke粒li燃ran料liao的de燃ran燒shao特te性xing，富fu通tong新xin能neng源yuan生sheng產chan銷xiao售shou的de秸稈顆粒機、木屑顆粒機專業壓製生物質顆粒燃料。
1、生物質顆粒燃料的燃燒機理
    生物質顆粒燃料的燃燒過程可以分為幹燥
、揮發分析出和燃燒、固定碳燃燒三個階段，燃燒機理如圖1所示。當溫度達到100℃左zuo右you時shi，生sheng物wu質zhi表biao麵mian及ji顆ke粒li縫feng隙xi的de水shui逐zhu漸jian蒸zheng發fa出chu來lai，含han水shui量liang越yue高gao，幹gan燥zao過guo程cheng所suo消xiao耗hao的de熱re量liang也ye就jiu越yue多duo。幹gan燥zao後hou的de生sheng物wu質zhi顆ke粒li燃ran料liao繼ji續xu吸xi熱re升sheng溫wen，當dang溫wen度du達da到dao160℃時
，高分子有機物發生熱分解反應，到300~400℃就能釋放出70%左右的揮發分。析出的揮發分與氧氣混合，燃燒放出熱量
，這些熱量通過輻射、對流
、熱傳導的形式傳遞給內層的新燃料，使內層燃料的揮發分析出、燃燒
、fangre。suizhehuifafendejianshao，gudingtanyuyangqijiechuranshao
，ranshaochanshengdehuifenbashengyudetanbaoguo
，fangaileqitidekuosan，suoyicishixuyaoshidangderenweijiaodonghuojiadakongqiliang，yibaozhengshengyujiaotanwanquanranshao。
2、試驗係統
2.1反燒爐
    試驗所用的試驗裝置是自行設計的小型反燒單元體爐
，如圖2所示。
    該係統包括爐體、送風機、流量計、熱電偶、安全排煙罩
、引風機
、電阻絲
、變壓器、數據采集模塊及電腦。其中，爐體由外徑為114mm、壁厚2mm的不鏽鋼管製成，管上均勻繞有電阻絲
，電阻絲接變壓裝置，最外層包裹矽酸鹽保溫氈。爐排上均勻分布著96個直徑為5 mni的通風口
，占整個爐排麵積的20%。luziyunyongdeshifanshaoyuanli，tongguosongfengjicongshangbusongrenkongqi，liyongyinfengjicongxiabuchouzouyanqi。jinliaoshikaiqiqiufa，songkongqishiguanbiqiufa。yanqizeshijingguozixingshejideanquanpaiyanzhaopaizhishiwai
，zaiyinfengjidezuoyongxia
，gaowenyanqiheshineikongqihunhe

，jiangdiyanqidewenduhoupaizhishiwai。wendudecaijixuanyong9隻鎳矽鎳鉻熱電偶，分別測不同管斷麵中心處的溫度
，間隔均為50mm。數據采集軟件為組態王。
2.2試驗方法
    首先，將選取的玉米秸稈顆粒燃料在5E -MACⅢ紅hong外wai快kuai速su煤mei質zhi分fen析xi儀yi中zhong進jin行xing工gong業ye分fen析xi，再zai按an照zhao國guo家jia標biao準zhun對dui其qi進jin行xing元yuan素su分fen析xi。由you於yu該gai試shi驗yan為wei固gu定ding床chuang燃ran燒shao，試shi驗yan前qian要yao把ba稱cheng重zhong好hao的de顆ke粒li燃ran料liao通tong過guo球qiu閥fa投tou入ru爐lu體ti，顆ke粒li燃ran料liao隨sui機ji地di堆dui積ji在zai爐lu排pai上shang，關guan閉bi球qiu閥fa。調tiao試shi數shu據ju采cai集ji模mo塊kuai，校xiao正zheng熱re電dian偶ou的de溫wen度du之zhi後hou，便bian可ke以yi進jin行xing點dian火huo、燃燒試驗。點火方式采用電加熱點火，根據電阻絲纏繞的間距，變壓器調至150V便bian可ke以yi點dian燃ran玉yu米mi秸jie稈gan顆ke粒li燃ran料liao。燃ran燒shao過guo程cheng中zhong
，通tong過guo調tiao節jie變bian頻pin風feng機ji改gai變bian送song風feng量liang，同tong時shi開kai啟qi引yin風feng機ji
，將jiang產chan生sheng的de煙yan氣qi通tong過guo安an全quan排pai煙yan罩zhao排pai至zhi室shi外wai。點dian火huo時shi，空kong氣qi量liang不bu易yi過guo大da，試shi驗yan以yi400℃作(zuo)為(wei)點(dian)火(huo)成(cheng)功(gong)的(de)標(biao)準(zhun)，點(dian)火(huo)所(suo)的(de)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)組(zu)態(tai)王(wang)軟(ruan)件(jian)的(de)曆(li)史(shi)趨(qu)勢(shi)曲(qu)線(xian)顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai)。顆(ke)粒(li)燃(ran)料(liao)被(bei)點(dian)燃(ran)後(hou)，可(ke)以(yi)加(jia)大(da)空(kong)氣(qi)量(liang)

，以(yi)滿(man)足(zu)顆(ke)粒(li)燃(ran)料(liao)的(de)充(chong)分(fen)燃(ran)燒(shao)所(suo)需(xu)的(de)氧(yang)氣(qi)量(liang)，數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)自(zi)動(dong)采(cai)集(ji)爐(lu)膛(tang)內(nei)的(de)溫(wen)度(du)並(bing)通(tong)過(guo)電(dian)腦(nao)輸(shu)出(chu)，燃(ran)燒(shao)時(shi)間(jian)同(tong)樣(yang)由(you)組(zu)態(tai)王(wang)的(de)曆(li)史(shi)趨(qu)勢(shi)曲(qu)線(xian)顯(xian)示(shi)出(chu)來(lai)。隨(sui)著(zhe)燃(ran)燒(shao)反(fan)應(ying)的(de)進(jin)行(xing)，溫(wen)度(du)出(chu)現(xian)逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang)趨(qu)勢(shi)
，再(zai)調(tiao)大(da)空(kong)氣(qi)量(liang)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)剩(sheng)餘(yu)的(de)焦(jiao)炭(tan)充(chong)分(fen)燃(ran)燒(shao)。
3
、試驗結果與分析
3.1玉米秸稈顆粒燃料的性質
    試驗選取的玉米秸稈顆粒燃料是由山東省的玉米秸稈壓製而成，選用SE - MACⅢ紅外快速煤質分析儀進行工業分析，根據國家標準GB/T476 - 2008、GB/T 19227 - 2008、GB/T 214 - 2007、GB/T 213 - 2008進行元素分析，最終結果如表1所示。
3.2料層對玉米秸稈顆粒燃料燃燒的影響
    分別對料層為100mm和200mm的玉米秸稈顆粒燃料進行燃燒試驗
，燃燒溫度與時間曲線如圖3所示。由圖3可以明顯地看出：料層為100mm的玉米秸稈顆粒燃料的燃燒時間約為292s；料層為200mm的玉米秸稈顆粒燃料的燃燒時間約為703s，是料層為100mm的2倍多，但燃燒過程中的平均溫度780℃左zuo右you。顆ke粒li燃ran料liao的de燃ran燒shao時shi間jian與yu顆ke粒li燃ran料liao的de堆dui積ji密mi度du有you關guan，燃ran料liao堆dui積ji得de越yue疏shu鬆song，空kong氣qi的de傳chuan播bo速su率lv以yi及ji熱re量liang的de傳chuan播bo速su率lv就jiu越yue高gao

，從cong而er加jia速su了le著zhe火huo過guo程cheng，縮suo短duan了le燃ran燒shao時shi間jian。由you燃ran燒shao的de溫wen度du曲qu線xian看kan出chu

，顆ke粒li燃ran料liao點dian火huo成cheng功gong後hou，料liao層ceng為wei100mm的燃燒較穩定，溫度場波動不大
，而料層為200mm的溫度曲線有明顯的下滑和回升階段。因為料層為200mm的玉米秸稈顆粒燃料點火成功後溫度直線升高到911℃，wenduwendingdeshijianjiduan
，reliangdi
，chuanboguochengzhongkelizhijiandekongxilvjiaoxiao，jiangdilereliangdechuanbosudu，chuxianlewendudexiahua。dansuizheranshaofanyingdejinxing
，keliranshaofangchudereliangzhujianjijuqilai
，tongguofushe
、對流及熱傳導的形式傳給下層新燃料
，燃燒過程逐漸穩定，溫度曲線回升
，直到燃盡，燃燒後的產物輕微結渣。
3.3水分對玉米秸稈顆粒燃料燃燒的影響
    一般地講，水分是燃燒過程中的雜質
，含水量越多，顆粒燃料的其他可燃成分就越少，熱值越低。試驗時取料層為100mm的玉米秸稈顆粒燃料兩組，一組不做任何處理
，測得含水量為3. 88%，另一組在105℃的條件下幹燥6h
，使大部分水分析出，測得含水量為0.  12%。未wei經jing過guo幹gan燥zao處chu理li的de顆ke粒li在zai點dian火huo過guo程cheng中zhong
，有you濃nong鬱yu的de黑hei煙yan冒mao出chu
，主zhu要yao是shi由you於yu不bu完wan全quan燃ran燒shao造zao成cheng的de。燃ran燒shao初chu始shi階jie段duan，揮hui發fa分fen大da量liang析xi出chu，在zai空kong氣qi量liang供gong給gei充chong足zu的de條tiao件jian下xia
，含han水shui量liang大da的de顆ke粒li燃ran料liao

，幹gan燥zao水shui分fen消xiao耗hao的de熱re量liang就jiu多duo
，當dang溫wen度du達da不bu到dao揮hui發fa分fen燃ran燒shao的de溫wen度du時shi，造zao成cheng揮hui發fa分fen燃ran燒shao的de不bu充chong分fen，產chan生sheng大da量liang濃nong煙yan
，經jing過guo幹gan燥zao處chu理li的de顆ke粒li燃ran料liao點dian火huo時shi則ze沒mei有you濃nong鬱yu的de黑hei煙yan冒mao出chu，燃ran燒shao過guo程cheng中zhong的de平ping均jun溫wen度du略lve高gao。
3.4空氣量對玉米秸稈顆粒燃料燃燒的影響
    空(kong)氣(qi)是(shi)影(ying)響(xiang)燃(ran)燒(shao)過(guo)程(cheng)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)。點(dian)火(huo)時(shi)
，爐(lu)膛(tang)溫(wen)度(du)較(jiao)低(di)，顆(ke)粒(li)表(biao)麵(mian)的(de)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)速(su)度(du)很(hen)慢(man)，耗(hao)氧(yang)量(liang)也(ye)不(bu)大(da)，所(suo)以(yi)空(kong)氣(qi)量(liang)過(guo)大(da)會(hui)帶(dai)走(zou)大(da)量(liang)的(de)熱(re)量(liang)，影(ying)響(xiang)點(dian)火(huo)特(te)性(xing)

；若(ruo)供(gong)給(gei)的(de)空(kong)氣(qi)量(liang)過(guo)低(di)

，則(ze)達(da)不(bu)到(dao)點(dian)火(huo)時(shi)所(suo)需(xu)的(de)氧(yang)氣(qi)量(liang)，顆(ke)粒(li)燃(ran)料(liao)無(wu)法(fa)點(dian)燃(ran)。點(dian)火(huo)成(cheng)功(gong)後(hou)，為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)其(qi)完(wan)全(quan)燃(ran)燒(shao)則(ze)需(xu)要(yao)加(jia)大(da)鼓(gu)風(feng)，以(yi)提(ti)供(gong)燃(ran)燒(shao)所(suo)需(xu)的(de)氧(yang)氣(qi)。試(shi)驗(yan)選(xuan)取(qu)不(bu)同(tong)的(de)過(guo)量(liang)空(kong)氣(qi)係(xi)數(shu)來(lai)分(fen)析(xi)空(kong)氣(qi)量(liang)對(dui)玉(yu)米(mi)秸(jie)稈(gan)顆(ke)粒(li)燃(ran)料(liao)燃(ran)燒(shao)特(te)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)，兩(liang)次(ci)典(dian)型(xing)性(xing)試(shi)驗(yan)如(ru)表(biao)2所示。
    從表2中可以看出：玉米秸稈顆粒燃料點火時間較短，這是與水分、揮發分含量相對應的，揮發分含量越高
，含水量越低
，顆粒燃料越易點燃。燃燒時
，過量空氣係數為1.2時
，最高燃燒溫度可以達到1122℃，燃燒時間可持續9 min
，過量空氣係數為2.5時，最高燃燒溫度為970℃，燃燒時間持續了5 min，燃燒後的產物分別如圖4所示。過量空氣係數為1.2時，結渣現象嚴重，過量空氣係數為2.5時，幾乎不結渣。顆粒燃料的結渣率與其化學組成有關

，燃料中Si元素含量越高，結渣趨勢越明顯；堿金屬元素(K、Na)含量越高，燃料結渣現象亦越明顯；堿土金屬( Mg
、Ca)hanliangyuegao
，ranliaojiezhaqushiyuexiao。duiyuyumijiegankeliranliaobenshendehuaxuezuchengshibukegaibiande，chulezairanshaoguochengzhongrenweitianjiakangjiezhadetianjiajiwai，keyitongguogaibiankongqilianglaijiangdijiezhalv。yumijiegankeliranliaozaiguoliangkongqixishutigaole1.3hou
，jiezhaxianxiangmingxianjianshao，zhengmingzengdakongqiliangkeyigaishankeliranliaodejiezhaxianxiang。guoliangdekongqikeyidaizoudaliangdereliang
，jiangdilutangneidewendu，zhishiwendudiyuranliaoderuanhuawendu，congerjiangdijiezhalv。
4
、結論
    通(tong)過(guo)自(zi)行(xing)設(she)計(ji)的(de)試(shi)驗(yan)台(tai)，反(fan)複(fu)試(shi)驗(yan)，得(de)出(chu)了(le)玉(yu)米(mi)秸(jie)稈(gan)顆(ke)粒(li)燃(ran)料(liao)的(de)燃(ran)燒(shao)特(te)性(xing)。玉(yu)米(mi)秸(jie)稈(gan)顆(ke)粒(li)燃(ran)料(liao)的(de)揮(hui)發(fa)分(fen)含(han)量(liang)高(gao)
，含(han)水(shui)量(liang)低(di)，易(yi)點(dian)燃(ran)，燃(ran)燒(shao)過(guo)程(cheng)中(zhong)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)
，但(dan)是(shi)燃(ran)燒(shao)時(shi)間(jian)短(duan)
，點(dian)火(huo)時(shi)有(you)濃(nong)煙(yan)、結渣現象嚴重。幹燥處理可以改善點火時冒煙嚴重的現象；增大過量空氣係數可以降低玉米秸稈顆粒燃料的結渣率，是降低生物質顆粒燃料結渣率的一種有效方法，富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機專業壓製農作物秸稈顆粒燃料。


相關顆粒機產品鏈接：
    1

、秸稈顆粒機
    2、木屑顆粒機