生物质燃烧过程简介

生物质燃烧是生物质与空气中的氧结合发生化学反应并伴随热量释放的过程。该过程旨在释放并利用生物质中的化学能。生物质燃烧需在有氧气或空气存在的条件下进行，将生物质加热到其着火温度，生物质化学键在热作用下被打开，燃料反应才能持续发生。因此，生物质燃烧需具备三要素：生物质、氧气和热量。

生物质中可燃元素（C、H和S）与空气中的氧发生反应，在完全燃烧条件下，最终产物将主要是CO2、H2O和SO2。由于生物质中S的含量相比于C和H的含量较少，因此燃烧产物主要是CO2和H2O，这也是生物质燃烧的典型特征之一。基于这一典型特征，可在设定条件下，通过测定生物质燃烧产物中CO2和H2O的含量来测定生物质中碳和氢的含量。如果生物质燃烧过程中氧气不足或生物质和空气混合不均，那么燃烧产生的气体将在低于着火温度的情况下部分冷却，使得燃烧不完全。此时，烟气中将含有一氧化碳（CO）、未燃尽碳（C）和各种碳氢化合物（CxHy）等可燃成分。其中CO可通过生物质在600～750 K温度下热解（燃料分子中羰基C=O的分解）后与部分碳氢化合物一起释放，还可经未燃尽碳与燃烧生成的CO2反应生成。在生物质实际燃烧过程中，通常通入过量的空气以确保燃烧充分。

生物质燃烧主要包括热量和质量传递两个过程，可分为如图7-1所示的四个阶段。

（1）预热与干燥：该阶段为燃烧过程的起始阶段，生物质进入炉膛受热升温，随着受热程度增加，生物质颗粒内部水蒸气分压增加，生成的水蒸气会通过生物质颗粒中的微孔排出。

（2）挥发分释放与着火：挥发分的释放与着火是生物质燃烧的第二阶段。当生物质颗粒温度升高到一定程度时，生物质分子的化学键开始断裂，形成小分子化合物，随着反应的进行，生物质颗粒内部气体分压增加，气体从生物质颗粒的微孔中排出。释放出的小分子气体与生物质颗粒外的氧化介质快速反应，当温度达到一定程度时小分子气体会着火燃烧，此时燃烧火焰会出现在生物质颗粒表面。由于挥发分释放及氧化反应速率较高，因此氧气通常无法穿透到燃烧的生物质颗粒内部。(www.xing528.com)

（3）焦的燃烧：挥发分释放与着火后，残余的生物质焦将继续发生氧化反应。在此阶段，生物质颗粒温度继续升高，生物质中大部分氢已发生反应，剩下的主要可燃成分为碳，生物质焦中的碳通过CO2气化、H2O气化以及较小程度的氧化发生相对缓慢的反应，产生的烟气会通过焦的微孔排出，燃料颗粒表面会燃烧发光。

图7-1　生物质燃烧主要过程

（4）灰的形成与沉积：生物质燃烧后残余的灰分会根据周围环境而发生进一步的转化。此时，生物质中大部分有机质已经完全燃烧，剩下的主要是无机组分（Fe、Mg、Si、Ca等）。最终形成的灰分通常被认为是稳定的，不活泼的，但有机组分燃烧后剩下的无机物还可能会进一步反应（例如氧化）。此时，灰分会持续生成，还可能结团并在反应器壁表面沉积。