影响生物质燃烧特性的因素分析

生物质燃烧特性取决于各种参数，如燃料特性、燃料供给特性、燃烧空气量及分布、燃烧条件（温度、压力和燃料停留时间）以及炉型等。

7.1.3.1　燃料特性

生物质燃料的种类和特性是关键因素。生物质按来源可分为木本、草本、农残和动物粪便四大类。生物质也可按生物化学成分分类，即木质素、纤维素和半纤维素。对于不同的生物质类型，燃烧火焰温度是不同的。例如，木材燃烧的最高火焰温度在1300～1700 K之间，而稻壳的最高火焰温度在1000～1300 K之间，这是因为稻壳的热值低于木材的热值。

生物质的燃烧受原料性质的影响很大。燃烧过程中释放的热量取决于原料的热值以及反应的转化效率。生物质组分在燃烧过程中起着关键作用，这一事实受到了世界各国研究者的广泛关注。通过光合作用和植物呼吸合成的有机物是生物质中能量的主要部分，但无机部分对燃烧系统的设计和运行也很重要，特别是在灰沉积、结渣等方面。

生物质原料中的挥发分含量相对高于化石原料的，通常在70%～86%之间变化。由于挥发分的含量很高，生物质原料的质量大部分在均相气相燃烧反应发生之前就转变为了气态。剩下的生物质焦则经历异相燃烧反应。因此，挥发分的含量对固体燃料的热分解和燃烧行为有很大的影响。生物质原料的许多其他化学、机械和热特性也影响着生物质的预处理、加工和燃烧。详细的设计应针对特定原料具体分析，公开的文献数据对初步评估有用，但不能只根据一般的文献数据来设计具体反应过程及反应器。

生物质中的金属对燃烧反应速率也有明显影响，且被认为对热解有催化作用。在水中浸出生物质会对燃烧反应动力学产生明显影响，结果与已知的碱的氯化物对生物质热解速率的影响一致。在等温加热条件下，观察到经浸出处理的生物质挥发分的析出比未处理原样提前结束，并且观察到浸出的稻草比未处理稻草更容易点燃。我们知道，氯会通过终止自由基链式反应来阻止火焰传播。在固液萃取法中，氯通过水从生物质中浸出，因此，除了形成有害排放物外，氯对着火和燃烧也有影响。

生物质颗粒形态因原料类型（如稻草、木材）、加工水平和类型（如刀磨、锤磨）不同而变化很大。生物质颗粒通常具有较大的长宽比，更像圆柱体或条索状，而不是球体，其表面积与体积比的差异也会影响燃烧速率。较大尺寸的生物质颗粒会形成较厚的边界层，燃烧时部分或全部火焰可能包含在传热和传质边界层内。因此，在大多数氧化阶段，颗粒的表面温度都会升高，尽管这只占总反应时间的一小部分。通常用于预测小颗粒煤粉燃烧的等温颗粒模型无法适用于预测生物质颗粒中大温度梯度的影响，这是煤粉与生物质在锅炉中共燃时建模的一个重要特征。目前已经开发了更全面的模型，包括干燥、脱挥发分、再凝结、焦气化和氧化以及气相燃烧过程，可用于预测形状和性质可变的单颗粒生物质燃烧特性。(www.xing528.com)

生物质中水分含量对燃烧化学和能量平衡有很大影响。已有研究表明，生物质中水分或灰分的增加会降低生物质燃烧的火焰温度。研究还发现，对于木屑的燃烧，当灰分含量低于25%时，即使含水量高达40%，也能保证木屑的稳定燃烧。

7.1.3.2　燃烧条件

空气湿度和风速等燃烧条件也会对生物质的燃烧产生影响。在燃烧条件中，过量空气比（ER）是影响燃烧特性的主要参数，过量空气比是指实际燃烧所用空气量与将生物质完全燃烧为二氧化碳和水所需的理论空气量之比。ER值的增大将导致燃烧产气温度的降低，将进一步降低气体的热回收率。在实际应用中，由于生物质颗粒与空气的理想混合很难实现，一般将过量的空气引入燃烧室以使燃烧转化率最大化。一般而言，在ER＜1.5的条件下燃烧，既能提高燃烧效率，又能提高燃烧温度，这有利于生物质原料的完全燃尽。针对特定生物质、燃烧反应器和燃烧条件，可通过实验确定最佳ER值。例如，木材燃料的ER值通常在1.6～2.5范围内。

7.1.3.3　燃烧系统的设计

燃烧系统的设计对燃烧速率也有很重要的影响。锅炉及其他燃烧装置设计不当常常会导致设备容量降低和运行经济性降低。例如，在设计不佳的电厂中，由于需要在高于设计温度的条件下运行，当为了满足设计负荷时，锅炉的积灰和结渣会更严重。