孫振鋒

河北省新能源技術(shù)推廣站

　　河北農(nóng)業(yè)大省，也是農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量大省，農(nóng)作物秸稈作為重要的生物質(zhì)資源，其年產(chǎn)量達(dá)6600萬噸以上，主要包括玉米、小麥、水稻、谷物、棉花、油料作物、薯類秸稈等，秸稈可收集量為5688萬噸，資源化利用5440萬噸，利用率95.6%，居全國前列，其中肥料化、飼料化、能源化、基料化和原料化利用分別占比66.6%、25.2%、5.1%、1.4%和1.7%。過去秸稈被一把火燒掉，不但造成資源浪費(fèi)，而且造成大氣污染。如今，農(nóng)作物秸稈變廢為寶，通過成型設(shè)備生產(chǎn)出生物質(zhì)固體燃料，可替代燃煤，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)爐具燃燒炊事取暖。農(nóng)作物秸稈在實(shí)現(xiàn)資源高效利用的同時(shí)，對我省提高農(nóng)業(yè)效益、促進(jìn)資源節(jié)約、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防止大氣污染意義重大。本文主要對生物質(zhì)燃料的特性與爐具設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

　　一、生物質(zhì)燃料

　　生物質(zhì)爐在設(shè)計(jì)的過程中受到了燃料燃燒特性的極大影響。生物質(zhì)燃料燃燒的過程是一個(gè)放熱的化學(xué)反應(yīng)過程，除了要具備燃料這一要素之外，還需要有充足的熱量傳遞以及相應(yīng)的空氣，通過燃料和空氣之間的熱量、質(zhì)的傳送，達(dá)到燃燒的目的。在燃料燃燒的過程中會(huì)使周圍的溫度升高，加快傳質(zhì)，進(jìn)而加速了熱量的產(chǎn)生。

　　生物質(zhì)燃料的燃燒過程有預(yù)熱、干燥、揮發(fā)、分解和焦炭的燃燒幾個(gè)階段。生物質(zhì)燃料被引燃后，其表面溫度會(huì)隨著燃燒慢慢升高，燃料中的水分也慢慢的蒸發(fā)掉，進(jìn)而使燃料變得更加干燥，變干燥的燃料再繼續(xù)的進(jìn)行吸熱、溫度持續(xù)升高，達(dá)到一定程度，燃料會(huì)發(fā)生分解的現(xiàn)象，析出的揮發(fā)物氣體在空氣混合后形成新的混合物，這一種混合物含有一定的氧氣和揮發(fā)物的成份，在一定的溫度和濃度的條件下，揮發(fā)物著火燃燒，進(jìn)而為之后的焦炭燃燒提前做好準(zhǔn)備。燃料表面燃燒釋放熱量，不斷積聚升溫，并通過傳導(dǎo)和輻射的方式，熱量擴(kuò)散至燃料的內(nèi)層，內(nèi)層揮發(fā)物由此析出，并與氧混合燃燒，進(jìn)而放出了充足的熱量。這個(gè)時(shí)候，揮發(fā)物會(huì)將燃料中的焦炭包圍起來，由于爐膛中的氧很難與焦炭進(jìn)行接觸，所以，焦炭在這個(gè)時(shí)候不易燃燒，只有等到揮發(fā)物的成份慢慢減少，氧氣可以和焦炭接觸時(shí)，焦炭才可以燃燒。在焦炭慢慢燃燒的過程中，燃燒產(chǎn)生的灰分會(huì)再次包裹燃燒剩余的焦炭，進(jìn)而影響著焦炭的燃燒，這時(shí)需要對其進(jìn)行攪動(dòng)或者對生物質(zhì)爐進(jìn)行通風(fēng)，以使剩余的焦炭更好的燃燒，灰渣中會(huì)產(chǎn)生余碳。

　　二、對直燃式生物質(zhì)炊事采暖爐的設(shè)計(jì)

　　民用的生物質(zhì)采暖炊事爐由料倉、煙囪、擋火板、水套、煙道、二次進(jìn)風(fēng)口、風(fēng)門、出灰口以及爐膛燃料組成。

　　1、二次進(jìn)風(fēng)口的設(shè)計(jì)

　　生物質(zhì)燃料中含有的氫和揮發(fā)份的含量都比煤炭中的含量要多，其中的碳和氫相結(jié)合，形成碳?xì)浠衔铮@種碳?xì)浠衔锏姆肿颖容^低，在溫度達(dá)到250度時(shí)就可以進(jìn)行熱分解，在325度時(shí)熱分解就相當(dāng)?shù)幕钴S，達(dá)到350度時(shí)，揮發(fā)份就能析出將近80%，揮發(fā)份的析出燃燒時(shí)間不長，只占了總?cè)紵龝r(shí)間的10%。所以，如果對其的空氣供應(yīng)不足就會(huì)使揮發(fā)物無法燃燒殆盡，通常出現(xiàn)的黑色或者是農(nóng)黃色的煙就是這樣形成的，因此，在對生物質(zhì)爐進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分考慮對揮發(fā)份空氣的供給，在爐膛口的周圍以及爐口壁的部分設(shè)計(jì)二次進(jìn)風(fēng)口，確保空氣的充足，幫助揮發(fā)份的燃燒。

　　2、延長煙道燃燒回程

　　對生物質(zhì)爐的煙道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量延長煙道的燃燒回程，這主要是因?yàn)閾]發(fā)份析出量過大但是燃燒時(shí)間卻很短的緣故，將煙道的燃燒回程延長，能夠最大限度的給揮發(fā)份的燃燒提供更多的時(shí)間和空間，進(jìn)而使生物質(zhì)燃料得到充分的利用。目前運(yùn)用的最多的延長煙道燃燒回程的辦法是對燃料進(jìn)行反燒。

　　3、一次進(jìn)風(fēng)口的設(shè)計(jì)

　　生物質(zhì)燃料相較于煤炭來說，更容易被引燃，因此在生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)可以適當(dāng)?shù)臏p少空氣量的供給。另一方面，當(dāng)揮發(fā)份被慢慢的析出并且燃燒殆盡后，會(huì)產(chǎn)生焦炭，這種焦炭是一種較為疏松的狀態(tài)存在的，經(jīng)由氣流運(yùn)動(dòng)部分的炭粒被送入到煙道中，并在煙道中蓄積成黑絮，這個(gè)時(shí)候如果通風(fēng)太過會(huì)妨礙燃料的燃燒，所以，在對生物質(zhì)爐具進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要將一次進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)小點(diǎn)。

　　4、水套的設(shè)計(jì)

　　在對煙道的水套進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)大面積的水套，這是因?yàn)閾]發(fā)份在燃燒時(shí)會(huì)造成煙道內(nèi)部的溫度升高，因此，大面積的水套會(huì)使生物質(zhì)爐的取暖效果更好。

　　5、生物質(zhì)成型燃料的使用

　　由于生物質(zhì)中的碳含量較低，密度不高以及質(zhì)地松軟的特性，所以生物質(zhì)很容易燃燒，在燃燒的過程中要定時(shí)的向爐內(nèi)填料，而生物質(zhì)致密成型燃料的生產(chǎn)應(yīng)用，可把結(jié)構(gòu)松散的生物質(zhì)進(jìn)行壓縮，不僅可以解決生物質(zhì)燃燒過程中需要不斷填料的問題，還使燃料的存儲(chǔ)和運(yùn)輸更加的便利。

　　6、防止燃燒結(jié)焦現(xiàn)象

　　生物質(zhì)燃料中含有較多的鉀元素，在生物質(zhì)燃料燃燒的過程中，達(dá)到一定的溫度條件，氧化鉀會(huì)以熔融狀態(tài)存在，并且與硅、鈣等混合，這種混合物在溫度較低的情況下結(jié)成焦塊，這些結(jié)焦塊會(huì)阻礙爐灰的順利排放和空氣的供給。如果將爐膛內(nèi)側(cè)的水套設(shè)計(jì)成大面積，可以適量降低燃燒過程中產(chǎn)生的溫度，進(jìn)而起到防止燃燒結(jié)焦現(xiàn)象的產(chǎn)生。

　　三、結(jié)束語

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平也在這一過程中不斷地得到了提高，因而人們對生活的質(zhì)量，也提出了新的要求，人們希望生活的環(huán)境更加環(huán)保、更加經(jīng)濟(jì)、更加健康，因而追求一種更為環(huán)保的爐具設(shè)計(jì)，以此來減輕傳統(tǒng)煤炭燃料帶來的環(huán)境污染問題。生物質(zhì)燃料相較于傳統(tǒng)的煤炭燃料來說，具有環(huán)保經(jīng)濟(jì)適用的特點(diǎn)。通過對生物質(zhì)燃料特性的介紹以及對設(shè)計(jì)生物質(zhì)爐的具體方法作簡要的分析，為我國生物質(zhì)爐在生活當(dāng)中普及提供一定的依據(jù)，進(jìn)而推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)的迅速健康的發(fā)展。