生物質(zhì)燃料的燃燒過程是強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)過程，又是燃料和空氣間的傳熱、傳質(zhì)過程。其燃燒過程可分為四個階段：干燥過程、揮發(fā)分的析出與燃燒、過渡階段及焦炭燃燒。
    1)干燥過程
    送人燃燒室后，在高溫?zé)崃浚ㄓ汕捌谌紵纬桑┳饔孟拢剂现械乃质軣嵴舭l(fā)汽化（生物質(zhì)顆粒燃料中的水分在100℃左右就會很快蒸發(fā)），從燃料中逸出。這一過程即是生物質(zhì)的干燥過程，木屑顆粒機(jī)壓制的顆粒燃料如下圖所示：     隨著溫度的不斷升高，生物質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行揮發(fā)熱解過程，研究表明生物質(zhì)顆粒燃料在150～800℃都有熱解揮發(fā)分析出。揮發(fā)分的析出可以分成三個明顯的階段。在低于280℃的溫度范圍內(nèi)有一個明顯的失重過程，它完成了生物質(zhì)的半纖維素（羧基、羰基）等低分子質(zhì)量物質(zhì)的分解，放出大量的H₂0、C0₂與CO，到達(dá)著火溫度后，氣態(tài)的揮發(fā)分和周圍高溫空氣摻混首先被引燃而燃燒。在這種火焰溫度的影響下，加快了燃料中纖維素的熱分解過程，為280～500℃，纖維素快速熱解，出現(xiàn)第一個反應(yīng)速率的峰值，生成了大量氣體而炭的生成量較少，在此溫度區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了一個迅速失重過程。木質(zhì)素的熱解速率在400℃以后出現(xiàn)峰值，因此在此溫度段所發(fā)生的熱解是以上幾種組成成分熱解疊加的結(jié)果；在熱解溫度高于500℃時，半纖維素及纖維素的熱分解基本結(jié)束，而木質(zhì)素較難熱解，其熱解幾乎跨越整個熱解過程，因此溫度超過500℃時以木質(zhì)素的熱解為主，生成了H₂、CH₄與較多的炭。一般情況下，此階段主要是揮發(fā)分在燃燒，其發(fā)熱量占到生物質(zhì)熱值的70%，焦炭被揮發(fā)分包圍著，燃燒室中氧氣不易滲透到焦炭表面，但是，氣流運(yùn)動會將一部分炭粒裹人煙道，形成黑絮，所以，通風(fēng)過強(qiáng)會降低燃燒效率。
    這提示我們，設(shè)計(jì)生物質(zhì)燃爐的核心技術(shù)應(yīng)是揮發(fā)分充分析出的時間和空間設(shè)計(jì)。使其在低溫時析出，在高溫段燃燒。這是解決沉積和結(jié)渣問題的理淪基礎(chǔ)。
    3)過渡階段
    隨后，燃料的溫度進(jìn)一步增高。纖維素的熱分解速率急速下降，此時揮發(fā)分物質(zhì)仍能保持燃燒火焰。木質(zhì)素由于高溫碳化，并通過氧化作用表面開始著火，生成炙熱火焰，以較慢的速率燃燒，此時出現(xiàn)氣相和固相兩種燃燒狀態(tài)并存的現(xiàn)象，直到燃料中的揮發(fā)分物質(zhì)分解完畢，氣相火焰熄滅。
    4)焦炭燃燒
    當(dāng)揮發(fā)分的燃燒快要終了時，焦炭及其周圍溫度已很高，空氣中的氧氣也有可能接觸到焦炭表面，焦炭開始燃燒，并不斷產(chǎn)生灰燼，燃料中的木質(zhì)素已全部碳化，表面生成炙熱的火焰，燃燒反應(yīng)速率加快，并出現(xiàn)第二次反應(yīng)速率峰值，然后燃燒速率變慢，表面炙熱火焰由紅變暗，逐漸消失。但是，焦炭燃燒受到灰燼包裹和空氣滲透較難影響，阻礙了焦炭的燃燒，造成灰燼中殘留余炭。
    從上述說明可以看出，產(chǎn)生火焰的燃燒過程為兩個階級：即揮發(fā)分析出燃燒和焦炭燃燒。
    綜上所述，生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中具有以下幾個特點(diǎn)。
    (1)生物質(zhì)燃料的密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，揮發(fā)分含量高。在150℃時，熱分解開始，350℃時揮發(fā)分能析出80%。達(dá)到著火溫度時，開始燃燒，揮發(fā)分的燃燒主要在爐膛的稀相區(qū)進(jìn)行。由于揮發(fā)分析出時間比較短，此時若空氣供應(yīng)不當(dāng)，揮發(fā)分不能燃燼而排出，排煙為黑色，嚴(yán)重時為濃黃色煙。所以在設(shè)計(jì)生物質(zhì)燃燒設(shè)備時，燃燒室必須有足夠的容積，以便有一定的燃燒空間和燃燒時間。
    (2)幾種生物質(zhì)的差熱曲線可以發(fā)現(xiàn)：生物質(zhì)燃料在著火以前，為吸熱反應(yīng)，吸收的熱量稱為預(yù)燃熱，它包括水分的蒸發(fā)潛熱、低溫餾分物質(zhì)熱分解及其產(chǎn)物加熱到達(dá)著火溫度所需要的熱量；到著火溫度以后，先后進(jìn)行了氣相和固相燃燒，為放熱反應(yīng)。
    (3)存在兩個放熱峰值，兩個反應(yīng)速率峰值。燃料的揮發(fā)分物質(zhì)主要是纖維素的熱分解產(chǎn)物，燃燒形成第一個放熱峰，由于熱值比較低，形成的放熱峰面積較小；焦炭的燃燒形成第二個放熱峰，由于熱值比較高，形成的放熱峰面積比較大。在280～500℃，纖維素快速熱解，出現(xiàn)第一個反應(yīng)速率的峰值，當(dāng)燃料中的木質(zhì)素已全部碳化，表面生成炙熱的火焰，燃燒反應(yīng)速率加快，并出現(xiàn)第二次反應(yīng)速率峰值。
(4)生物質(zhì)燃料中的揮發(fā)分物質(zhì)，其熱分解燃燒速率大于碳化物質(zhì)的固相燃燒速率。
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