劉凌志

摘 要：近年來化石能源的價格呈現(xiàn)出了一種持續(xù)增長的態(tài)勢，相比較而言以農(nóng)作物秸稈作為燃料的生物爐，不僅經(jīng)濟(jì)而且還符合了國家對環(huán)境保護(hù)的要求，受到了人們的普遍喜愛。本文主要對生物質(zhì)燃料的特性與爐具設(shè)計作了簡要的分析。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃料；特性；爐具設(shè)計

中圖分類號：TK6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

隨著化石能源的不斷開采，化石能源已經(jīng)接近枯竭的狀態(tài)，另外，化石能源的價格高并且對環(huán)境的污染較為嚴(yán)重，因此，可再生能源的開發(fā)與利用就顯得非常迫切，生物質(zhì)能源作為可再生能源的重要組成部分，受到了各界人士的關(guān)注[1]。我們所說的生物質(zhì)燃料主要是指農(nóng)作物秸稈，它通過直燃式生物質(zhì)爐具進(jìn)行采暖。這種新興的采暖方式極大地提高了人們的生活質(zhì)量，推動了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國的生物質(zhì)能源非常豐富，對我國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了保障.下面具體的介紹一下生物質(zhì)燃料特性與爐具設(shè)計。

1生物質(zhì)燃料

生物質(zhì)爐在設(shè)計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)、分解析和焦炭的燃燒幾個階段。生物質(zhì)燃料被引燃后，其表面溫度會隨著燃燒慢慢升高，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[2]。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。這個時候，揮發(fā)物會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，焦炭在這個時候不易燃燒，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，焦炭才可以燃燒。在焦炭慢慢燃燒的過程中，燃燒產(chǎn)生的灰分會再次包裹燃燒剩余的焦炭，進(jìn)而影響著焦炭的燃燒，這時需要對其進(jìn)行攪動或者對生物質(zhì)爐進(jìn)行通風(fēng)，以使剩余的焦炭更好的燃燒，灰渣中會產(chǎn)生余碳。

2對直燃式生物質(zhì)炊事采暖爐的設(shè)計

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。

2.1 二次進(jìn)風(fēng)口的設(shè)計

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?，這種碳?xì)浠衔锏姆肿颖容^低，在溫度達(dá)到250度時就可以進(jìn)行熱分解，在325度時熱分解就相當(dāng)?shù)幕钴S，達(dá)到350度時，揮發(fā)份就能析出將近80%，揮發(fā)份的析出燃燒時間不長，只占了總?cè)紵龝r間的10%[3]。所以，如果對其的空氣供應(yīng)不足就會使揮發(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)計的時候，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)計二次進(jìn)風(fēng)口，確?？諝獾某渥悖瑤椭鷵]發(fā)份的燃燒。

2.2 延長煙道燃燒回程的辦法

對生物質(zhì)爐的煙道進(jìn)行設(shè)計時，要盡量延長煙道的燃燒回程，這主要是因為揮發(fā)份析出量過大但是燃燒時間卻很短的緣故，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間和空間，進(jìn)而使生物質(zhì)燃料得到充分的利用。目前運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。

2.3 一次進(jìn)風(fēng)口的設(shè)計

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)燃料燃燒時可以適當(dāng)?shù)臏p少空氣量的供給[4]。另一方面，當(dāng)揮發(fā)份被慢慢的析出并且燃燒殆盡后，會產(chǎn)生焦炭，這種焦炭是一種較為疏松的狀態(tài)存在的，經(jīng)由氣流運動部分的炭粒被送入到煙道中，并在煙道中蓄積成黑絮，這個時候如果通風(fēng)太過會妨礙燃料的燃燒，所以，在對生物質(zhì)爐具進(jìn)行設(shè)計時，要將一次進(jìn)風(fēng)口設(shè)計小點。

2.4 水套的設(shè)計

在對煙道的水套進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該盡量設(shè)計大面積的水套，這是因為揮發(fā)份在燃燒時會造成煙道內(nèi)部的溫度升高，因此，大面積的水套會使生物質(zhì)爐的取暖效果更好。

2.5 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的向爐內(nèi)填料，而致密成型設(shè)備在燃燒過程的應(yīng)用，會把結(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，還使燃料的存儲和運輸更加的便利。

2.6 防止燃燒結(jié)焦現(xiàn)象出現(xiàn)的辦法

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。

3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，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。通過對生物質(zhì)燃料特性的介紹以及對設(shè)計生物質(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)而推動我國經(jīng)濟(jì)的迅速健康的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉圣勇，連瑞瑞，王曉東等.制冷炊事兼用生物質(zhì)成型燃料爐具的設(shè)計[C].//全國農(nóng)村清潔能源與低碳技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集.2011：315-319.

[2] 范欣欣，呂子安，李定凱等.生物質(zhì)顆粒燃料炊事爐的性能[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（2）：280-284.

[3] 郭聰穎.基于ANSYS CFX生物質(zhì)半氣化爐的試驗研究及模擬[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[4] 唐國勇.生物質(zhì)直燃鍋爐技術(shù)的應(yīng)用及相關(guān)問題研討[C].//2012工業(yè)鍋爐行業(yè)節(jié)能減排新產(chǎn)品、新技術(shù)研討與推廣會論文集.2012：80-88.