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影响生物质炉具热效率和排放的因素分析
发布时间：2013-06-08 07:44 来源：未知
生物质燃烧过程非常复杂，描述了影响炉具污染物排放量和效率的因素，下面简要介绍这些影响因素。
(1)传热机理：热量通过传导，对流和辐射三种方式传递。通过优化影响传热机理的直接因素，可以降低不完全燃烧所产生的污染物排放量和燃烧室的热损失，为了达到较高的热效率，需在燃烧室和烟囱进口之间建立有效的热交换。生物质炉释放的热量可以直接传递到周围环境，或用于炊事。
(2)贮热：在设备启动阶段，燃烧室的炉墙吸收燃烧室释放出的热量，炉墙内可以聚积大量的热量。对于小型生物质炉，由于本身的功率较小，贮热对燃烧装置的影响更大，会明显延迟一段时间，然后将热量释放到周围环境，之后才会正常燃烧。所以，设备启动阶段通常出现不完全燃烧现象，污染物的排放量也比较高。
(3)保温：热量可以通过燃烧室炉墙来传导。因此，如果提高燃烧室的保温能力，将达到较高的燃烧温度。这就需要增加保温层厚度或采用更佳性能的保温材料来实现。但保温层将占用一定的空间且需要额外费用，应综合考虑使用。对于小型生物质燃烧设备，为了维持足够的燃烧温度，通常需要采取一定的保温措施, 富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
(4)过量空气系数：小型生物质燃烧设备的过量空气系数最好大于1，通常大于1.5，以保证助燃空气与可燃气的充分混合，并保证有足够的过剩氧气。但由于空气中含有大量的惰性气体氮，与化学计量燃烧温度相比，实际燃烧温度大幅降低。因此，空气与燃料的良好混合相当重要，燃烧设备在较低的过量空气系数下运行，将有效的提高燃烧温度。空气进口的优化设计和先进的过程控制是非常必要的，可保证在较低的过量空气系数下空气与燃料的充分混合。所以在大型生物质燃烧系统中，空气控制设备是必不可少的，而对于小型生物质燃烧设备，先进的过程控制系统则过于昂贵。
(5)燃料种类：不同种类燃料的不同特性影响着燃烧过程，其中主要影响因素为燃料组成，挥发分和固定碳含量，热性能，密度孔隙率，尺寸和活性表面等。燃料组分对发热量和污染物排放相当重要，即使是完全燃烧也存在污染物排放和灰分问题。在批量燃烧设备中，燃料组分随燃尽程度不同而持续发生变化。于煤相比，生物质通常挥发分含量较高，固定碳含量较低，属于高活性燃料。但不同生物质燃料的挥发分含量不同，这影响燃料的热性能。各种生物质燃料的不同化学结构和结合键也影响燃料的热性能，表现为挥发分析出规律明显木同。木材具有相似的热性能，但不同生物质燃料的密度有较大的不同。密度不同，除了影响单位燃烧室容积，同时也影响燃料燃烧特性。孔隙率影响燃料的反应性（单位时间质量损失），和挥发分的析出速度。在生物质燃烧系统中，燃料尺寸是一个很重要的因素。提高燃料的均匀度，可以更好的控制燃烧过程。燃料的活性表面积也影响燃料的反应性。
(6)燃料负载：批量燃料时，燃料负载影响单位燃烧室容积。燃料消耗率降低到额定负载以下，将造成燃料不完全燃烧，出现污染物，热效率和运行情况也都会受到严重问题。在小型生物质燃烧设备中，当燃料消耗率降低至额定负载以下，不完全燃烧所引起的污染物排放量将按指数规律增加。
(7)含水量：含水量以函数关系随燃尽程度不断变化。水分在挥发分析出阶段开始蒸发，含水量随燃尽程度发生变化。因此，燃烧过程中含水量及其负面效应在挥发分析出的早期阶段出现，并且由不完全燃烧引起高污染物排放量。
(8)燃烧温度：在燃料燃烧的过程中，燃料的含水量和燃料组分随燃尽程度不断变化，这将影响绝热火焰温度。当过量空气系数恒定时，绝热火焰温度将随燃尽程度增加而升高。然而，生物质燃料中的木炭与挥发分相比，活性较低，燃料消耗率和需氧量将低得多。因为通常难以有效地控制固定碳燃烧阶段时空气供给量，特别是采取自然通风时更是难以控制，此时过量空气系数将非常高。较低的燃料消耗率，可能使燃烧室温度低于完全燃烧所需的温度。另外，固定碳含量较高，其高位发热量将在某种程度上补偿其燃烧阶段的低燃烧消耗率。完全燃烧所需的滞留时间受燃烧温度直接影响，某种程度上也直接受混合时间影响。
(9)通风：分为强制通风和自然两种形式。强制通风常用于大型生物质燃烧系统，通过风扇或鼓风机控制空气供给量，强制通风也广泛应用于小型生物质燃烧设备。对于炊事炉，壁炉，自然通风是最常见的方式，但这减少了控制燃烧过程的可能，将导致不完全燃烧，从而引起污染物排放量的提高。
(10)设计：根据以上因素可知，燃烧系统的设计对燃烧过程影响很大，这主要包括燃烧室结构和运行原理，原材料选择和可能的过程控制等。原材料主要通过热容量，密度，厚度，隔热性能和表面性质等影响燃烧室温度，对于小型生物质燃烧设备，要重点注意传导和辐射。
(11)热交换：一般在烟气到达烟囱之前使用不同的热交换器。为了控制热交换，必须采用被动或主动式过程控制系统。被动系统通过自动的构造原理控制热交换，如辐射屏蔽。主动系统采用过程控制变量，如控制给水量。对于不同的燃烧时间，由于燃烧室温度不断变化，相对于连续燃烧，热效率较低。
(12)分级供风：采用分级供风燃烧技术，将热解与气相燃烧阶段分离，使同时减少不完全燃烧产生的污染物和脱硝成为可能。使可燃气体与二次空气混合，可以减少所需空气量，降低了局部和整体过量空气系数，提高燃烧温度。改进空气和燃料的混合，可以提高生物质的燃烧温度，加速生物质的反应速度，减少燃料与空气混合所需时间，并减少不完全燃烧产生的污染物。
(13)配风：有效的配风对于减少不完全燃烧和氮氧化物是非常重要的，燃烧室和火焰区的一次空气和二次空气，影响空气和燃料的混合质量，滞留时间和完全燃烧所需燃烧温度。
(14)进料：任何批量燃烧系统都比连续的燃烧过程难以控制，因为连续的进料方式减少了开始和固定碳燃烧阶段的负面效应。在燃烧室内分配燃料，增加有效表面积，可以提高燃烧过程的反应能力。
(15)辐射屏蔽：降低小型生物质燃烧设备表面温度的一个方法就是运用辐射屏蔽技术。降低表面温度可以减少烧伤的危险和对防火墙的要求。
(16)调节：小型生物质燃烧设备的主要缺点之一就是调节燃烧过程的能力有限。通过使用高效燃烧过程控制系统，可以将污染物排放量降到最低，同时提高热效率。燃烧过程控制系统大多以烟气中某种化合物或烟气温度为测试基准，配有改变燃烧过程所需信息的过程控制器，以改变进入燃烧室的空气量和配风方式等。然而，在小型生物质燃烧设备使用燃烧过程控制设备，通常过于昂贵。
从上可以看出，燃烧过程，污染物排放和热效率受多方面因素的影响，在小型生物质燃烧设备中，由于燃烧过程复杂和成本控制等原因，限制了燃烧过程的控制。
