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生物质颗粒燃烧器燃料适应性试验

摘要：为深入研究生物质颗粒燃料的燃烧特性，探讨自动燃烧器的燃料适应性，该文基于PB-20型生物质颗粒燃烧器，选择了5种灰分小于25%（空气干燥基）的颗粒燃料，分别研究了燃烧工况中进料量和空气量对燃烧性能的影响。试验结果表明灰分含量大于20%的颗粒燃料燃烧不充分，工况不稳定，效率低，结渣大，易熄火，不适用于此类生物质颗粒燃烧器；灰分含量为12.40%的颗粒燃料推荐参数为进料量4kg/h，风机转速2600～2800r/min，清渣速度为3r/min，转5s/停35s；灰分在7.21%的颗粒燃料推荐控制参数为进料量3～4kg/h，风机转速2600～2800r/min，清渣速度相对应为3r/min，转5s/停60～55s；灰分值低于1%的颗粒燃料均以进料量3～4kg/h，风机转速2600～2800r/min，不需清渣为推荐参数。该研究总结了生物质颗粒燃烧器的燃料适用控制参数，为燃烧器的推广应用提供了数据支持。

引言

生物质能具有环境友好和可再生的双重属性，其中，生物质固体成型燃料取之于农林废弃物，燃烧特性明显改善，成为生物质能的主要利用方向之一[1-5]。

生物质颗粒燃料作为一种典型的生物质固体成型燃料，直径小于25mm，体积只有压缩前的1/8～1/6，且体积和质量较为均匀，流动性较强。燃烧使用过程中，点火容易，燃烧高效，易于自动控制，且CO2零排放，SO2低排放[6-10]。

生物质颗粒燃料燃烧器是一种典型的燃烧生物质颗粒的设备，在日本及欧洲一些国家应用比较成熟，已经实现产业化经营[11-14]。

国外的颗粒燃料以木质为主，种类单一[15]。但是中国生物质颗粒燃料原料种类多样化[16]，理化特性差异大，不同颗粒燃料的燃烧特性有所不同，使得生物质颗粒燃料燃烧器的燃料适应性不佳，造成生物质颗粒燃料燃烧器使用范围不广等问题。

目前，国内生物质颗粒燃料燃烧方面的文献多为研究颗粒燃料本身的燃烧特性，王惺等[17]、王翠苹等[18]利用热重分析技术研究了多种生物质颗粒的点火及燃烬特性，苏俊林等[19]重点研究了玉米秸秆颗粒的热工特性，罗娟等[20]研究了生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性，侯中兰等[21]、袁海荣等[22]研究了点火的影响因素，徐飞等[23]研究了生物质颗粒燃料的热风点火性能，总结了最佳点火控制条件。

由于农作物秸秆具有周期性，为保证周年生产，一般采取原料来源多元化的方式，而同一地区不同种类的秸秆其特性差异较大[24]，造成同一燃烧设备需要适应多种生物质燃料。但是，设备制造后，一般难以调整。因此，需要针对生物质燃料燃烧设备的燃料适应性方面开展研究，明确运行工况。

罗娟等[20]、姚宗路等[25]的文章中均指出颗粒燃料的灰熔融点、灰分值对燃烧的结渣情况等有影响，同时，实际燃烧中，发现不同灰含量的生物质颗粒燃料的燃烧状态有很大不同。因此，本文将灰分值作为选择燃料的主要依据，探讨不同灰分的颗粒燃料的适应性。

本文拟基于农业部规划设计研究院研制的PB-20型生物质颗粒燃料燃烧器[26-28]，使用多种不同灰分的生物质颗粒燃料，选取不同进料量，不同风机转速，测试燃烧器的热工性能，分析生物质颗粒燃料燃烧的效率变化以及其成因，得出适用于15～25kW生物质颗粒燃料燃烧器的燃料最佳匹配进料和进风，为今后生物质颗粒燃烧设备的推广研究提供数据支持。

1原料及试验设备

1.1试验原料

本试验所用的生物质颗粒燃料依据燃料灰分值介于0～25%之间依次选择了秸秆和木质共5种。所有颗粒燃料均采用环模成型工艺[2,29]，基本外形尺寸为直径6～8mm，长度10～30mm，颗粒密度约为1.2～1.8g/cm3。5种生物质颗粒燃料的工业分析、元素分析以及热值见表1。其中，颗粒1的灰份偏高，为24.41%，主要原因可能为收获和加工过程混入土壤等杂质。

1.2试验装置及平台

1.2.1试验仪器及装置

试验仪器：GJ-2封装式化验制样粉碎机（河南省天弘仪器有限公司）、6100氧弹热量计（Parr公司）、SA223S-CW型分析天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）、101-1A型电热鼓风干燥箱（河南省天弘仪器有限公司）、XL-1箱型高温炉（河南省天弘仪器有限公司）、2400SeriesⅡCHNS/O元素分析仪（PE公司）、3012H型烟尘/烟气分析仪（青岛崂山应用技术研究所）、KM9106烟气分析仪（英国凯恩公司）、6mm孔径筛（安平分样筛厂）、热电偶（0～1200℃，定做）。

试验装置：农业部规划设计研究院研究制作的PB-20型生物质颗粒燃烧器[26-28]，设计热功率为15～25kW，点火丝300W，风机25W，进料电机25W，清渣电机15