生物質(zhì)顆粒的燃燒是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，涉及多個(gè)階段，以下從整體過程及各階段特點(diǎn)展開介紹：
整體燃燒過程概述
生物質(zhì)顆粒的燃燒過程主要可分為干燥、熱解、揮發(fā)分燃燒和固定碳燃燒四個(gè)階段，這些階段相互關(guān)聯(lián)、依次進(jìn)行，共同完成整個(gè)燃燒過程。
各燃燒階段詳解
干燥階段
- 過程描述：當(dāng)生物質(zhì)顆粒被送入燃燒設(shè)備后，首先吸收熱量，顆粒表面的水分開始蒸發(fā)。隨著溫度升高，顆粒內(nèi)部的水分逐漸向表面擴(kuò)散并蒸發(fā)。這個(gè)過程會(huì)消耗一定的熱量，使顆粒溫度上升速度減緩。
- 影響因素：干燥速度取決于燃燒設(shè)備的溫度、空氣流動(dòng)速度以及生物質(zhì)顆粒的初始含水率。例如，在高溫、通風(fēng)良好的環(huán)境中，干燥過程會(huì)更快完成；而初始含水率高的生物質(zhì)顆粒需要吸收更多的熱量來蒸發(fā)水分，干燥時(shí)間也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)。
熱解階段
- 過程描述：當(dāng)生物質(zhì)顆粒溫度升高到一定程度（一般在200 - 300℃）時(shí)，開始發(fā)生熱解反應(yīng)。熱解是指生物質(zhì)在無氧或缺氧條件下受熱分解的過程，此時(shí)顆粒中的大分子有機(jī)物（如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）分解為小分子的氣體、液體和固體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物主要包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氫氣等可燃性氣體；液體產(chǎn)物是焦油，它是一種復(fù)雜的有機(jī)混合物；固體產(chǎn)物則是焦炭，主要由固定碳和灰分組成。
- 影響因素：熱解反應(yīng)的速度和產(chǎn)物分布受溫度、加熱速率和生物質(zhì)種類的影響。高溫和快速加熱有利于產(chǎn)生更多的可燃性氣體，而低溫慢速加熱則可能使焦油的產(chǎn)量增加。
揮發(fā)分燃燒階段
- 過程描述：熱解產(chǎn)生的可燃性氣體和焦油蒸汽與空氣中的氧氣混合，當(dāng)溫度達(dá)到著火點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，即揮發(fā)分燃燒。這個(gè)階段燃燒速度快，火焰明亮，釋放出大量的熱量。揮發(fā)分燃燒是生物質(zhì)顆粒燃燒過程中釋放熱量最多的階段，對(duì)燃燒設(shè)備的溫度和燃燒效率有重要影響。
- 影響因素：揮發(fā)分的燃燒效果取決于空氣與揮發(fā)分的混合程度、氧氣濃度和溫度。良好的混合和充足的氧氣供應(yīng)可以保證揮發(fā)分充分燃燒，提高燃燒效率；反之，如果混合不均勻或氧氣不足，會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)分不完全燃燒，產(chǎn)生黑煙和一氧化碳等污染物。
固定碳燃燒階段
- 過程描述：隨著揮發(fā)分的燃燒和釋放，生物質(zhì)顆粒逐漸變成多孔的焦炭結(jié)構(gòu)。焦炭中的固定碳繼續(xù)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行表面燃燒。固定碳燃燒速度相對(duì)較慢，燃燒溫度較高，是維持燃燒過程穩(wěn)定進(jìn)行的重要階段。
- 影響因素：固定碳的燃燒速度受顆粒大小、孔隙結(jié)構(gòu)和氧氣擴(kuò)散速率的影響。顆粒越小，比表面積越大，氧氣與固定碳的接觸面積就越大，燃燒速度越快；孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的焦炭有利于氧氣的擴(kuò)散，也能促進(jìn)固定碳的燃燒。
燃燒過程的外部條件影響
- 空氣供應(yīng)：充足的空氣供應(yīng)是保證生物質(zhì)顆粒充分燃燒的關(guān)鍵。如果空氣供應(yīng)不足，會(huì)導(dǎo)致燃燒不完全，產(chǎn)生一氧化碳、碳?xì)浠衔锏任廴疚�，同時(shí)降低燃燒效率；而空氣供應(yīng)過量，則會(huì)使?fàn)t膛溫度降低，增加排煙熱損失。因此，需要根據(jù)生物質(zhì)顆粒的特性和燃燒設(shè)備的要求，合理控制空氣供應(yīng)量。
- 溫度：溫度對(duì)生物質(zhì)顆粒的燃燒過程有重要影響。較高的溫度可以加速干燥、熱解和燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，提高燃燒效率；但溫度過高可能會(huì)導(dǎo)致灰分熔融，形成結(jié)渣，影響燃燒設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，需要合理控制燃燒溫度，避免出現(xiàn)結(jié)渣等問題。
- 湍流強(qiáng)度：適當(dāng)?shù)耐牧鲝?qiáng)度可以促進(jìn)空氣與生物質(zhì)顆粒和揮發(fā)分的混合，提高燃燒效率。在燃燒設(shè)備中，可以通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如設(shè)置擾流裝置）來增強(qiáng)湍流強(qiáng)度，使燃燒更加充分。
