点击图片查看原图
（内容简介]对热设备进行堋平衡计算可以评价热设备热力学过程的完善程度。生物质颗粒燃料燃烧过程是极强的不可逆过程，生物质颗粒燃料燃烧过程的炯损在焖平衡计算中占有很重要的地位。本文主要介绍生物质颗粒燃料燃烧前后的炯值及燃烧过程炯损的计算法，通过讨论燃烧模型，着重介绍绝热燃烧过程炯损计算法。根据本文提供的公式及计算方法，可以进行各种生物质颗粒燃料燃烧过程的炯损计算。本文还介绍了I-S图解法计算燃烧过程蝴损的方法．这种计算方法，对于种类及成份比较稳定的热设备是十分方便的。
1 生物质颗粒燃料燃烧过程的娴
对加热炉进行热平天用及炯平衡计算指．出fl，，生物质颗粒燃料燃烧过程不可逆煳损失占炯支出的30.86%,而热支出中烟气所带走的34.6%的热损失，在炯平衡中只占堋支曲的17.79%，而且燃烧过程的J，甩损在热平衡中是反映不出来的。可以明显地看出，生物质颗粒燃料燃烧过程的炯及炯损计算在炯平衡中的重要性。
首先讨论一下生物质颗粒燃料燃烧前后的峡用值及其基本计算方法。生物质颗粒燃料在燃烧前有化学炯（燃烧后部份转换为生物质颗粒燃料产物的熘炯，--湖5份因不可逆而造成炯损）。如果生物质颗粒燃料预热到一定温度时，则生物质颗粒燃料具有熘炯，一般用燃烧后的废气进行顸热，所以生物质颗粒燃料的古畲炯来自燃料的化学炯。若生物质颗粒燃料具有一定的压力，因压力要作功生物质颗粒燃料还具有压力炯，空气预热时同样要计入女隹炯，这些就是燃烧过程前的炯收入。燃烧后产生高温废气，这种高温废气所具有的女召炯就是炯支出。燃烧过程由于反应
前后成份不同，理应计算成份变化的煳，但因其数值相对而言比较小，故可忽略。
生物质颗粒燃料的化学炯依生物质颗粒燃料种类而异。在工程上常采用一些比较方便的实用公式。式(1)就是常采用的公式
EF =∑Xi EFj+R To∑Xi InXi ( 1)
式中 Xi-可燃组分的模尔分数；
E Fi-可燃组分的化学炯， (见
表1)；
R——混合气体生物质颗粒燃料单位体积的气体.
常数；
To-环境温度。
从公式(1)可看出计算炯值与计算发热值一样服从相加原理，公式右边第二项是考虑到生物质颗粒燃料混合炯值有所减低。因求Xi往往IJL 1小，所以第二项常为负值，在实际计算中忽略此项也无关大局。
最简单的计算式是朗特( Rant)近似式‘2’
燃烧产物的Z含炯及空气（有时还有气体生物质颗粒燃料）预热到一定温度时的t含煳，按常用的女含炯计算式：
E产(I-I.)(1_TT T01.To) (2)
式中 El——佣值，
I、I。——对应于物质温度及环境温
度的舶；
T、Ta-物质及环境温度。
环境温庋在计算舶及炯时常取273K，、《四川_冶金：》
-77-
表1 单一生物质颗粒燃料的发热值及化学炯
┏━━┳━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┓
┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 化学炯 ┃
┃ ┃ 生物质颗粒燃料 ┃ ┃ Qs ┃ EF ┃
┃ ┃ ┃高发热值 ┃低发热值 ┃ ┃
┃ ┃ ┃ QH ┃ ┃ ┃
┣━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫
┃ ┃ ┃千焦／ ┃干焦／ ┃ 干焦／ ┃
┃ ┃ 单位 ┃标米3 ┃标米3 ┃ 标米3 ┃
┃ ┣━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫
┃ ┃H2 . ┃ 12 760 ┃ 10 740 ┃10580 ┃
┃气 ┃CO ┃12630 ┃ 126 30 ┃11480 ┃
┃ ┃CH4 ┃39710 ┃35670 ┃36480 ┃
┃ ┃CzHz ┃57950 ┃55930 ┃55090 ┃
┃ ┃C3H4 ┃62510 ┃5'8470 ┃58950 ┃
┃ ┃C2He ┃69530 ┃63480 ┃65420 ┃
┃体 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃C3He ┃ 918 70 ┃85820 ┃87350 ┃
┃ ┃C3H8 ┃ 9 9100 ┃ 910 30 ┃94110 ┃
┃ ┃C4HIO ┃128480 ┃118400 ┃122650 ┃
┗━━┻━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┛
┏━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━┓
┃ ┃ ┃千焦／ ┃干焦／ ┃ 千焦／ ┃
┃ ┃ 单位’ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ ┃ 千克 ┃ 千克 ┃ 千克 ┃
┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━┫
┃ ┃CsHio ┃46900 ┃43680 ┃45900 ┃
┃ ┃C6H12 ┃48760 ┃45000 ┃47060 ┃
┃液 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃CoHe ┃41960 ┃40220 ┃41120 ┃
┃ ┃CaHiz ┃46800 ┃43580 ┃45580 ┃
┃ ┃C8H12 ┃46610 ┃43380 ┃45380 ┃
┃ ┃COH14 ┃49060 ┃.44550 ┃46580 ┃
┃ ┃C7H8 ┃42520 ┃40550 ┃41590 ┃
┃体 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ ┃4810 0 ┃44500 ┃46630 ┃
┃ ┃C8H10 ┃4 3170 ┃ 4.10 4 0 ┃42320 ┃
┃ ┃C8Hie ┃49410 ┃45840 ┃47890 ┃
┣━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━┫
┃ ┃ ┃干焦／ ┃干焦／ ┃ 干焦／ ┃
┃固 ┃ 单位 ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ ┃ 千克 ┃ 千克 ┃ 千克 ┃
┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━┫
┃ ┃ C ┃ 33910 ┃ 33910 ┃ 33980 ┃
┃体 ┃ S ┃ 9250 ┃ 9250 ┃ 9350 ┃
┗━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━┛
茌生物质颗粒燃料及空气预热时，T是预热温度。在计算燃烧产物的炯值时，T就是燃烧温度，此时，T的计算问题就要牵涉到燃烧滇型了。
2 生物质颗粒燃料燃烧模型(4)
生物质颗粒燃料燃烧是极其复杂的物理化学过程，伴随着燃烧反应同时进行放热及热传输。热传输又包括高温体以热传导、热对流及热辐射向低温体的传热。燃烧反应机理相当复杂，且依生物质颗粒燃料是固体、液体凝或气体而异。这就使得讨论和计算生物质颗粒燃料燃烧过程的炯及J损失是很困难的。
将生物质颗粒燃料燃烧过程模型化，对问题的讨论将会简化
2.1燃烧的一般模型
燃烧反应的一般模型是这样考虑的：燃料与空气反应形成火焰，火焰中反应继续进行，在达到最高温度Tf以前热支出qi; 火焰中存在温度分布且以辐射方式向外传热，此项热支出记)Jq2;过程基本终了时燃烧产物的温度Tc，从Tc到Tg为单纯的传热过程，热传递量记为q3。该模型从燃烧工程学的角度看是过于简单化了。但是从炯计算出发认为它还是太复杂了。问题发生在Tf到Tc这个f孓闸。该区间温度是变化的，而且是火焰行捏的函数。要计算炯值必须知道温度务布。火焰的成份分布及热流分布而进行积分。确定这些参数是困难的，理沦计算并非不可能，然而太复杂了，对工程实用计算不方便，因此必须将模型进一步简化为绝热燃烧模型。
2.2绝热燃烧模型
绝热燃烧模型是理想的、极端化的模
此模型认为生物质颗粒燃料与空气在理想条件下快速完成燃烧反应。由于反应极快，可认为在生成温度为Tad绝热燃烧产物以前，没有热支出（损失），故称为绝热燃烧。这样就可以很方便地计算出T。d温度下绝热燃烧产物的炯值，将其与炯收入相比很容易算出燃烧过程的炯损。从T。d到Tg之间为向被加热的传热过程，可计算传热不可逆炯损，但不在本文讨论之例。
现着重讨论一下Tad的问题。
假定燃烧的条件是供给充足的空气，从而达到完全燃烧， 则生成的燃烧产物为C02、H20、Nz、0 2。众所周知，在燃烧过程中， 火焰内生成OH、O、及H等活化分子，COz及Hz0要热分解（C02 <-;CO+-}O。，H。o三二；H2+ 10。），有氮化物形成（Nz+0z*}2NO）等。这些反应为吸热反应。由于吸热反应产生，燃烧温度将降低。在绝热燃烧模型中，考虑了吸热反应后的绝热燃烧温度叫绝热平衡燃烧温度，如果不考虑这些吸热反应叫绝热理论燃烧温其理由是：
(1)要确定绝热平衡燃烧温度，必须确定平衡气体的成份，为此要通过逼近法解非线性方程，需要做出大量的计算，对于普及炯的计算不利。
(2)在假定绝热平衡燃烧时，因冷却而变成烟道废气前，由吸热反应而分解出的成份又会重新生成CO。、Hz0等物质，使得从T。d到Tg的变化过程，不单纯是热传递过程，造成炯损计算复杂化。
绝热理论燃烧温度与纶热平衡燃烧温度之差，在不同过剩空气条件下，其数值不同。图3绘出了CH,在一大气压，250c条件下燃烧不同过剩空气系数时的两种温度曲线。从图中可以看出在n=l．O时两者相差
1绝热理论燃烧温度，2绝热平衡燃烧温度
图3 甲烷的燃烧温度曲线100K,随随n的增加差值减小， 当n增加到1.3时，差值仅10K左右，两者十分接近。因此，在一般冶金热工过程中应用绝热理论燃烧温度代替绝热平衡燃烧温度不会造成很大误差。
计算绝热理论燃烧温度可根据女台平衡法，即
生物质颗粒燃料的炸+空气的i台=燃烧产物的舶
(3)
此外，对于不可能在瞬间达到完全燃烧的情况下，可以用恒温（定温）燃烧模型。示于图4。因为实际应用较少不多赘述。
娜收入生物质颗粒燃料的化学炯( EF)及生物质颗粒燃料（气
3 燃烧过程焖损计算
这项计算比较简单。化学炯可根据生物质颗粒燃料种类用式(1)计算，也可用朗特公式或一些统计公式计算‘㈧。预热的炸炯(E-)在已知预热温度时可算出该温度下的女台(I)，
从计算中可以看到，当生物质颗粒燃料供给热设备加热时在未进行热交换时巳损失了生物质颗粒燃料有效能的42.45%（或22.5%）。这项损失在热平衡中．是无法发现和计算的。燃烧过程J分析的意义正在于此。
3.2用炸一熵图（I-S图）进行计算。
这种方法是图解法。图解法作图过程比较复杂，但是一旦将图作好，则可以根据发热值、燃烧过程开始状态、过剩空气系数及空气预热温度、燃烧产物状恋等很方便地查出燃烧不可逆炯损百分率。 ．
冈5是一个实际用图。用图中A点表示生物质颗粒燃料的炸（低发热值）。空气的I-S线根据空气预热温度与炜及)m关系作出。从A点出发在空气I-S线上找到空气预热温度（比如B点）就是燃烧开始时的状态点。从B点做水平线即等焰线与燃烧产物的I-S线交于D点。由D点做垂线与无效能直线CE交于百分率。若测得实际燃烧温度，DW可在燃烧产物I-S曲线上找到该温度的状态点Di，从Di做垂直同样可计算炯损。限于篇幅，作图的详细方法及其原理请参阅有关文献内）。
结 语
生物质颗粒燃料燃烧过程是极强的不可逆过程，其娴损很大而且是不可避免的。通过燃烧过程的加分析可以计算出煳损，但更重要的问题在于如何减少J炯损。已如前述，对空气预热可以大大减少炯损，很明显这是由于提高了绝热燃烧温度所致。因此，凡是能提高燃烧温度的措施都会对减少．J甩损有利。比如，用相同的生物质颗粒燃料燃烧，如果采用富氧就比普通燃烧法可以提高燃烧温度降低炯损。此外，粉爆炸性认识有重要意义，但对于高压状态下的煤粉性能，还缺乏指导意义。对这种试验台作一些改进，可制成长管式高压试验其示意图如下图8:
以上装置，配置上试验台振动测定堤置，和声强测定等设备。可对高于大气压的烟煤一空气混合物进行一次性爆燃火焰返回度、爆炸最大压力，反作用力，声强、振动等数据测定。若去除图中隋性气体管9部分，或装上这部分，并充入一定压力隋性气体，可进行两种情况下泄压威力比较及不同隋性气灭火降压作用大小比较等试验。该装置如能达到预期效果，我们对煤粉爆炸性能约认识将会前进一步，无疑地会对烟煤高压喷吹起到促进作用。
该试验台制造比较困难的是：煤燃试管要承受很高的压力和温度，并且要透明，便于观察。据有关资料记载‘：煤粉爆燃的一次性爆炸压力不超过初始压力的10倍。如果试管试验压力为o.sMPa，则试管需承接5-7 MPa的压力才能适用。而且要求点火源温度达1000℃～iioo oC，这对于透明材料是难办的。另外，接头、密封等引起的结构要求，选透明材料也有困难。不过，我们主要希望测定的是烟煤在高压状态下爆燃泄压威力的有关资料，对管内爆燃状态的观察是次娴损与生物质颗粒燃料种类有关，有的研究者指出纯碳比纯氢燃烧时的炯损小，但对工程上常用烧料燃烧时的炯损研究的尚不够充分。从理论上讲燃烧器结构与炯损无关，但从!-S图上可以看出一般情况下实际燃烧温度比绝热理论燃烧温度低，故前者炯损比后者大。从这个意义上，改进燃烧器结构提高实际燃烧温度对降低．厢损仍有实际意义。
生物质燃烧机，http://www.jiegankeliji.com
生物质气化站，http://www.598jx.com
