1)在实验室平台上分别燃烧三种生物质成型燃料,通过控制进料速度从而控制进料量,标定10KW、12KW、14KW、16KW、18KW五种功率,在风机风速最大,空气量充足的情况下分别测量五种功率下颗粒物分布情况,每种功率在稳定时,测量记录30分钟。
2)选取三种燃料颗粒物排放最佳功率,在此功率下,通过控制风机转速来标定空气进气量,分别测量风机风速为6m/s、7m/s、8m/s三中风速下的颗粒物排放分布情况,每种风速下燃烧稳定时,测量记录30分钟。
2结果与分析
2.1 在正常标定功率下颗粒物排放分布
PB20燃烧器设计在16KW的功率下热效率最高,16KW为正常标定下的功率。三种燃料在16KW功率下的颗粒物排放分布如图2。
在16KW功率下,三种燃料的颗粒物数量总浓度分别为7.77×10^6/cm3、3.41×10^6/cm3、2.28×10^6/cm3。木质最少,玉米秸秆最多。由图2-a可以看出,玉米秸秆的颗粒物数量主要集中在3、4、5、6级,峰值是第6级,棉杆和木质的颗粒物数量主要集中在4、5、6、7级,棉杆峰值在第5级,木质峰值在第5级。
在16KW功率下,玉米秸秆、棉杆、木质燃料的颗粒物质量总浓度分别为227.5mg/m3、176.2mg/m3、101.7mg/m3 。由图2-b可以看出,三种燃料的质量分布都是呈双峰状态,两个峰值都是在第7级和第12级。在此功率下三种燃料的PM2.5(十级以下颗粒物)分别占总颗粒物质量的70.3%、59.5%、72.7%。
2.2功率对颗粒物排放分布影响
PB20燃烧器的运行功率区间为10~20KW,在空气量最大、风机风速在8.0.m/s条件下,试验分析功率对颗粒物排放分布的影响。
2.2.1三种成型燃料在不同功率下颗粒物数量浓度分布
三种成型燃料在不同功率下颗粒物数量浓度分布如图3。随着进料量的增多、功率的加大,颗粒物的总数量都是先减小后增大。颗粒物分布的峰值向大粒径方向移动,表明进料量越多、功率越大,燃料燃烧后产生相对更大粒径颗粒。
对于玉米秸秆,从图3-a可以看出,10KW时三种燃料颗粒物数量浓度呈双峰分布状态,第1级和第5级积为峰值。12KW时,颗粒物分布的各级别数量降低,峰值出现在第6级。当功率为14KW时,颗粒物数量进一步减少,仍然呈双峰分布,峰值第3级和第6级。功率提高到16KW和18KW时,数量峰值仍为第6级。
对于棉杆成型燃料,如图3-b,10KW、12KW、14KW功率下颗粒物数量浓度都呈双峰分布状态,在第4级和第6级达到两个峰值。虽然随着功率增加颗粒物排放数量减少,但是总体数量分布趋势没有过多变化。16KW时峰值变为第5级,18KW时的分布峰值在第6级。
对于木质燃料,如图3-c三种工况下,分布成双峰状态,第1级核模态颗粒和第5级积聚模态颗粒出现峰值,功率增加,数量分布有向大粒径方向转移趋势。当功率提高到16WKW和18KW时,三种燃料的颗粒物总数量急剧增多,颗粒物数量的峰值都转变为第6级。
2.2.2 三种成型燃料在不同功率下颗粒物质量浓度分布
三种成型燃料在不同功率下颗粒物质量浓度分布如图4。
从图4上可以看出,在所有功率下,三种燃料的颗粒物的质量分布都是一个趋势,有2个峰值。
对于玉米秸秆成型燃料,如图4-a,当功率在10KW、12KW、14KW时,功率的增加对颗粒物质量分布影响不大,总质量浓度在74~79mg/m3之间,16KW和18KW的颗粒物总质量急剧升高,总量分别为227.5mg/m3和303.8mg/m3,5种功率峰值分别是第7级和第12级。虽然大功率下颗粒物的质量浓度急剧增加,但是总体分布趋势没有发生太大变化。在5种工况下PM2.5占总颗粒物分别为65.6%、68.8%、68.7%、62.2%和58.8%。
对于棉杆成型燃料,如图4-b,在10KW、12KW、14KW功率下,颗粒物各级质量浓度都随功率的增加而减少,总质量浓度在44~90.9mg/m3。10KW和12KW功率下,颗粒物质量浓度的峰值在第7级颗粒物,在14KW时,质量浓度分布出现了双峰值,为第7级和第12级。16KW和18KW功率下颗粒物总质量浓度明显提高,总量分别为175mg/m3和197.8mg/m3, 分布呈双峰状态,峰 值依然为第7级和第12级。棉杆燃料在五种工况下PM2.5分别占总颗粒物的76%、70%、54.7%、52.7%、55.6%。
对于木质成型燃料,如图4-c,5种功率下颗粒物总质量浓度分别为115mg/m3、155mg/m3、77.5mg/m3、101.8mg/m3、962mg/m3。五种功率下颗粒物质量浓度分布都呈双峰分布,分别在第7级和第12级颗粒物出现峰值。在10KW、12KW、14KW功率下,随着功率增加颗粒物各级质量浓度降低,14KW达到最佳排放状态,16KW功率下各级颗粒物比14KW最大升高50%。当功 率为18KW时,颗粒物质量浓度急剧增多,木质燃料排放的PM2.5在五种工况下分别占总颗粒物的71.3%、67.7%、64%、61.3%、59.5%。
2.3进气量对燃料颗粒物排放分布的影响
在相同功率下,不同的风机风速会导致不同的空气量与燃料的配比。更多的空气能使燃料燃烧后的颗粒物进一步被氧气氧化,从而改变颗粒物的数量和分布。而且,风速不同改变燃烧器内部的气流运动,改变燃烧环境,对颗粒物的生成和分布也产生一定影响。选择14KW最佳燃烧功率下,研究空气量对颗粒物排放的影响。