主题：【原创】生物质 十二 燃烧 -- 橡树村
好啦，啰嗦完了生物质都有啥，现在开始讲讲怎么利用。怎么把生物质变成能量呢？
人类最古老的使用生物质的方法，就是燃烧。燃烧木头，柴草得到的热量，可以取暖，可以加工食物，有了这些，人类才可以在残酷的大自然中生存下来，最终发展成了现在的样子。后来，除了很偏远贫困的地方，大家都不怎么再去燃烧生物质得到能量了，煤炭，石油，天然气提供了更加廉价的能源。工业规模的燃烧生物质，更多的目的是要处理那些不方便处理的废弃生物质，环保意义大于能量利用的意义。不过呢，现在能源越来越贵，燃烧生物质就又开始具有能量意义了。
风水轮流转么。
燃烧本身指的是自己可以持续激烈的进行的，伴随着发光发热的化学反应，一般来讲，燃烧都需要氧，实际上还有情况，没有氧也可以燃烧。可燃物质和氧化剂混合以后，达到了必要的温度，也就是燃点，就会产生火焰，燃烧就开始了。燃烧发出的热量叫发热量，前面介绍过了，发热量包括低位发热量和高位发热量。发热量的计算一般是在理论的条件下测量的或者计算的，实际过程中，实际燃烧所提供的热量要少一些。实际热量与低位发热量的比值，就是燃烧效率。
生物质本身比较复杂，成份很多，所以整个的燃烧过程也就比较复杂。比如木材的燃烧，过程是这样子的。木材加热升温之后，在200摄氏度以下，半纤维素先开始分解，随后随着温度的升高，木质素，纤维素也逐渐分解，半纤维素在300度基本分解完毕，木质素的分解要持续到500度，纤维素的分解很剧烈，300度开始，350度就结束。分解之后，会产生大量的可燃性气体，这些气体与氧气混合后，就可以形成火焰，燃烧就开始了。这个时候放出的热量很大，占木材总发热量的70%。火焰燃烧结束后，就还是表面燃烧，没有火焰了，也没有烟，这个时候主要是分解缓慢的木质素在燃烧。水含量的不同会影响这个过程，木材本身的各种成分的含量也会影响这个过程，整个过程的控制还是比较复杂的。燃烧结束以后，剩下的就是灰，生物质的灰分一般都不高。生物质本身含硫量很低，特别是木质的生物质，几乎就不含硫，所以这个燃烧造成的污染最少。
主要的木材，按照干物质计算，高位发热量一般在19-21MJ/kg之间，变化不大。差别大的是用体积衡量的发热量。不同的树种密度不同，单位体积的发热量差别就很大了。
目前生物质的燃烧装置，主要有固定床炉，移动床炉，流动床炉和回转窑炉等。一般来讲，固定床炉是与小型的简易焚烧，大一些的，就需要使用移动床炉，再大的，需要迅速燃烧的，使用流动床炉，需要慢速燃烧的，使用回转窑炉。
KSM锅炉
锅炉的燃烧效率除了炉子本身的设计，还受到生物质本身的性质的影响。含水量30%的木质原料，一般的锅炉效率是65-70%，经过改造的锅炉可以达到80%以上，再经过工艺优化，将干燥在内的过程综合，效率可以进一步提高。含水量对这个整体效率的影响最大。对于木材，含水量20%就会把发热量降到原来的三分之二，含水量40%发热量就只有三分之一了。生物质的干燥消耗很多的能量，如果利用工艺特点降低这部分能量消耗，就可以从整体上提高能量利用效率。
燃烧的过程释放能量，把这个热量加以利用，是目前生物质利用最普遍的方法，特别是取暖是一个主要用途。特别是在发展中国家，基本上这是唯一的生物质利用方法。目前利用这个热量发电业在很多国家开始流行，大多数国家还专门制定了补贴政策发展这个产业。发电的事情后面会讲。
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是因为木材含水量高，而水的热容量大，降低了燃烧的温度，影响了锅炉的传热效率吗？
燃烧温度降低数降低热效率，水本身会延长燃烧时间，这也会增加热损失。
加热水本身也需要消耗很多能量，而冷却的时候，水的潜热很难回收，回收的效率也不高。
可以上溯到人类学会用火，涵盖各类意外的森林大火、纵火犯罪，普及到千家万户的柴火灶、热炕头，太大了。
村长了解的话给俺上上课
爱莲自己挖一个？
利用蒸汽混合炉内的气体，从而提高燃烧区温度，增加效率，也能减少飞灰的量，从而达到节能目的。
细节就不清楚了。
分解？结束？
木炭是不是主要由木质素分解而成？
炭是固体燃料，比如木头，煤在释放了气体，焦油之类的之后得到的。制备木炭不能充分燃烧，否则主要的能量就没了，制备木炭的时候只能进行初始的燃烧，随后就是缺氧状态，发生的反应更多的是热分解，而不是燃烧，主要物质就是炭。当然木炭里面木质素的比例仍然是不低的。
对于蒸汽的压力，温度，使用量，肯定是有说法的，要保证提高的热效率高于得到蒸汽以及进一步加热蒸汽所损失的能量。否则就得不偿失了。
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把生物制气化以后再利用的方法，叫做气化，是一种非常重要的方法。
气化本身，在化工上说的是把含有碳的资源，固体的，液体的，广义上还包括气体的，经过转化形成合成气的过程，这个气体是很好的化学原料，也是燃料。
气化的历史很悠久，几百年了，所以方法也非常多，总共有两百多种。方法多了就要分类，常压气化就是一个大类。常压气化，就是说这个气化过程是在常压进行的，一般来讲是1-1.2个大气压的压力下，与加压气化相对应的。
除了按照工艺的压力分类，还可以按照气化温度分类，比如低温气化（700度以下），高温气化（700度以上），高温熔融气化（一般1200以上，超过固体的灰熔点）。按照气化剂的不同，有空气气化，氧气气化，水蒸气气化，甚至二氧化碳气化，以及这些方法的组合。按照加热方式呢，又可以分成直接气化，间接气化。按照气化炉本身的形式呢，又有固定床，流化床，循环流化床，喷流床，移动床，搅拌床，扶轮窑，二塔式，熔融炉等等。所谓的两百多种气化方法，就是上面这些方法排列组合起来的。
气化本身的东西够写几本书的，这里只是个简单介绍，就不深入了。
生物质气化的过程，有这么几个阶段。生物质进入到气化炉内，首先表面的水分开始蒸发，随着温度升高，超过沸点10-20度的时候，生物质内部的水也开始蒸发，然后，温度达到200-300度，就是容易挥发的组分气化，生物质就开始热分解了。分解得到的是气体小分子，这些小分子性质还不稳定，如果能够及时与气化剂反应，就可以得到小分子物质，生成小分子的地方如果缺乏气化剂，小分子之间就会有反应，得到焦油之类的物质。由于焦油不方便利用，也比较脏，目前的工艺要求得到的焦油要尽可能的少。
挥发性的组分气化结束之后，生物质很多已经分解，剩下了很多的炭，这些炭在更高的温度与气化剂反应，得到一氧化碳，二氧化碳，如果条件适合，使用水蒸汽为气化剂，还会得到氢气。
能气化的都气化完了，最后剩下的是灰分，还有一些没反应的炭。好的气化炉，生物的灰份里面，要求碳含量尽可能的少。
与燃烧相比，气化的时候虽然有气化剂，但是氧的含量不足，所以虽然温度很高，但是不能完全燃烧，产物里面也就有大量的还原性的气体存在。气化所得到的气体也就还有除了温度之外的利用价值。这个气体一般含有大量的一氧化碳，氢气，二氧化碳，甲烷等等，可以用于化工，也可以作为煤气使用。
常压气化在生物质气化里面应用非常广泛，超过一半的生物质气化都使用常压气化。这个原因也不难理解。生物质原料基本上都是固体，固体进行加压进料比较麻烦，特别是生物质的固体颗粒小，密度低，加压进料装置就非常复杂。而且呢，生物质气化装置的规模普遍比较小，每天处理200-300吨就是很大的装置了，这个规模太小，上昂贵的加压气化不合适。不过在一些大规模利用生物质的场合，加压气化就有优势了。如果下游的工艺需要压力的话，那么就可以节省很多能量，并且反应的压力高，同等生产规模所需要的装置就要小，也能省一些钱。加压气化一般在5-25个大气压。
气化一般要求温度在800度以上，所以需要燃烧一部分的生物质来提供能量，这样就需要使用空气甚至氧气作为气化剂，同时根据气化目的的不同混入水蒸汽。不同的气化剂得到的气体的热值就不一样，分成低热值气体（每立方米4-12MJ），中热值气体(12-28MJ/cum)，高热值气体（每立方米28MJ以上）。不过对于生物质气化，得到的基本上都是低热值气体。不过这个热值和燃烧性质没有多大的关系，低热值的氢气含量在10%的话就可以同于汽轮机和气体引擎之类的装置了。
气化炉里面最简单的就是固定床，构造简单，费用低。固定床气化炉大部分使用木材碎片作为原料，从顶部供料，气化剂从底部进入。木料在下降的过程中逐渐升温，气化，最终燃烧来提供能量，灰分在底部排出。
流动床气化炉要复杂一些，气化剂从底部进入吹着上面的生物质，形成流化状态，同时搅拌，这样的热效率有很大的提高，床温一般在800-1000度，也有在600度运行的。灰分和没有完全气化的生物质会被气体夹带离开气化炉，然后经过旋风分离实现气固分离，再返回气化炉提高利用效率。灰分最终在流化床的底部分离。
喷流床使用的方法是气体夹带着固体细粉进入气化炉，立刻进入高温区气化。由于颗粒很小，气化速度就很快，效率高。气化温度高于灰熔点，灰融化以后最终会附在炉壁上，需要间歇清除。
常见的常压气化，加压气化，提供能量的燃烧过程与气化本身的气化过程是在一起的。把这两个过程分开，气化的能量不由自己提供，就是间接气化，比如气化通过外面的热源加热等等。这方面应用还比较少，不过由于可以得到比较高质量的气体，所以是个发展方向。
一个比较好的间接气化例子，是双流动床式，一个流动床进行燃烧，另外一个进行气化。生物质先在气化炉里面进行热分解，生成的气体热值比较高，然后仍然含有大量可燃物质的固体进入燃烧炉与空气混合燃烧，提供的能量供气化炉使用。
气化的能量效率一般使用冷煤气效率来评价，这个效率的定义，是得到的气体的高位发热量，与原料的高位发热量的比值。直接气化一般冷煤气效率在60-80%，间接气化的冷煤气效率可以在100%以上，达到125%。能超过100%，是因为有外部功能，不过一般来讲，间接气化的能量效率的确要好一些。
这可能和产生水煤气有关。生物质中的碳高温下和水蒸汽反应生成合成气CO和H2。两个成份都是极好的高能燃料气，使得燃烧更为充分，灰分里的碳含量减少。