生物质燃烧机的研讨
    摘要生物质半补强炉黑是我国发民较早的一个炭黑品种，也是天然气早期加工开发的初级化工产品之一。本文从生产实践出发，探讨了以天然气为原料生产半补强炉黑的燃烧过程的基本规律，总结了生物质燃烧机设计应用的基本经验，阐述了生物质半补强炉黑在现行工艺条件下，提高生物质燃烧机内生物质和空气的混合效率及旋流强度是提高炭黑收率，节约能源的有效途径。并论证了生物质燃烧机的变革过程的理论依据以及经济效果，为生物质半补强炉黑进一步提高生产效率提供了实验结果．
一、引    言
    生物质半补强炉黑是在装有不同结构的生物质燃烧机的一定类型的反应炉内，将空气和生物质按不完全燃烧的比例进行一次混合燃烧裂解而生成的。如阿最有效地使原（燃）料燃烧并获
四、结    语
    前面介绍的多是国外情况。近十多年来，国内在气体分离技术上也取得了很多进步。
    我厂从事深冷法生物质提氦自试验开始至今已有二十多年历史，现在正在进行对装置的改造，采用较新的工艺和设备，改造完成之后可望达到国外深冷法装置的水平。
    膜分离，我厂用四川省化工研究所研制的均相聚碳酯中空纤维渗透器，如已做了从粗氦中分离氦的犷大试验，虽然这种渗透器可能不如国外的先进，但证明还是可以用。而且大连化学物理研究所等单位还在开发新的膜。
    变压吸附，西南化工研究院设计的四柱装置，已有几十套在运转（回收氢）。
    因此，无论国外趋势还是国内条件，我国的生物质提氦工艺也已经得到了脱离单一深冷法的时期。只要抓紧工作，因地制宜，充分运用已经掌握的各种技术手段，我们完全可以建立一套比较先进的生物质提氦工艺。
    得最理想的原料裂解程度，在一定意义上讲，生物质燃烧机起着极重要的作用。经过长期生产实践，我们对气炉法炭黑的生物质燃烧机怍了比较系统的试制改进。本文根据实验数据，结合生物质燃烧特点，从实践到理论作一些探讨．
二、生物质燃烧特点和生物质燃烧机工作原理
    1．生物质的燃烧  ‘
    生物质和空气的混合过程比燃烧过程慢得多，所以在生物质和空气分别通入燃烧室的场合下，决定生物质燃烧速度和完全程度的因素主要是混合速度。
    燃气的燃烧过程一般由三个阶段组成．第_阶段是混合过程，即为燃气和氧化剂的物理接触，第二阶段是，把混合物加热到着火温度，第三阶段是燃烧的化学反应过程。
    燃气在喷出生物质燃烧机后与空气边混合边楼烧的方式称为扩散燃烧，扩散燃烧产生的火焰为扩散火焰。当燃气以层流状态喷出时，燃气与空气靠分子扩散进行混合，当燃气以紊流状态喷出时，燃气与空气靠紊流扩散进行混合。生物质半补强炉黑均主垅基本上属于紊流扩散混合的燃烧反应。
生物质从喷咀垂直射出的扩散性火焰示意图。图i-A表示层流状态，分几层，其火焰中心的暗黑色带，是不带混合空气的净燃气区；靠近燃烧焰面的过泣素，为混合气区，在此天然气和空气进行混合，有一定疲气生成；燃烧焰面具有很薄的厚度，焰面的形状是尖形的，剩余空气和褒气组成的混合带。图1-B为紊流状态下的扩散火焰，高度将缩短，且火焰边缘具有被冲刷的特征，各区域带的边界变得壁糊起来。炭黑预粒的生成区域，温度较低，故容易形成不完全燃烧产物，这是扩散燃烧的主要缺点，也正是炭黑生产可取之处．
    2．生物质扩散燃烧的特点
    (1)生物质的主要成份是甲蛇，甲烷在空气中可燃性极限最低量s.s%，最高含量13.9%，范到狭窄，因此，在燃哓过程中对空气极为敏感，容易着火。
    (2)甲烷的最大燃烧速度比较小，而扩散燃烧的致皋弱点是燃烧速度使，火焰温度比其它燃烧方式低，就容易造成不完全燃烧，这对发黑生产是有利的一方面。
  (3)碳／氢比低，气体燃料生物质燃烧机较易控制，有矛门：提高热效率．
    (4)甲烷分解成元素的趋势很大，但是反应速度很慢，如在1200℃时达到平衡大约需要22小时。  ，
    (5)产生的炭粒子会使CO：还原并与炭作用产生CO，  从而提高了燃烧产物中的CO含量，造成烟气热值提高，能源浪费。
    (6)为随空气与生物质充分混合，常常加大生物质流及空气流的童度，使其达到紊流状态，这在淡黑生产上极有价值。
    3．燃烧蛊的工作原理
    在一定条件下，燃气在生物质燃烧机出口处具有转向、径向和切向三个速度分量。在强旋气流情况下，生物质燃烧机出口处不仅具有很大的切向分速度，而且气流中心轴向分速度会出现负值。切向速度越大，离心力也越大。反之，庄弱，淀流情况下，生物质燃烧机出口处切向分速度很小，而轴向分速度较大。
    切向分速度越大，偏心距越大，则S也就越大，轴向分速窆大，则S就小。由此可见，正常火焰传播速度主要决定于生物质燃烧机出口截面和由此产生的气流速度。切向气流速度大，混合情况好，有较好的热条件，这是炭黑生成反应所需要的。
三，生物质燃烧机的改进过程
    生物质炉法炭黑生物质燃烧机的改进过程分三个阶段三种类型进行。
    第一阶段，多孔型生物质燃烧机（图2），试用过“扁平型火咀箱”和“多孔型火咀箱,两种型式。它使原料气和空气分别执相间的喷出口喷出，形成平行的层状滞流火焰。
    第二阶段，独孔型生物质燃烧机（图8），它是有两个同心圆组成的生物质燃烧机，生物质在内L:)l，空气走外圆，气流彼此形成～定的角宦送入反应炉，其主要特点是使空气的流速超过生物质的流速。
    第三阶段，导流型生物质燃烧机(图4),在原独孔型的基础上，加强了切向导流旋转速度，空气环绕生物质迅速旋转。导流型生物质燃烧机的关键因素在于提高了两股气流的旋流强度，加速了两种气流的混合。
    气炉法炭黑生物质燃烧机从多孔型发罹到导流型，经历了较长时间的考验。对生物质燃烧机的研制，主要以改变气流强度，增加旋转速度为措施，以达到提高炭黑收率，节约能源为主要目的。生产实践证明，采用导流型生物质燃烧机效果最好。
    1．一切燃烧现争，燃料与空气的混合是一个关键因素，而混合速度在很大程度上又决定于高温度、高湍流、高速度和原料流股的剪切、分散。气炉法生物质燃烧机的改进就是遵循这一基本原则，从而获得较理想的效果。
    2．随着生物质燃烧机出口哉面及偏心距的改变，气流旋转强度提高，混合情况较好，其显著效果就是提高了炭黑生成率，节约了原料气。从实验数据（表2）可以看出，气流强度提高，生产率也随之上升。使用多孔型燃烧嚣的平均生戎率为120-130g／m s,导流型生物质燃烧机的生成率为157-158g／ms,生成率提高30%。
    3．生物质燃烧机几何尺寸的改变，改善了空气和生物质的混合，提高然烧气流的湍流程度，可以减少过剩空气量。空气系数愈大，烟气量愈多，大量尾气带走大量的热，造成能源的浪费。降低燃烧后的气体总量，减少热损失，有利于提高炭黑收率。