生物質(zhì)能是指生物質(zhì)中所蘊藏的化學能，是綠色植物經(jīng)光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能后儲藏于自身的能量，是地球上唯一可再生的碳源，可以被加工轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。隨著中國工業(yè)化進程的不斷加快，能源緊張和環(huán)境污染的問題日漸凸顯，發(fā)展清潔能源和尋求常規(guī)煤炭等能源的潔凈燃燒技術的需求日趨緊迫。每年農(nóng)作物收獲季節(jié)大面積焚燒秸稈造成環(huán)境的嚴重污染，也增加了社會對廢棄秸稈處理的關注，不斷從另一個側(cè)面推動著秸稈資源轉(zhuǎn)化進程，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機、秸稈壓塊機專業(yè)壓制農(nóng)作物秸稈成型顆粒燃料，秸稈顆粒機壓制的顆粒然倆如下所示：
中國將生物質(zhì)能作為一種可再生、清潔新型能源的研究和開發(fā)利用始于20世紀80年代，產(chǎn)量已從5a前的30萬t提高到了目前的300萬t以上，發(fā)展迅速，但與發(fā)達國家相比還存在較大差距。秸稈成型顆粒燃料生產(chǎn)機械和產(chǎn)品種類缺乏相應的行業(yè)標準，因而產(chǎn)品參差不齊，相對于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還有較大差距。2、秸稈成型顆粒燃料特性
2.1資源特性
中國作為一個農(nóng)業(yè)大國，有著豐富的農(nóng)作物秸稈資源。依據(jù)目前的糧食產(chǎn)量和草谷比，計算得出中國年秸稈生產(chǎn)量約為6億t，按照25%可用作能源計算，約有1.5億t秸稈可用來生產(chǎn)成型顆粒燃料。但同時也應看到，中國的農(nóng)田還是分散種植，不利于大規(guī)模的機械化作業(yè)，因此秸稈資源相對比較分散，加之秸稈體積大、密度低和單位發(fā)熱值受采收時間影響，導致秸稈資源收集和儲存比煤炭等燃料困難。
2.2物化特性
秸稈成型顆粒燃料是通過將收集的松散秸稈經(jīng)脫水、粉碎后擠壓成形狀較為規(guī)則且較大密度的棒狀、塊狀、球狀或顆粒狀的固體燃料，日前以棒狀和顆粒狀較為常見。壓縮成墅燃料物化特性已不同于秸稈，解決了秸稈堆積密度小、能量密度低、不易儲存和運輸?shù)娜秉c，密度、發(fā)熱值會隨壓縮方式、生產(chǎn)工藝不同而變化，主要參數(shù)見表1。
表1 秸稈成型顆粒燃料的主要參數(shù)
| 水分/% | 灰分/% | 揮發(fā)分/% | 固定碳/% | 硫分/% | 堿金屬/% | 硅/% | 密度/（g/cm-3） | 低位發(fā)熱量/（MJ/kg） |
| 8 | 5.93 | 70 | 10～17 | 0.08～0.30 | 1 | 0.2～0.8 | 0.8～1.3 | 15.55 |
秸稈成型顆粒燃料較散狀秸稈燃燒性能大大改善，燃燒效率可以由秸稈直接散燒的10% - 15%提高到30%～40%。同時相對于煤炭有著揮發(fā)性高、易引燃、灰分少的優(yōu)點，煙氣中僅有微量SO2，作為可再生能源可實現(xiàn)CO2零排放、環(huán)境污染小。
2.3.1 秸稈成型顆粒燃料的點火性能
秸稈成型顆粒燃料致密的結構會抑制成型顆粒燃料燃燒時揮發(fā)分向外析出速度和空氣向內(nèi)擴散的速度，同時還會降低熱量由外向內(nèi)的傳播速度，秸稈成型顆粒燃料的點火性能比散狀生物質(zhì)秸稈明顯下降。實驗表明點火所需時間約為2～3min，影響點火性能的主要因素為生物質(zhì)成型顆粒燃料的結構致密度（密度）、揮發(fā)分含量以及固定碳含量。生物質(zhì)成型顆粒燃料的點火溫度、點火時長隨著其密度的增加而升高和延長，密度為1.29／cm3的秸稈成型顆粒燃料點火時間比密度0.89／cm3的要長1倍以上；點火溫度在300～400℃，比原生物質(zhì)秸稈提高50℃左右；揮發(fā)分含量越高的秸稈成型顆粒燃料越容易點燃著火，總的來看，秸稈成型顆粒燃料的點火特性更趨于原秸稈點火特性而優(yōu)于型煤。
2.3.2秸稈成型顆粒燃料的燃燒機理
秸稈成型顆粒燃料在爐膛燃燒時，燃燒類似型煤的燃燒過程屬于靜態(tài)滲透式擴散燃燒，但仍不失生物質(zhì)秸稈散燒的特性。整個燃燒過程可以參照煤炭的燃燒機理大致劃分為點火（揮發(fā)物燃燒）、擴散燃燒（可燃氣體與碳混合燃燒）、平穩(wěn)燃燒（焦炭燃燒）、燃燼（灰燼，殘余微量焦炭）4個階段。①點火秸稈成型顆粒燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒，進行可燃氣體和氧氣的放熱化學反應，形成火焰。由于其結構密實、無孔縫，導熱系數(shù)小，可燃揮發(fā)氣體釋放速度慢，所以燃燒緩慢、火焰長而無力。隨著秸稈成型顆粒燃料受熱后內(nèi)部的揮發(fā)分緩慢、持續(xù)析出、燃燒持續(xù)約10 min。②擴散燃燒隨著燃燒溫度的不斷升高，燃燒開始進入表面焦炭過渡燃燒階段，生物質(zhì)成型顆粒燃料表層的碳開始燃燒和少量由內(nèi)部逸出的可燃氣體的燃燒，炭化不斷向燃料內(nèi)部發(fā)展。③平穩(wěn)燃燒隨著燃燒的持續(xù)，藍色外焰變薄，火焰變得短而有力，燃燒開始變得猛烈，燃燒向更深的焦炭層滲透。這個階段在燃料表面進行的是CO的燃燒，燃料內(nèi)層則是炭燃燒。由于空氣和煙氣場的相對擴散，生物質(zhì)成型顆粒燃料內(nèi)部得不到足夠空氣，纖維素、木質(zhì)素在高溫下被氣化生成CO2、H2，CH4等可燃氣體，它們不斷向外擴散燃燒保證燃燒平穩(wěn)進行，直至火焰逐漸變短、變強，這主要是焦炭的燃燒。④燃燼燃料中剩余碳繼續(xù)燃燒。這時可燃物基本燃盡，火焰變短，顏色開始由亮變暗，直至消失，此時燃料已變成暗紅色灰塊，整個燃燒過程大約持續(xù)60 min。燃燒溫度變化曲線如圖l所示。燃燒的初始階段溫度上升較快，擴散燃燒和平穩(wěn)燃燒階段溫度上升速度逐漸減慢，溫度較高，燃燼階段溫度開始逐漸下降。
2.3.3秸稈成型顆粒燃料煙塵、沉積腐蝕生物質(zhì)秸稈成型顆粒燃料在生產(chǎn)過程中不發(fā)生化學變化，成分與原生生物質(zhì)秸稈相差不大，而燃燒時所排放煙塵除數(shù)量（不高于200mg/m3）有所減少，其與原生物質(zhì)秸稈煙塵成分未有明顯差別，煙塵主要產(chǎn)物組分見表2。生物質(zhì)秸稈成型顆粒燃料Cl含量較高，會導致爐膛內(nèi)嚴重腐蝕，同時燃燼物易出現(xiàn)類似于煤炭的結渣現(xiàn)象，其沉積和腐蝕機理為秸稈中含有l(wèi)%以上的鉀及其它金屬元素，燃燒過程中易揮發(fā)的堿金屬鹽在700℃左右的高溫下進入爐膛的氣相，揮發(fā)性灰分和其它細小顆粒一部分會在冷凝面上凝結形成初始沉積層。隨著溫度升高表面會出現(xiàn)熔融黏結面，較大的顆粒煙塵撞擊到初始沉積面上形成新的沉積層，當爐膛溫度高于780℃時，這些沉積物形成玻璃狀的渣（復雜混合物），嚴重結渣導致鍋爐不能正常運轉(zhuǎn)。一般大型生物質(zhì)鍋爐每10～12個月要停一次爐，進行一周左右的清理。
表2 秸稈成型顆粒燃料煙塵排放主要產(chǎn)物含量
| 成分 | CO/% | CO2/% | SO2/（mg/m3） | NOx/（mg/ m3） |
| 含量 | 0.3 | 5.9～11.4 | ＜900 | ＜650 |
2.4技術經(jīng)濟特性
生物質(zhì)秸稈收購價格為400元／t，加上運輸費用、儲存費用、加工過程的人工和燃料費、設備折舊等費用，成本價在500～550元／t。此價格和目前的動力煤炭銷售價格500～600元／t相比沒有任何優(yōu)勢，但如果加上政府給予的清潔能源補貼，基本上能夠持平或有盈余。在煤炭價格高于600元／t后，再加上秸稈成型顆粒燃料不可比擬的環(huán)境效益，其所具有的技術經(jīng)濟性優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，尤其是用做小型鍋爐、鼓風爐、炊事等農(nóng)村能源時就更加明顯。
3、結 論
1)生物質(zhì)成型顆粒燃料作為一種清潔可再生能源，有著相對較為豐富的資源，克服了秸稈的熱量密度低、不易儲存和運輸?shù)葐栴}，但生產(chǎn)設備和產(chǎn)品亟待標準化以推動和促進生物質(zhì)成型顆粒燃料工業(yè)化進程。
2)生物質(zhì)成型顆粒燃料的物理特性、點火特性更接近原生物質(zhì)，而優(yōu)于煤炭。燃燒過程屬于靜態(tài)滲透式擴散燃燒，類似型煤，可以劃分為揮發(fā)物燃燒、擴散燃燒、平穩(wěn)燃燒和燃燼4個階段，燃燒排放的煙塵濃度低，CO、C02、S02、N02濃度都比煤炭少，但較高的堿金屬和CI含量會導致受熱面金屬的腐蝕和煙塵沉積。
3)不計環(huán)境效益時，目前的生物質(zhì)成型顆粒燃料技術生產(chǎn)水平下的經(jīng)濟性與煤炭相比沒有優(yōu)勢，需要政府的政策才能取得大的發(fā)展。
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