人類生存和社會發(fā)展都離不開能源，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展對能源的需求量也將日趨快速增長。在常規(guī)一次能源中，煤碳、石油、天然氣等必然會被開采殆盡，開發(fā)利用大量非再生一次能源的同時，如果不采取有效的控制措施，必將導致一系列嚴重的環(huán)境污染問題。因此，提高能源利用效率，采用先進的技術(shù)手段研究利用可再生能源，以逐步取代煤碳、石油、天然氣等常規(guī)一次非再生能源，是解決能源危機和環(huán)境保護問題的重要途徑之一。可再生能源的種類繁多，其中生物質(zhì)是可再生能源中比較有代表性的能源，特點是生物質(zhì)資源儲量豐富、分布廣泛、使用清潔方便，具有很好的開發(fā)利用價值，富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機專業(yè)壓制生產(chǎn)生物質(zhì)成型顆粒燃料。
生物質(zhì)是指依靠太陽光合作用而產(chǎn)生的各種有機物質(zhì)，是太陽能以化學能的形式存在于生物之中的一種能量形式，直接或間接地來源于植物的光合作用，其作用過程如以下反應(yīng)式，在太陽光的照射下，大氣中的二氧化碳被植物吸收，放出氧氣。因此在各種可再生能源中，生物質(zhì)是一種可再生的碳源，利用碳的循環(huán)能夠有效地減少甚至消除二氧化碳的排放，從而實現(xiàn)控制和減弱溫室效應(yīng)的發(fā)生。據(jù)有關(guān)資料推算地球上每年被植物光合作用固定的碳為2x1011t，能量為3x1011J，即每年通過光合作用貯存在植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當于全世界每年耗能量的10倍。
生物質(zhì)能源被認為是第四大能源，分布廣，蘊藏量大。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，現(xiàn)有生物質(zhì)能資源森林、草原和耕地面積達41.4億公頃，理論上生物質(zhì)資源每年可達650億噸以上。如果按平均發(fā)熱量為15000千焦／公斤計算，折合理論資源量為33億標準煤，相當于我國目前年總能耗的1.8倍。我國可以作為能源利用的生物質(zhì)主要包括各類秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾和有機廢渣廢水等。 據(jù)調(diào)查其中秸稈資源量已超過7.2億噸，約3.6億噸標準煤，除1.2億噸左右作為飼料、造紙、紡織和建材等利用外，其余6億噸可作為燃料利用；薪柴的來源主要為林業(yè)采伐、育林修剪和薪炭林，年均薪柴產(chǎn)量約為1. 27億噸，折合標準煤0.74億噸；禽畜糞便資源量約1.3億噸標準煤；城市垃圾量生產(chǎn)量約1.2億噸標煤，并以每年8%-10%的速度遞增，據(jù)估算我國可開發(fā)的生物質(zhì)能資源總量約7億噸標準煤。2005年2月28日，國家頒布了《可再生能源法》，2006年1月1日起實施，并于2006年陸續(xù)出臺了相應(yīng)的配套措施。這表明我國已在法律上明確了可再生能源包括生物質(zhì)能在現(xiàn)代能源中的地位，并在政策上給予了巨大支持。為此，開展生物質(zhì)能源的應(yīng)用研究具有很好的現(xiàn)實意義。
1、生物質(zhì)顆粒燃料基本特性
生物質(zhì)的種類很多，一般可分以下5大類：
①木質(zhì)素：木塊、木屑、樹皮、樹根等；
②農(nóng)業(yè)廢棄物：秸稈、果核、玉米芯、甘蔗皮渣等；
③水生植物：藻類、水葫蘆等；
④油料作物：棉籽、麻籽、油桐等；
⑤生活廢棄物：城市垃圾、人及牲畜的糞便。
幾種生物質(zhì)的工業(yè)分析和元素組成及熱值見表1和表2所示。
生物質(zhì)作為有機物燃料是由多種復(fù)雜的高分子有機化合物組成的復(fù)合體，化學組成主要有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和提取物等，這些高分子物質(zhì)在不同種類生物質(zhì)、同一種類生物質(zhì)的不同區(qū)域其組成也不同，有些甚至有很大差異。
生物質(zhì)的組成分析主要有工業(yè)分析和元素分析兩種，表1、表2為幾種典型秸稈的工業(yè)分析和元素分析。由表1和表2可知，生物質(zhì)的可燃成分主要是有機元素如碳、氫、氮和硫，雖然就元素的成分而言，生物質(zhì)顆粒燃料的成分和常規(guī)燃料煤炭基本上沒什么區(qū)別，但正是各成分在數(shù)量上的差異導致了生物制燃燒產(chǎn)物與煤炭的差異。生物質(zhì)的碳含量普遍在50%左右，低于普通的煙煤，而氫含量則高于煙煤，尤其是揮發(fā)份和氧含量遠遠高于普通煙煤，氧含量超過煤10倍左右。由于生物質(zhì)顆粒燃料的可燃組分含量相對比較低，因此生物質(zhì)顆粒燃料的低位發(fā)熱量比一般煙煤低。在著火燃燒性能方面，生物質(zhì)顆粒燃料的揮發(fā)份含量遠遠高于普通煙煤，導致著火燃燒性能明顯高于普通煙煤。在燃燒污染物生成排放方面，生物質(zhì)顆粒燃料的硫含量僅為0. 1%左右，含氮量和理論氮氣容積也低于煙煤，所以總的S02和N02生成量都遠低于煙煤。
根據(jù)秸稈生物質(zhì)顆粒燃料高揮發(fā)分、高氧量、低硫份和灰份的基本特性，因此相對于煤炭而言，秸稈生物質(zhì)具有易燃、清潔環(huán)保的特點。
2、生物質(zhì)顆粒燃料燃燒過程分析
目前，生物質(zhì)的利用技術(shù)主要有生物質(zhì)的氣化發(fā)電、熱解液化和直接燃燒發(fā)電等。在實際應(yīng)用過程中，生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電應(yīng)用較為廣泛，直接燃燒技術(shù)是最簡便可行的高效利用生物質(zhì)資源的方式之一。
生物質(zhì)直接燃燒是將生物質(zhì)直接作為燃料燃燒，燃燒產(chǎn)生的能量主要用于發(fā)電或集中供熱等。生物質(zhì)直接燃燒具有如下特點：
①生物質(zhì)燃燒所釋放出的C02大體相當于其生長時通過光合作用所吸收的C02，因此可以認為是C02的零排放，有助于緩解溫室效應(yīng)；
②生物質(zhì)的燃燒產(chǎn)物用途廣泛，灰渣可加以綜合利用；
③生物質(zhì)顆粒燃料可與礦物質(zhì)燃料混合燃燒，既可以減少運行成本，提高燃燒效率，又可以降低S02、NO2等有害氣體的排放濃度；
④采用生物質(zhì)燃燒設(shè)備可以實現(xiàn)各種生物質(zhì)資源的減量化、無害化和資源化。
由于生物質(zhì)顆粒燃料特性與化石燃料不同，從而導致了生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中的燃燒機理、反應(yīng)速度以及燃燒產(chǎn)物的成分與化石燃料相比也都存在較大差別，表現(xiàn)出不同于化石燃料的燃燒特性。生物質(zhì)的n(H)／n(C)比和n(O)／n(C)值均比煤要高，而且生物質(zhì)的幾種主要成分中半纖維素在225～350℃分解，纖維素在325～375℃分解，木質(zhì)素在310～400℃分解，因此其著火特性與煤相比存在差異。
生物質(zhì)的直接燃燒利用技術(shù)，一般是將生物質(zhì)進行成型預(yù)處理，尤其是秸稈類生物質(zhì)。成型技術(shù)是指在一定溫度、壓力下，將分散的、沒有一定形狀的生物質(zhì)壓制成具有一定形狀、密度較大的成型燃料。生物質(zhì)成型工藝為：秸稈收集→干燥→破碎→熱壓→（秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制成型）成型。目前成型設(shè)備主要有螺旋擠壓式成型機、機械活塞沖壓式成型機、環(huán)模輥壓式和液壓活塞沖壓式成型機等。
成型燃料其密度可達900～1350kg/m3，便于貯存和運輸，燃燒性能好。
為了研究生物質(zhì)顆粒燃料與煤炭著火燃燒特性的差異，以表2玉米秸稈生物質(zhì)和常見煙煤、煤矸石為例進行燃燒性能參數(shù)分析。
表3為三種燃料燃燒產(chǎn)物生成量，圖1為玉米秸稈在不同燃燒空氣過量系數(shù)條件下，實際燃燒產(chǎn)生的煙氣量。由表3和圖1可知，在相同條件下，玉米秸稈燃料燃燒所需的空氣量、三原子氣體生成量和煙氣中氮氣量明顯低于煤炭。這是由于玉米秸稈自身含氧量高，部分氧分直接與碳和氫化合，導致在燃燒過程中相對含量比較低的碳不能全部參與燃燒，所以單位重量玉米秸稈燃燒所消耗的空氣量、三原子氣體生成量和生成的煙氣量均小于煙煤。
在進行燃燒性能試驗時，采用經(jīng)過熱壓成型預(yù)處理后的玉米秸稈，成型后的幾何形狀為長度不等的正四方形柱體（正四方形邊長約35mm）。被成型后的玉米秸稈投入移動爐排上進行著火燃燒試驗，在著火燃燒的初期階段，玉米秸稈首先經(jīng)過干燥、揮發(fā)份析出著火燃燒階段，這時燃燒強度相對比較低，火焰軟弱，呈暗紅色，燃燒溫度低，火焰部分層面存在黑煙現(xiàn)象。及時調(diào)整配風量，適度增加空氣供給量，燃燒火焰發(fā)生變化，這時燃燒強度高，火焰明亮，燃燒溫度高（約1400℃）。燃燒性能試驗表明，經(jīng)過預(yù)先成型處理后的玉米秸稈，只要適度調(diào)整燃燒配風供給方式就能滿足移動層燃的要求。
3、結(jié)論
生物質(zhì)是一種可再生能源被認為是第四大能源，我國是一個農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源分布廣，蘊藏量大，理論上生物質(zhì)資源每年可達650億噸以上，具有很好的開發(fā)利用前景。在我國可以作為能源利用的生物質(zhì)主要包括各類秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾和有機廢渣廢水等，其中具
有典型意義的是各類秸稈。在相同條件下，秸稈燃料與煤炭的燃燒特性差異較大，燃燒所需的空氣量、三原子氣體生成量和煙氣中氮氣量均明顯低于煤炭。秸稈的直接燃燒利用一般需經(jīng)過預(yù)先成型處理，成型處理后的秸稈便于運輸，能夠滿足爐排鍋爐燃燒利用的要求。
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