生物質直接燃燒發電，是牛物質能利用的一種重要形式．我國的牛物質資源豐富，且種類繁多，特別是農業秸稈類生物質占較大比例．由于秸稈類生物質燃料存在揮發分高、氧含最高、水分高、灰分低以及堿金屬含量高等特點，對于燃燒技術和燃燒設備的要求相對較高．歐洲以及北美國家，如丹麥，大都采用層燃方式純燃牛物質，或者采取生物質與煤、垃圾、污泥等廢棄物共燃的方式．流態化燃燒技術是燃燒特種燃料技術中靈活性最高的，具有燃燒效率高、燃料適應性廣等優點．但是，采用流化床燃燒生物質燃料時，由于生物質燃料中大多含有堿金屬元素K、Na等，在燃燒過程中所形成的KCI、K2 S04 .K2 C03等堿金屬化合物將與床料（主要成分為Si02）發生反應生成K20·nSi02等具有黏性的低熔點物質，造成床料黏結，最終將影響整個流化床的運行．目前解決上述問題的方法主要分為3類：一是控制燃燒溫度，二是選擇性地使用礦物添加劑和床料；三是對生物質燃料進行預處理．另一方面，由于生物質原料松散、體積大、堆積密度小，在給料方式和給料系統方面還需進一步研究．目前對于生物質成型技術的研究開發和生物質成型燃料特性研究均有報道，富通新能源生產銷售
木屑顆粒機、
秸稈壓塊機等生物質燃料成型機械設備，同時我們還大量銷售楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料。
本文作者在0.15 MW循環流化床試驗臺上，選擇性地使用床料和添加劑，進行純玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料的燃燒試驗，研究這兩種生物質成型燃料在循環流化床中的燃燒特性和排放特性。
1、試驗系統與試驗方法
1.1試驗系統
試驗所用的0.15MW循環流化床試驗系統，試驗臺包括燃燒系統、給料系統、供風和排煙系統、冷卻水系統、煙氣分析系統和測量控制系統．燃燒系統中，爐膛橫截面為圓形，內徑為300 mm，高7 500 mm.爐膛內插入冷卻水管，通過改變插入深度調節爐膛溫度，位于爐膛底部的布風板上均布風帽，布風板接一次風箱，一次風通過布風板供人爐膛，沒有采用二次風，在爐膛側壁距離布風板約860 mm處設置兩個水平給料口，分別與兩臺螺旋給料機直接連接，一臺用于加入成型生物質燃料，一臺用于加入黏土添加劑，返料流化風由空氣壓縮機提供，煙氣從爐膛頂部離開爐膛后進入旋風分離器，之后進入省煤器降溫，經布袋除塵器后通過引風機經煙囪排放．采用床下油燃燒器點火啟動，試驗過程中的給料量、空氣流量、溫度和壓力等參數可以實時顯示和控制，采用傅里葉紅外分析儀對煙氣進行在線分析，煙氣取樣點位于省煤器后，此處的煙氣溫度約350℃。
1.2試驗方法
試驗中所使用的燃料分別為經過粉碎成型的顆粒狀玉米秸稈和蘋果樹枝，在成型過程中沒有添加其它物質，燃料顆粒的直徑為6 mm、長度為10 mm，產地為遼寧營口一帶，表l為這兩種生物質成型燃料的元素分析和工業分析結果，表2為灰的主要化學成分和灰熔融性的分析結果．試驗中采用特殊爐渣作為床料，黏土作為添加劑，黏土在試驗過程中通過螺旋給料機間斷地加入．黏土的主要化學成分分析結果見表2。
試驗中，生物質的給料速率為29 ~33kg/h，爐膛出口氧體積分數控制在10%．試驗共連續進行了12h，分別進行了不同溫度下純燃玉米秸稈成型燃料、混燃玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料（混合比例（質量比）為1：1）的燃燒特性和排放特性，試驗過程中對飛灰和底渣取樣，進行成分和碳燃盡率檢測，取樣位置如圖l所示，文中所述的氣體污染物排放濃度均為轉換成干煙氣、11%的氧氣體積分數下的排放結果。
2、試驗結果和分析
2.1燃燒特性
爐膛出口氧體積分數為10%時，不同溫度下純燃玉米秸稈成型燃料、混燃玉米秸稈成型燃料與蘋果樹枝成型燃料在典型工況下，爐膛內溫度分布如圖2所示，從圖2中可以看出，爐膛上下溫度分布比較均勻，沒有特別的高溫區和低溫區，說明生物質成型燃料顆粒進入爐膛后上下的燃燒份額分布比較均勻，并沒有出現入爐后因揮發分快速析出燃燒造成的局部溫度過高的現象．圖3為爐膛出口氧體積分數為10%、純燃玉米秸稈成型燃料時的爐膛溫度運行曲線，可見，運行穩定，沒有出現任何床層黏結和結焦的現象，圖4為爐膛出口氧體積分數為10%、玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料按照質量比1：1混合加入爐膛燃燒時，爐膛溫度的運行曲線，燃燒狀態與純燃玉米秸稈成型燃料時基本一致。
玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料的混合物在爐膛平均溫度為880℃、爐膛出口氧體積分數為10%的燃燒工況下，進行飛灰和底渣取樣并檢測其含碳量，飛灰的碳含量為2.53%，底渣碳含量為0.3%．通過熱平衡計算得出燃燒效率達到96.8%，可見生物質中的碳具有較高的燃燒活性。
2.2污染物排放特性
圖5為爐膛出口氧體積分數為10%、純燃玉米秸稈成型燃料時，煙氣中CO、N20、NO、S02和HC1的排放質量濃度隨爐膛平均溫度的變化曲線．從圖5中可以看出，CO的排放質量濃度隨燃燒溫度的升高急劇下降，燃燒溫度低于850℃時，CO的排放質量濃度很高，說明在較低溫度下生物質不能夠充分燃燒．由于試驗中沒有采取分級供風，所以NO和N20的排放質量濃度較高。
純燃玉米秸稈成型燃料的煙氣中，S02的排放質量濃度隨著燃燒溫度的升高呈增大的趨勢，圖5中S02的質量濃度曲線為沒有采取脫硫措施情況下的排放值，雖然玉米秸稈中的硫含量較低，但是如果不采取脫硫措施，S02的平均排放質量濃度達到529mg/m3，不能達到國家規定的環保要求，圖6和圖7為爐膛底部溫度為880℃時，典型工況下S02的排放質量濃度曲線．由于蘋果樹枝中的硫含量大大低于玉米秸稈中的硫含量，所以燃燒玉米秸稈和蘋果樹枝混合物時，尾氣中S02的排放質量濃度遠低于純燃玉米秸稈時的排放質量濃度，平均排放質量濃度只有109 mg／m3.因此，循環流化床燃燒生物質時，是否需要采取脫硫措施取決于生物質的種類。
由于玉米秸稈和蘋果樹枝中Cl元素的含量較高，因此燃燒過程中將產生HC1氣體．從圖5中可以看出，隨著燃燒溫度的升高，HCI的生成量增大，煙氣中的排放質量濃度較高，最大排放值達到802mg/m3.圖8和圖9分別為爐膛底部溫度為880℃時，純燃玉米秸稈成型燃料、混燃玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料的典型工況下，HCI排放質量濃度曲線，由圖8和圖9可見，混燃玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料時，由于蘋果樹枝的氯含量低于玉米秸稈，所以HC1的排放質量濃度較純燃玉米秸稈成型燃料時低，平均值為458mg/m3，但是此排放質量濃度仍然遠遠超過國家規定的排放標準，必須采取措施降低HCI的排放值。
2,3添加劑和選擇性床料對于控制黏結的作用
試驗研究表明，如果以砂子（主要成分是S102）作為流化床的床料，隨著運行時間的增長，床層將出現黏結現象．原因是生物質在流化床燃燒過程中所生成的堿金屬化合物，如KC1、Nacl、K2S04.K2C03等，將與床料反應，生成具有黏性的低熔點物質硅酸鉀和硅酸鈉，反應式如下：
針對流化床純燃生物質所存在的床料黏結問題，本試驗中采取了特殊床料和適當使用添加劑的方法，整個試驗過程中沒有出現溫度和壓力的非正常波動，沒有出現任何床層黏結現象．試驗中采用特殊爐渣作為床料，由于爐渣中不含SiO2，僅混有極少量的砂子，所以反應(1)一(4)的低熔點物質硅酸鉀和硅酸鈉的生成量較少；同時，在燃燒過程中間斷地添加黏土作為添加劑，黏土的主要成分為Al203·2S102．2H20，其抑制黏結的機理如下。
從上述的反應式中可以看出，Al203·2Si02．2H20分解失去結晶水后不僅能夠與堿金屬化合物直接反應，還能夠與低熔點物質硅酸鉀和硅酸鈉發生反應生成熔點較高的鈉長石和鉀長石，鉀長石的熔點為1130—1450℃，鈉長石的熔點為l100~1200℃，因此，黏土能夠有效地抑制生物質在流化床燃燒過程中床料黏結的發生，同時黏土對于循環流化床的物料循環流化也起到穩定的作用。
3、結論
(1)玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料在循環流化床中能夠穩定燃燒，顆粒狀的生物質燃料在爐膛上下燃燒份額的分布比較均勻，生物質中的碳燃盡率較高，燃燒效率達到96. 8%，沒有出現人爐后揮發分快速析出燃燒所造成的局部溫度過高的現象。
(2)循環流化床混燃玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料時，煙氣中HC1的排放質量濃度較高；純燃玉米秸稈成型燃料時，S02的排放質量濃度較高，但是混燃玉米秸稈成型燃料和蘋果樹枝成型燃料時．S02的排放質量濃度較低；是否需要脫硫依生物質中的硫含量決定。
(3)使用特殊爐渣作為床料和加入黏土作為添加劑的方法，能夠有效抑制由于生物質堿金屬含量較高而引起的床料黏結的發生，同時，黏土對于循環流化床的物料循環流化也起到穩定的作用。
