0、前言
人類生存和社會發展都離不開能源，隨著經濟的高速發展對能源的需求量也將日趨快速增長。在常規一次能源中，煤碳、石油、天然氣等必然會被開采殆盡，開發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境污染問題。因此，提高能源利用效率，采用先進的技術手段研究利用可再生能源，以逐步取代煤碳、石油、天然氣等常規一次非再生能源，是解決能源危機和環境保護問題的重要途徑之一。可再生能源的種類繁多，其中生物質是可再生能源中比較有代表性的能源，特點是生物質資源儲量豐富、分布廣泛、使用清潔方便，具有很好的開發利用價值，富通新能源生產銷售的
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機、秸稈壓塊機專業壓制生產生物質成型顆粒燃料。
生物質是指依靠太陽光合作用而產生的各種有機物質，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，生物質是一種可再生的碳源，利用碳的循環能夠有效地減少甚至消除二氧化碳的排放，從而實現控制和減弱溫室效應的發生。據有關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。
生物質能源被認為是第四大能源，分布廣，蘊藏量大。我國是一個農業大國，現有生物質能資源森林、草原和耕地面積達41.4億公頃，理論上生物質資源每年可達650億噸以上。如果按平均發熱量為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。 據調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采伐、育林修剪和薪炭林，年均薪柴產量約為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；城市垃圾量生產量約1.2億噸標煤，并以每年8%-10%的速度遞增，據估算我國可開發的生物質能資源總量約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年陸續出臺了相應的配套措施。這表明我國已在法律上明確了可再生能源包括生物質能在現代能源中的地位，并在政策上給予了巨大支持。為此，開展生物質能源的應用研究具有很好的現實意義。
1、生物質顆粒燃料基本特性
生物質的種類很多，一般可分以下5大類：
①木質素：木塊、木屑、樹皮、樹根等；
②農業廢棄物：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。
幾種生物質的工業分析和元素組成及熱值見表1和表2所示。
生物質作為有機物燃料是由多種復雜的高分子有機化合物組成的復合體，化學組成主要有纖維素、半纖維素、木質素和提取物等，這些高分子物質在不同種類生物質、同一種類生物質的不同區域其組成也不同，有些甚至有很大差異。
生物質的組成分析主要有工業分析和元素分析兩種，表1、表2為幾種典型秸稈的工業分析和元素分析。由表1和表2可知，生物質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，生物質顆粒燃料的成分和常規燃料煤炭基本上沒什么區別，但正是各成分在數量上的差異導致了生物制燃燒產物與煤炭的差異。生物質的碳含量普遍在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。由于生物質顆粒燃料的可燃組分含量相對比較低，因此生物質顆粒燃料的低位發熱量比一般煙煤低。在著火燃燒性能方面，生物質顆粒燃料的揮發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。
根據秸稈生物質顆粒燃料高揮發分、高氧量、低硫份和灰份的基本特性，因此相對于煤炭而言，秸稈生物質具有易燃、清潔環保的特點。
2、生物質顆粒燃料燃燒過程分析
目前，生物質的利用技術主要有生物質的氣化發電、熱解液化和直接燃燒發電等。在實際應用過程中，生物質直接燃燒發電應用較為廣泛，直接燃燒技術是最簡便可行的高效利用生物質資源的方式之一。
生物質直接燃燒是將生物質直接作為燃料燃燒，燃燒產生的能量主要用于發電或集中供熱等。生物質直接燃燒具有如下特點：
①生物質燃燒所釋放出的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；
②生物質的燃燒產物用途廣泛，灰渣可加以綜合利用；
③生物質顆粒燃料可與礦物質燃料混合燃燒，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采用生物質燃燒設備可以實現各種生物質資源的減量化、無害化和資源化。
由于生物質顆粒燃料特性與化石燃料不同，從而導致了生物質顆粒燃料在燃燒過程中的燃燒機理、反應速度以及燃燒產物的成分與化石燃料相比也都存在較大差別，表現出不同于化石燃料的燃燒特性。生物質的n(H)／n(C)比和n(O)／n(C)值均比煤要高，而且生物質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，木質素在310～400℃分解，因此其著火特性與煤相比存在差異。
生物質的直接燃燒利用技術，一般是將生物質進行成型預處理，尤其是秸稈類生物質。成型技術是指在一定溫度、壓力下，將分散的、沒有一定形狀的生物質壓制成具有一定形狀、密度較大的成型燃料。生物質成型工藝為：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。目前成型設備主要有螺旋擠壓式成型機、機械活塞沖壓式成型機、環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玉米秸稈生物質和常見煙煤、煤矸石為例進行燃燒性能參數分析。
表3為三種燃料燃燒產物生成量，圖1為玉米秸稈在不同燃燒空氣過量系數條件下，實際燃燒產生的煙氣量。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，采用經過熱壓成型預處理后的玉米秸稈，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，玉米秸稈首先經過干燥、揮發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象。及時調整配風量，適度增加空氣供給量，燃燒火焰發生變化，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，經過預先成型處理后的玉米秸稈，只要適度調整燃燒配風供給方式就能滿足移動層燃的要求。
3、結論
生物質是一種可再生能源被認為是第四大能源，我國是一個農業大國，生物質資源分布廣，蘊藏量大，理論上生物質資源每年可達650億噸以上，具有很好的開發利用前景。在我國可以作為能源利用的生物質主要包括各類秸稈、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過預先成型處理，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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