燃料的元素成分是熱化學(xué)轉(zhuǎn)換的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物質(zhì)顆粒燃料中大部分是由碳、氫、氧、氮、硫、磷等基本元素組成的可燃質(zhì)，只有少量的無機物和一定量的水分。
（1）基本元素
A、碳
碳在自然界中是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳的一系列化合物—有機物是生命的根本，碳是占生物體干重比例最多的一種元素。植物通過光合作用吸收二氧化碳，然后通過呼吸作用、植株腐爛分解及燃燒等方式釋放二：氧化碳完成碳循環(huán)。
在生物質(zhì)燃料中，碳的含量大小決定著燃料發(fā)熱量的大小，其完全燃燒的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為
C（s）+O2（g）=CO2（g） △H=-393.5KJ/mol
燃燒熱值為393.5 KJ/mol。
在秸稈燃料中，碳的含量一般在45%左右，煤炭中含碳量為80%-90%。一般來說，含碳越高，燃點越高，因此秸稈比煤炭易點燃。
B、氫
氫是所知道的元素中最輕的，在正常情況下，氫是無色、無臭、極易燃燒的雙原子氣體，在地球上和地球大氣中只存在極稀少的游離狀態(tài)氫。氫在生物質(zhì)中的含量約為6%，主要來源于水，是僅次于碳的主要可礁物質(zhì)，氫燃燒可放出142 256 kj/kg的熱量，在生物質(zhì)中常以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖冢紵龝r以揮發(fā)分氣體析出。由于氫容易著火燃燒，所以含氫越高，燃點越低。氫燃燒后主要生成水。
C、氮
在自然界，氮元素以分子態(tài)（氮氣）、無機結(jié)合氮和有機結(jié)合氮三種形式存在。大氣中含有大量的分子態(tài)氮。但是絕大多數(shù)生物都不能夠利用分子態(tài)的氮，植物只能從土壤中吸收無機態(tài)的銨態(tài)氮（銨鹽）和硝態(tài)氨（硝酸鹽），用來合成氨基酸，再進一步合成各種蛋白質(zhì)，通過動物身體的利用和代謝及植物體自身的分解和燃燒轉(zhuǎn)化為無機氮，完成氮循環(huán)。在生物質(zhì)中，氮不能燃燒，但會降低燃料的發(fā)熱量。
D、氧
氧是地殼中最豐富、分布最廣的元素，氧通過呼吸作用進入生物體，再以水或者C02的形式回到大氣，水可以光合作用變成02，完成氧循環(huán)。氧可以助燃，它的存在使反應(yīng)物質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)一個均勻分布的體熱豫。生物質(zhì)中氧含量為35%～40%，遠(yuǎn)高于煤炭等化石燃料，因此在燃燒時的空氣需求量小于煤。
E、硫
硫是植物生長必需的礦物質(zhì)營養(yǎng)元素之一，是構(gòu)成蛋白質(zhì)和酶所不可缺少的元素。植物從土壤中吸收硫是逆濃度梯度進行的，主要以SO42-的形式進入植物體內(nèi)。植物體內(nèi)的硫可分為無機硫酸鹽和有機硫化合物兩種形態(tài)，大部分為有機態(tài)硫。無機態(tài)硫多以硫酸根的形式在細(xì)胞中積累，其含量隨著硫元素供應(yīng)水平的變化存在很大差異，既可以通過代謝合成有機硫，又可以轉(zhuǎn)移到其他部位被再次利用。
硫在植物體中的含量一般為0.1%～0.5%，其變動幅度受植物種類、品種、器官和生育期的影響。通常，十字花科植物需硫最多，禾本科植物最少。硫在植物開花前集中分布于葉片中，成熟時葉片中的硫逐漸減少并向其他器官轉(zhuǎn)移。例如，成熟的玉米葉片中含硫量為全株硫量的10%，莖、種子、根分別為33%、26%和11%。
在生物質(zhì)燃料中，硫也是可燃物質(zhì)，硫燃燒放出的熱量為9210 kl/kg。其燃燒產(chǎn)物是二氧化硫和三氧化硫，然后在高溫下與水蒸氣反應(yīng)生成亞硫酸和硫酸。這些物質(zhì)對金屬有強烈的腐蝕作用，污染人氣。在燃燒過程中，硫元素從燃料顆粒中揮發(fā)出來，與氣相的堿金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成堿金屬硫酸鹽，在900℃的爐膛溫度下，這些化合物很不穩(wěn)定。在秸稈燃燒過程中，氣態(tài)的堿金屬、硫、氯及它們的化合物將會凝結(jié)在灰顆粒或水冷壁的沉積物上。如果沉積物不受較大的飛灰顆粒或吹灰過程的擾動時，它們就會形成白色的薄層。這一薄層能夠與飛灰混合，促進沉積物的聚集和黏結(jié)。在沉積物表面上，含堿金屬元素的凝結(jié)物還會繼續(xù)與氣相含硫物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的硫酸鹽，而且在沉積物表而溫度下，多數(shù)硫酸鹽呈熔融狀態(tài)，這樣會增加沉積層表面的黏性，加劇了沉積腐蝕的程度。現(xiàn)場運行實踐表明，單獨燃燒鈣、鉀含量高，含硫量少的木柴時，沉積腐蝕的程度低；而當(dāng)將木材與含硫較多的稻草共燃時，則沉積腐蝕的就很嚴(yán)重，而且沉積物中富含K2 S04和CaS04。同時，在燃燒過程中，硫元素還可以被鈣元素捕捉。在運行的固定床和流化床燃燒設(shè)備中可以觀察到，當(dāng)循環(huán)流化床中加入石灰石后，會導(dǎo)致回料管和對流煙道中含鈣、硫物質(zhì)的聚集。值得注意的是，硫酸鈣被認(rèn)為是在過熱器管表面灰顆粒的黏合劑，能夠加重沉積腐蝕的程度。
不同生物質(zhì)的元素含量是不相同的，這主要是由生物質(zhì)種類、生長時期和生長條件等因素決定。扣除灰分變化的影響后，碳、氫、氧這三種主要的元素分析只有細(xì)微的差別。下表給出了部分生物質(zhì)原料的主要元素干燥基分析結(jié)果。
| 部分生物質(zhì)原料的主要元素分析 | ||||||
| 原料 | 灰分/% | 碳/% | 氫/% | 氧/% | 氮/% | 硫/% |
| 麥秸 | 7.2 | 45.8 | 5.96 | 40 | 0.45 | 0.16 |
| 玉米秸 | 5.1 | 46.8 | 5.74 | 41.4 | 0.66 | 0.11 |
| 稻草 | 19.1 | 38.9 | 4.74 | 35.3 | 1.37 | 0.11 |
| 稻殼 | 15.8 | 38.9 | 5.1 | 37.9 | 2.17 | 0.12 |
| 棉柴 | 17.2 | 39.5 | 5.07 | 38.1 | 1.25 | 0.02 |
| 樹屑 | 0.9 | 49.2 | 5.7 | 41.3 | 2.5 | 0 |
| 樹皮 | 4 | 50.3 | 5.83 | 39.6 | 0.11 | 0.07 |
| 白樺 | 0.4 | 48.3 | 6.4 | 44.5 | 0.08 | 0 |
