1．概述
生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣而居世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。專家預(yù)測，生物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀(jì)中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。
我國是一個人口大國，又是一個經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的國家，生物質(zhì)能的研究利用是解決“三農(nóng)”問題及農(nóng)村生活用能匱乏的重要途徑，又是保護(hù)環(huán)境、實(shí)施可持續(xù)戰(zhàn)略發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。開發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
生物質(zhì)能利用的最終產(chǎn)品有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)品都要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)過程，在轉(zhuǎn)化過程中有一定的能量損失，因此，同其他生物質(zhì)能利用技術(shù)相比較，生物質(zhì)
顆粒燃料技術(shù)因生產(chǎn)過程簡單而更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，其產(chǎn)品更容易直接使用。因此，生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)列入我國可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)。
(1)國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
①生物質(zhì)顆粒燃料的特征。生物質(zhì)致密成型燃料是生物能源的一種類型，是將生物質(zhì)進(jìn)行加工、生產(chǎn)出的一種具有要求密度和熱值的燃料。它具有以下主要特征：有比較高的密度，一般為1.0～1.3克／厘米3；熱值一般為16 000～17000千克／焦；灰分小，有害成分低，可以實(shí)現(xiàn)C02的零排放。植物秸稈中含有一定量的硅、堿金屬、堿土金屬和氯元素，硅元素的存在使得在成型燃料加工過程機(jī)械磨損較重，堿金屬、堿土金屬和氯元素的存在使得成型燃料在燃燒過程中形成氧化物沉積在爐壁表面造成腐蝕。
②生物質(zhì)顆粒燃料的分類。生物質(zhì)顆粒燃料按形狀可以分為顆粒狀（直徑∮5～12毫米，長度10～30毫米的小圓柱體）、方塊狀（截面為30×30毫米的正方形，長度一般為30～80毫米）和中空棒狀（截面一般為六棱形，直徑Ø50～60毫米，長度500毫米左右，中心帶有直徑為cp20的通孔）。
③國外發(fā)展現(xiàn)狀。國外成型燃料的發(fā)展分為三個階段。從20世紀(jì)30～50年代為研究、示范、交叉引進(jìn)階段，研究的著眼點(diǎn)以代替化石能源為目標(biāo)。20世紀(jì)70～90年代為第二階段，各國普遍重視了化石能源對環(huán)境的影響，對數(shù)量較大的、可再生的生物質(zhì)能源產(chǎn)生了興趣，開展生物質(zhì)致密成型燃料的研究，到20世紀(jì)90年代，歐洲、美洲，亞洲的一些國家在生活領(lǐng)域比較大量地應(yīng)用生物質(zhì)致密成型燃料。20世紀(jì)90年代后期至今為第三階段，首先以丹麥為首開展了規(guī)�；玫难芯抗ぷ�，丹麥著名的能源投資公司BWE率先研制成功了第一座生物質(zhì)致密成型燃料發(fā)電廠，隨后，瑞典、德國、奧地利等國先后開展了利用生物質(zhì)致密成型燃料發(fā)電和作為鍋爐燃料研究。目前，丹麥已經(jīng)建立了130座發(fā)電廠。
目前，美國已經(jīng)在25個州興建了樹皮成型燃料加工廠，每天生產(chǎn)燃料超過300噸。但生物質(zhì)顆粒燃料以歐洲的一些國家如丹麥、瑞典、奧地利發(fā)展最快。例如，瑞典人均生物質(zhì)致密成型燃料消耗量達(dá)到160千克／年。歐洲現(xiàn)有近百家生物質(zhì)致密成型燃料加工廠，農(nóng)場主以秸稈為原料，靠近城市的加工廠以木屑為原料。南非在2003年建成了4座以木柴加工廢棄物為原料，年產(chǎn)量達(dá)到20萬噸的成型燃料加工廠，富通新能源生產(chǎn)銷售
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
總體而言，國外生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)發(fā)展有如下幾個特點(diǎn)：
●生產(chǎn)技術(shù)大部分已經(jīng)成熟，并達(dá)到規(guī)�；蜕唐坊�；
●成型燃料的用途已經(jīng)由燒壁爐等生活用能為主轉(zhuǎn)向了生產(chǎn)應(yīng)用；
●設(shè)備制造比較規(guī)范，但能耗高，價(jià)格高。
④國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀。我國從20世紀(jì)80年代起開始致力于生物質(zhì)顆粒燃料技術(shù)的研究，主要引進(jìn)韓國、臺灣地區(qū)、日本等成套設(shè)備，并以螺桿擠壓杌為主。隨后，荷蘭、比利時等國技術(shù)設(shè)備也相繼推人中國。“七五”開始，國內(nèi)的一些科研院所和企業(yè)開始對生物質(zhì)致密成型機(jī)及生物質(zhì)成型理論研究。但由于設(shè)備螺桿磨損快和產(chǎn)品沒有市場的原因，發(fā)展緩慢。1990年前后，一些單位先后研制和生產(chǎn)了幾種不同規(guī)格的生物質(zhì)成型機(jī)和碳化機(jī)組，這些設(shè)備包括機(jī)械沖壓式成型機(jī)、液壓驅(qū)動活塞式成型機(jī)、電加熱螺桿成型機(jī)等。但這些設(shè)備存在著一些諸如成型筒及螺旋軸磨損嚴(yán)重、壽命較短、電耗大等缺點(diǎn)。1999年遼寧省能源研究所在國家科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，研制開發(fā)成功生物質(zhì)致密成型機(jī)組，該機(jī)組包括干燥、成型、炭化等設(shè)備，標(biāo)志著我國的棒狀生物質(zhì)顆粒燃料及機(jī)制木炭設(shè)備進(jìn)入一個新水平。
進(jìn)入21世紀(jì)，化石能源價(jià)格連續(xù)攀升，環(huán)境污染日益加劇，國家開始對各種可再生清潔能源開發(fā)的重視，生物質(zhì)顆粒燃料也進(jìn)入了良好的發(fā)展階段，顆粒狀、小方塊狀成型燃料也引起高度關(guān)注。目前，包括國內(nèi)很多企業(yè)和大專院校、科研院所開發(fā)成功擠壓式、液壓沖擊式、螺桿式成型燃料生產(chǎn)設(shè)備，并在取暖爐、鍋爐、機(jī)制木炭生產(chǎn)等方面廣泛使用。
總體來說，我國的生物質(zhì)顆粒燃料有如下特點(diǎn)：
●在全國范圍內(nèi)，還處于研究示范試點(diǎn)階段，規(guī)�；褪袌龌^差；
●設(shè)備的技術(shù)原理比較先進(jìn)，成本低廉，適合我國國情；
●設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行能力不高；
●管理不規(guī)范，支持政策缺乏，推廣速度緩慢。
2．生物質(zhì)顆粒燃料成型原理及其影響因素
(1)成型原理
①生物質(zhì)壓縮成型的粘結(jié)機(jī)制。生物質(zhì)成型塊的品質(zhì)受諸多因素影響，這些因素有的與生物質(zhì)自身的生化特性有關(guān)，有的與外部壓縮條件、模具類型、壓縮方式、成型工藝等有密切聯(lián)系，它們都從根本上影響或制約著成型塊內(nèi)部的粘結(jié)方式和黏結(jié)力大小，直接造成成型塊物理品質(zhì)的差異。1962年德國的Rumpf針對不同材料的壓縮成型，將成型物內(nèi)部的黏結(jié)力類型和黏結(jié)方式分成5類：a．固體顆粒橋接或架橋；b．非自由移動粘結(jié)劑作用的黏結(jié)力；c-自由移動液體的表面張力和毛細(xì)壓力；d．粒子間的分子吸引力（范德華力）或靜電引力；e．固體粒子間的充填或嵌合。多數(shù)農(nóng)作物秸稈在較低的壓力壓縮下，秸稈破裂，由于秸稈斷裂程度不同，形成規(guī)則和大小不一的大顆粒，在成型塊內(nèi)部產(chǎn)生了架橋現(xiàn)象，所以成型塊的松弛密度和耐久性都較低。粉碎的秸稈或鋸末，在壓力作用下，細(xì)小的顆�；ハ嘀g容易發(fā)生緊密充填，其成型塊的密度和強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)農(nóng)林廢棄物進(jìn)行熱壓成型時，構(gòu)成生物質(zhì)的化學(xué)成分可以轉(zhuǎn)換為黏結(jié)劑，增強(qiáng)了成型物顆粒間的黏結(jié)力。J．A．Lindley在對生物質(zhì)燃料壓縮成型的研究中認(rèn)為，雖然成型物的密度和強(qiáng)度受溫度、含水量、壓力、添加劑等諸多因素影響，但實(shí)質(zhì)上，都可以用Rumpf所述的一種或一種以上的黏結(jié)類型和黏結(jié)力來解釋生物質(zhì)成型物內(nèi)部的成型機(jī)制。
②生物質(zhì)壓縮成型的粒子特性。構(gòu)成生物質(zhì)成型塊的主要物質(zhì)形態(tài)為不同粒徑的粒子，粒子在壓縮過程中表現(xiàn)出的充填特性、流動特性和壓縮特性對生物質(zhì)的壓縮成型有很大的影響。通常生物質(zhì)壓縮成型分為兩個階段。第一階段，在壓縮初期，較低的壓力傳遞至生物質(zhì)顆粒中，使原先松散堆積的固體顆粒排列結(jié)構(gòu)開始改變，生物質(zhì)內(nèi)部孑L隙率減少。第二階段，當(dāng)壓力逐漸增大時，生物質(zhì)大顆粒在壓力作用下破裂，變成更加細(xì)小的粒子，并發(fā)生變形或塑性流動，粒子開始充填空隙，粒子間更加緊密地接觸而互相嚙合，一部分殘余應(yīng)力貯存于成型塊內(nèi)部，使粒子間結(jié)合更牢固。壓力、含水率及粒徑是影響粒子在壓縮過程中發(fā)生變化的主要因素。在生物機(jī)體內(nèi)存在的適量的結(jié)合水和自由水是一種潤滑劑，使粒子間的內(nèi)摩擦變小，流動性增強(qiáng)，從而促進(jìn)粒子在壓力作用下滑動而嵌合。構(gòu)成成型塊的粒子越細(xì)小，粒子間充填程度就越高，接觸越緊密；當(dāng)粒子的粒度小到一定程度（幾百至幾微米）后，成型塊內(nèi)部的結(jié)合力方式和主次甚至也會發(fā)生變化，粒子間的分子引力、靜電引力和液相附著力（毛細(xì)管力）開始上升為主導(dǎo)地位。根據(jù)研究，成型塊的抗?jié)B水性和吸濕性都與粒子的粒徑有密切關(guān)系，粒徑小的粒子比表面積大，成型塊容易吸濕回潮；但與之相反的是，由于粒子的粒徑變小，粒子間空隙易于充填，可壓縮性變大，使得成型塊內(nèi)部殘存的內(nèi)應(yīng)力變小，從而削弱了成型塊的親水性，提高了抗?jié)B水性。在對植物材料壓縮成型時粒子變形和結(jié)合形式的研究中，郭康權(quán)等對成型塊內(nèi)部粒子進(jìn)行顯微鏡觀察和粒子二向平均徑測量，并建立了粒子微觀結(jié)合模型認(rèn)為，在垂直于最大主應(yīng)力的方向上，粒子向四周延展，粒子間以相互嚙合的形式結(jié)合；在沿著最大主應(yīng)力的方向上，粒子變薄，成為薄片狀，粒子層之間以相互貼合的形式結(jié)合。根據(jù)該結(jié)合模型可以說明，生物質(zhì)原料的粒子越軟，粒子二向平均徑越易變大，生物質(zhì)越易壓縮成型。當(dāng)植物材料中的含水量過低時，粒子得不到充分延展，與四周的粒子結(jié)合不夠緊密，所以不能成型；當(dāng)含水率過高時，粒子盡管在垂直于最大主應(yīng)力方向上充分延展，粒子間能夠嚙合，但由于原料中較多的水分被擠出后，分布于粒子層之間，使得粒子層間不能緊密貼合，因而不能成型。
③生物質(zhì)壓縮成型的電勢特性。根據(jù)傳統(tǒng)的動電學(xué)理論，一旦固體顆粒與液體接觸，在固體顆粒表面會發(fā)生電荷的優(yōu)先吸附現(xiàn)象，這使固相表面帶電荷，在與固體表面接觸的周圍液體會形成相反電荷的擴(kuò)散層，從而構(gòu)成了雙電層。這種介于固體顆粒表面和液體內(nèi)部的電勢差稱為F電勢，它對生物質(zhì)顆粒的壓縮成型起排斥作用。因此，減小F電勢的絕對值，就可以在少加或不添加粘結(jié)劑的情況下，提高成型塊的強(qiáng)度。有人研究發(fā)現(xiàn)不同生物質(zhì)原料的F電勢大小是不盡相同的，而且還受生物質(zhì)顆粒在水中的接觸時間、濃度、溫度和添加劑等因素的影響，有效地控制這些因素條件，可以顯著降低F電勢絕對值。一些有機(jī)化合物，如聚環(huán)氧乙烷可以作為一種添加劑，起到中和F電勢，減小壓縮過程的排斥力的作用。試驗(yàn)證明，該添加劑能明顯改善成型塊的強(qiáng)度、抗跌碎性和抗?jié)L碎性等性能，如將聚環(huán)氧乙烷的水溶液加入到松木屑（含水率9.2%）中，與松木屑的配比濃度從1110 000增加到3／10 000，在內(nèi)徑為48毫米圓筒模，最大壓力為138兆帕條件下進(jìn)行壓縮成型試驗(yàn)，結(jié)果顯示成型塊的松弛密度由1 025千克／米3提高了1%；抗破碎強(qiáng)度增加了36%；跌碎試驗(yàn)質(zhì)量損失減少了25%。
④生物質(zhì)壓縮成型的化學(xué)成分變化。在相同的壓縮條件下，不同生物質(zhì)成型塊的物理品質(zhì)卻表現(xiàn)出較大差異，這與生物質(zhì)本身的生物特性有一定關(guān)系，是由生物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)和組成成分不同而造成的。通常各種生物質(zhì)材料的主要組成成分都是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素構(gòu)成，此外還含有水和少量的單寧、果膠質(zhì)、萃取物、色素和灰分等。在構(gòu)成生物質(zhì)的各種成分中，木質(zhì)素普遍認(rèn)為是生物質(zhì)固有的最好的內(nèi)在粘結(jié)劑。它是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成的，具有三度空間結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，在水中以及通常的有機(jī)溶劑中幾乎不溶解，100℃才開始軟化，160℃開始熔融形成膠體物質(zhì)。因此，木質(zhì)素含雖高的農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物非常適合熱壓成型。在壓縮成型過程中，木質(zhì)素在溫度與壓力的共同作用下發(fā)揮粘結(jié)劑功能，粘附和聚合生物質(zhì)顆粒，提高了成型物的結(jié)合強(qiáng)度和耐久性。生物質(zhì)體內(nèi)的水分作為一種必不可少的自由基，流動于生物質(zhì)團(tuán)粒間，在壓力作用下，與果膠質(zhì)或糖類混合形成膠體，起粘結(jié)劑的作用，因此過于干燥的生物質(zhì)材料通常情況下是很難壓縮成型的。研究表明，生物質(zhì)體內(nèi)的水分還有降低木質(zhì)素的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的作用，使生物質(zhì)在較低加熱溫度下成型。生物質(zhì)中的半纖維素由多聚糖組成，在一定時間的貯藏和水解作用下可以轉(zhuǎn)化木質(zhì)素，也可達(dá)到粘結(jié)劑的作用。生物質(zhì)中的纖維素是由大量葡萄糖基構(gòu)成的鏈狀高分子化合物構(gòu)成，是不溶于水的單糖，因此纖維素分子連接形成的纖絲，在以粘結(jié)劑為主要結(jié)合作用的粘聚體內(nèi)發(fā)揮了類似于混凝土中“鋼筋”的加強(qiáng)作用，成為提高成型塊強(qiáng)度的“骨架”。此外生物質(zhì)所含的腐殖質(zhì)、樹脂、蠟質(zhì)等萃取物也是固有的天然粘結(jié)劑，它們對壓力和溫度比較敏感，當(dāng)采用適宜的溫度和壓力時，也有助于在壓縮成型過程中發(fā)揮有效的粘結(jié)作用。生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素在不同的高溫下，均能受熱分解轉(zhuǎn)化為液態(tài)、固態(tài)和部分氣態(tài)產(chǎn)物。將生物質(zhì)熱解技術(shù)與壓縮成型工藝相結(jié)合，通過改變成型物料的化學(xué)成分，即利用熱解反應(yīng)產(chǎn)生的液態(tài)熱解油（或焦油）作為壓縮成型的粘結(jié)劑，有利于提高粒子間的粘聚作用，并提高成型燃料的品位和熱值。一個最近的研究表明，將榛子殼在327℃熱解產(chǎn)生的熱解油作為壓縮成型的粘結(jié)劑，結(jié)果顯著提高成型燃料的松弛密度和耐久性等物理品質(zhì)指標(biāo)值。
(2)影響生物質(zhì)致密成型的因素
對于生產(chǎn)成型燃料而言，只有干燥的物料成型才是有意義的，熱成型經(jīng)過多年的發(fā)展也已成熟，所以，這里我們只討論干物料的常溫成型這一種情況。影響生物質(zhì)致密成型的主要因素有：原料種類、含水率、粒度、成型壓力、成型模具的形狀尺寸及加熱溫度等。這些影響因素在不同成形方式下表現(xiàn)形式也不盡相同。
①原料的種類的影響。圖1是玉米秸稈、蘆葦、豆稈、鋸末、稻殼五種物料在常溫條件下的成型規(guī)律。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈和蘆葦成型顆粒達(dá)到較高的密度時，所需壓縮比（可以認(rèn)為是相同壓力）相同；而鋸末為了達(dá)到較高密度則需要較大的壓縮比。
這一結(jié)果反映了生物質(zhì)本身的組織結(jié)構(gòu)和組成成分差異。通常各種生物質(zhì)材料的主要組成成分都是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等構(gòu)成，木質(zhì)素是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單體構(gòu)成的，具有三度空間結(jié)構(gòu)的天然高分子化合物，常溫條件下，在水中以及通常的有機(jī)溶劑中幾乎不溶解，也不軟化，它的含量對顆粒成型影響不大。而纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分之一，由葡萄糖組成的線形高分子。較高纖維素的含量，說明植物細(xì)胞機(jī)械組織發(fā)達(dá)，顆粒成型時需要較大的壓縮比。玉米秸稈、蘆葦?shù)睦w維素含量少，成型時所需的壓力�。欢從┑睦w維素含量高，成型時所需的壓力大。
熱成型顯示的是不同的規(guī)律。熱成型的難易程度受到原料木質(zhì)素含量的影響。事實(shí)證明，木屑、稻殼等容易成型；玉米秸稈等原料有與木質(zhì)素含量低則不容易成型。
②成型壓力的影響。前面的討論已經(jīng)表明，一般來說對于常溫成型，在比較大的壓力下可以獲得密度高的成型燃料。但不同的原料，壓力對燃料密度的影響有一定差別。
對于環(huán)模壓縮來說，由于難以測量成型壓力，一般以壓縮比大小來表示成型壓力的相對大小。其結(jié)果表明，壓縮比增大，燃料密度增加。堆積密度大的原料在成型時一般需要較大的壓縮比。這一規(guī)律在塊狀燃料成型過程中也適用。在塊狀燃料成型時，當(dāng)壓力達(dá)到一定值（通常為40～50兆帕）時，燃料密度增大緩慢或幾乎不增大。壓力在15～35兆帕之間，成型效果最好，燃料密度在1.1～1.3克／厘米3之間。
對壓力與燃料密度的關(guān)系，不同的研究人員得出不同的結(jié)果。Skalweit最早建立了基本的冪數(shù)關(guān)系式為：P-crm，式中P為壓力，兆帕；r為顆粒成型密度，千克／米3；c，m均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。該式適于1～2兆帕較低壓力下的壓力與密度間的關(guān)系。在30～60兆帕較高壓力下對生物質(zhì)的壓縮成型試驗(yàn)，所測得試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)采用Ori- gin6.1專業(yè)軟件進(jìn)行指數(shù)關(guān)系擬合，結(jié)果表明，生物質(zhì)高密度壓縮過程中壓力與密度的關(guān)系符合指數(shù)關(guān)系形式，即：P—Aehr，A，b均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，P為壓力，兆帕；r為密度，千克／米a。國內(nèi)有研究人員得出的結(jié)果是，燃料密度與壓力的關(guān)系趨于對數(shù)函數(shù)或三次冪函數(shù)的正值部分(p=aPa+bPz+cP+d，p為密度，P為成型壓力)，他們將測量值曲線分別進(jìn)行對數(shù)擬合和多項(xiàng)式擬合回歸出合理的函數(shù)關(guān)系式。
②原料含水率的影響。不同研究人員的研究結(jié)果表明，無論是顆粒燃料還是塊狀燃料，原料含水率嚴(yán)重影響常溫成型產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。雖然針對不同的原料，適宜的含水率要求稍有差別，但總體規(guī)律是一致的。適宜含水率一般在12%～18%之間，最佳含水率在15%左右。含水率小于15%左右時，燃料密度隨含水率的增加呈增大趨勢；含水率大于15%左右時，燃料密度快速下降，成型塊表面有裂紋，蕓至不能成型。
關(guān)于適量水在成型過程中的作用，一般認(rèn)為：在生物機(jī)體內(nèi)存在的適量的結(jié)合水和自由水是一種潤滑劑，使粒子間的內(nèi)摩擦變小，流動性增強(qiáng)，從而促進(jìn)粒子在壓力作用下滑動而嵌合。當(dāng)生物質(zhì)原料的含水量過低時，粒子得不到充分延展，與四周的粒子結(jié)合不夠緊密，所以不能成型；當(dāng)含水率過高時，粒子盡管在垂直于最大主應(yīng)力方向上充分延展，粒子間能夠嚙合，但由于原料中較多的水分被擠出后，分布于粒子層之間，使得粒子層間不能緊密貼合，因而不能成型。
3．生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性
(1)生物質(zhì)顆粒燃料的性能
(2)生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性
生物質(zhì)尤其是秸稈類生物質(zhì)的堆積密度小，揮發(fā)份高達(dá)60%—70%，容易點(diǎn)火。同時其熱分解溫度也比較低，一般在350℃就分解釋放出80%的揮發(fā)分。燃燒速度快，點(diǎn)火不久燃燒就由動力區(qū)進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)。揮發(fā)分在短時間內(nèi)迅速燃燒使得放熱量劇增。高溫?zé)煔鈦聿患皞鳠峋瓦M(jìn)入煙囪，造成大量的排煙熱損失。另外，揮發(fā)分燃燒迅速使得燃燒所需要的氧氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外界擴(kuò)散進(jìn)入燃燒器具內(nèi)的氧氣量，揮發(fā)分燃燒不充分，形成大量的CO、H2、CH4等，能量損失嚴(yán)重。
揮發(fā)分燃燒完畢，進(jìn)入焦炭燃燒階段時，氣流的擾動會使呈松散狀態(tài)的生物質(zhì)焦炭懸浮而脫離燃燒層，進(jìn)入爐膛上方空間，最后經(jīng)煙道進(jìn)人煙囪形成大量的黑灰，造成能量損失和環(huán)境污染。此時，燃燒層內(nèi)焦炭量很少，無法形成燃燒中心，燃燒后勁不足。這時如果進(jìn)氣量不能及時嚴(yán)格控制，過剩的大量空氣會降低爐內(nèi)溫度，進(jìn)一步增加排煙熱損失。
生物質(zhì)顆粒燃料的密度遠(yuǎn)大于原生生物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)和組織特征決定了揮發(fā)分的溢出速度和傳熱速度都大大降低。點(diǎn)火溫度升高，點(diǎn)火性能變差，但比型煤的點(diǎn)火性能要好，仍為生物質(zhì)的點(diǎn)火特性。燃燒開始時揮發(fā)分慢慢分解，燃燒處于動力區(qū)，隨著揮發(fā)分燃燒逐漸進(jìn)人過渡區(qū)和擴(kuò)散區(qū)，燃燒速度適中，能夠使揮發(fā)分放出的熱量及時傳遞給受熱面，排煙熱損失降低。同時，揮發(fā)分燃燒所需的氧與外界擴(kuò)散的氧匹配較好，揮發(fā)分燃燒完全，減小了燃燒不完全的能量損失和排煙熱損失。
揮發(fā)分燃燒完畢，剩余的焦炭骨架結(jié)構(gòu)緊密，運(yùn)動的氣流不能使骨架解體懸浮，骨架炭保持層狀燃燒，形成層狀燃燒核心。這時炭燃燒所需的氧與靜態(tài)滲透擴(kuò)散的氧相當(dāng)，燃燒穩(wěn)定、完全，減小了能量及熱損失。
4．生物質(zhì)顆粒燃料的應(yīng)用前景及障礙分析
(1)應(yīng)用領(lǐng)域分析
農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使農(nóng)民的生活水平大幅度提高，一個顯著的特征就是農(nóng)村對優(yōu)質(zhì)能源和商品能源的需求劇增。1980年，我國農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)總量為3.3億噸標(biāo)煤，2002年達(dá)到7.9億噸，其中生產(chǎn)用能由0.67億噸增加到3.3億噸。在農(nóng)村能源消費(fèi)中，商品能源由1980年的30.2%增加到2002年63. 3%，2002年，農(nóng)村生產(chǎn)用能中的93%是商品能源，生活用能中42%是商品能源。按照這樣的增長速度，2010年我國農(nóng)村生活用能中商品能源要達(dá)到6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。由此可見，農(nóng)村對優(yōu)質(zhì)能源的需求巨大，采用致密成型技術(shù)將秸稈等加工成優(yōu)質(zhì)燃料供應(yīng)給農(nóng)民，可以大幅度減少農(nóng)村對其他商品能源的依賴。
我國每年排放的二氧化硫達(dá)2 500萬噸且逐年增加，因燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放總量的90%以上。大型燃煤鍋爐的除塵率和脫硫率可以達(dá)到90%，但中小型鍋爐的除塵率和脫硫率只有so%，因此，控制并逐步取締小型燃煤鍋爐成為解決二氧化硫污染的重要步驟。在中小型燃煤鍋爐逐漸不能使用而燃油、氣在經(jīng)濟(jì)上又無法承受的情況下，那些熱、汽用戶燃用生物質(zhì)顆粒燃料是相對經(jīng)濟(jì)的選擇。
(2)發(fā)展障礙
①資金及價(jià)格障礙。以成型燃料作為農(nóng)村的生活用能，必須考慮農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)承受能力，包括消費(fèi)能
力、成型燃料的成本價(jià)格、銷售市場等。在目前的條件下，如果得不到政府的財(cái)政補(bǔ)貼，在農(nóng)村發(fā)展成
型燃料存在建設(shè)資金和成型燃料的價(jià)格障礙。
●生產(chǎn)線建設(shè)投資較大：如果單純考慮農(nóng)民自己消費(fèi)，小型設(shè)備生產(chǎn)能力完全可以滿足一村使用，但這樣的設(shè)備包括廠房等投資也要20萬～30萬元。這個投資水平對于一個只有300—400戶的農(nóng)村來說是很大的。
●投資渠道單一：成型燃料屬于可再生能源項(xiàng)目，理應(yīng)受到國家的支持和補(bǔ)貼。但從長遠(yuǎn)發(fā)展角度，需要多種融資渠道來發(fā)展這個產(chǎn)業(yè)。
●各種政策補(bǔ)貼不落實(shí)：《可再生能源法》頒布1年多了，但是對于已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模的項(xiàng)目的補(bǔ)貼政策都不能落實(shí)，農(nóng)村地處偏遠(yuǎn)，更無人問津。
●農(nóng)民的適應(yīng)過程：對于我國尤其是農(nóng)村成型燃料還是新生事物，農(nóng)民已經(jīng)適應(yīng)丁燃燒免費(fèi)的秸稈，突然對高出秸稈價(jià)格2～3倍的成型燃料不能接受。另外，一些經(jīng)濟(jì)條件稍好的地方燃煤取暖，因?yàn)槌尚腿剂系臒嶂当让阂�，而價(jià)格稍高于煤炭，即便是他們對優(yōu)勢燃料有需求，也不會選擇成型燃料。這就要求各級政府從環(huán)境效益和社會效益的角度出發(fā)，對使用成型燃料的農(nóng)民給予合理的補(bǔ)貼。
②管理障礙
●管理體制不健全，責(zé)任目標(biāo)不明確。國家發(fā)改委和農(nóng)業(yè)部都即將分別頒布《可再生能源發(fā)展中長期規(guī)劃》和《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，其中對成型燃料的發(fā)展目標(biāo)做出了安排。但是如何實(shí)施、階段性目標(biāo)、任務(wù)分解、責(zé)任單位等很不明確，這就給執(zhí)行這個規(guī)劃帶來一系列的問題。
●缺乏相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：生物質(zhì)顆粒燃料已經(jīng)呈現(xiàn)蓬勃興起的態(tài)勢，各種設(shè)備、燃料產(chǎn)品魚龍混雜，亟須政府有關(guān)部門制定相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范設(shè)備、燃料產(chǎn)品市場。
③政策障礙。政策障礙主要指經(jīng)濟(jì)激勵政策和強(qiáng)制性環(huán)境政策障礙。
●目前，我國還沒有針對生物質(zhì)能開發(fā)利用的完善的經(jīng)濟(jì)激勵政策，更沒有專門針對生物質(zhì)成型燃
料的經(jīng)濟(jì)激勵政策。
●我國農(nóng)村，還沒有燃燒化石燃料的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)法律、法規(guī)對此幾乎沒有任何的約束力。
