1、前言
生物質(zhì)顆粒燃料是光合作用產(chǎn)生的有機(jī)可燃物的總稱，來源十分豐富，是世界的第4大能源。生物質(zhì)顆粒燃料的固有特點(diǎn)是因其在生長(zhǎng)過程中吸收C02，參與大氣中的碳循環(huán)而實(shí)現(xiàn)溫室氣體的零排放。生物質(zhì)顆粒燃料中主要含有碳、氫及氧元素，氮、硫元素的含量很低，因此生物質(zhì)顆粒燃料燃燒過程中SOx的排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤和重油，Ox的生成率相應(yīng)也較低，是一種理想的、可再生的清潔能源。開發(fā)利用生物質(zhì)顆粒燃料不僅能緩解能源危機(jī)，減輕環(huán)境污染，節(jié)約能源，而且對(duì)發(fā)展生物質(zhì)顆粒燃料新型產(chǎn)業(yè)，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)，推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義，富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。
我國(guó)每年大約有6億t以上的農(nóng)業(yè)廢棄物（秸稈、稻殼等）及大量的林業(yè)廢棄物（木屑）。如何利用這些廢棄生物質(zhì)資源開發(fā)燃燒效率高、潔凈、方便的優(yōu)質(zhì)燃料來替代傳統(tǒng)燃料，對(duì)改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)是指應(yīng)用生物質(zhì)顆粒燃料直接燃燒產(chǎn)生熱量，進(jìn)行轉(zhuǎn)化或直接利用的技術(shù)。根據(jù)燃料構(gòu)成可分為生物質(zhì)和化石燃料混燒技術(shù)和以生物質(zhì)為單一燃料的直接燃燒技術(shù)；根據(jù)燃燒形式可分為流態(tài)化方式燃燒、懸浮燃燒方式燃燒和層燃方式燃燒。秸稈、木屑等生物質(zhì)顆粒燃料直接燃燒技術(shù)成本低、直燃高效率、有些技術(shù)無需熱能轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)推廣方式之一。
磚瓦行業(yè)作為我國(guó)傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，其自然資源、能源消耗大，環(huán)境污染大等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了其可持續(xù)發(fā)展。而各類粘土磚與燒結(jié)多孔磚因其優(yōu)良的性能，隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)需求量巨大，且日益增長(zhǎng)。因此，如何解決磚瓦企業(yè)的技術(shù)改造與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)磚瓦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題是關(guān)系到國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)良性發(fā)展與行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本問題。積極探索秸稈、木屑類生物質(zhì)顆粒燃料替代傳統(tǒng)煤燃料，開展生物質(zhì)顆粒燃料直燃技術(shù)在磚瓦企業(yè)的推廣應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)磚瓦企業(yè)“節(jié)能減排降耗”的技術(shù)改造與創(chuàng)新的重要措施之一。
2、生物質(zhì)顆粒燃料燃燒過程與特性分析
2.1生物質(zhì)顆粒燃料的基本特性
木屑和秸稈是我國(guó)目前資源豐富的生物質(zhì)顆粒燃料之一。木屑的主要物質(zhì)是有機(jī)物，主要是碳水化合物的纖維素及半纖維素；具有芳香族化合物的木素，纖維素占木材全量的一半。盡管木材中有機(jī)物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)各不相同，不同樹種或在不同部位木材所含的有機(jī)物質(zhì)也各不相同，但各種木材的元素組成幾乎是相同的。除了有機(jī)物質(zhì)成分外，木材還含有少量無機(jī)物質(zhì)，在燃燒時(shí)即產(chǎn)生灰分。秸稈的主要類型包括油菜秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈、稻草秸稈、大豆秸稈等。其基本組成與木屑相似。
作為工業(yè)燃料的工業(yè)分析一般包含含水率、揮發(fā)物、固定碳和灰分4項(xiàng)指標(biāo)，總和為100%。表l給出了典型的秸稈、木屑與煤的工業(yè)分析成分、元素組成與低位熱值。從中可以明顯看出，與煤燃料相比，生物質(zhì)顆粒燃料主要含有碳、氫及氧元素，氮、硫元素的含量很低，揮發(fā)分含量均較高、灰分低。
2.2生物質(zhì)顆粒燃料和固體煤燃料的主要區(qū)別
比較表l中數(shù)據(jù)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，與煤炭燃料相比，生物質(zhì)顆粒燃料的主要區(qū)別在于：
a．含碳量較少，含固定碳少。生物質(zhì)顆粒燃料中含碳量最高的也僅50%左右，相當(dāng)于生成年代較少的褐煤的含碳量。特別是固定碳的含量明顯地比煤炭少。因此，生物質(zhì)顆粒燃料不抗燒，熱值較低。
b．含氫量稍多，揮發(fā)分明顯較多。生物質(zhì)顆粒燃料中的碳多數(shù)和氫結(jié)合成低分子的碳?xì)浠衔�，遇一定的溫度后熱分解而析出揮發(fā)物。所以，生物質(zhì)顆粒燃料易被引燃，燃燒初期，析出量較大，在空氣和溫度不足的情況下易產(chǎn)生鑲黑邊的火焰。在使用生物質(zhì)為燃料的設(shè)備設(shè)計(jì)中必須注意到這一點(diǎn)。
c．含氧量多。生物質(zhì)顆粒燃料含氧量明顯地多于煤炭，它使得生物質(zhì)顆粒燃料熱值低，但易于引燃。在燃燒時(shí)可相對(duì)地減少供給空氣量。
d．密度小。生物質(zhì)顆粒燃料的密度明顯地較煤炭低，質(zhì)地比較疏松，特別是農(nóng)作物秸稈和木屑。這樣使得這類燃料易于燃燒和燃盡，灰燼中殘留的碳量少。
e．含硫量低。生物質(zhì)顆粒燃料含硫量一般少于0.20%，生物質(zhì)顆粒燃料燃燒過程中SOx的排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤和重油，NOx的生成率相應(yīng)也較低。燃燒時(shí)不必設(shè)置氣體脫硫裝置。
2.3 生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒過程
生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒過程是強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)過程，又是燃料和空氣間的傳熱、傳質(zhì)過程。燃燒除燃料外，必須有足夠溫度的熱量供給和適當(dāng)?shù)目諝夤⿷?yīng)。
生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒過程通常可分為三個(gè)階段，即預(yù)熱起燃（水分蒸發(fā)）階段，揮發(fā)分析出燃燒階段，木炭（固定碳）燃燒階段。
a．預(yù)熱起燃階段。在200℃以下。在80℃～100℃時(shí)，生物質(zhì)顆粒燃料隨著加熱，水分逐漸蒸發(fā)，變成千物料，當(dāng)生物質(zhì)顆粒燃料加熱到1600℃時(shí)開始釋放出揮發(fā)分。揮發(fā)分的組成為：二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、低分子碳?xì)浠衔锶缂淄?CH4）、乙烯(C2H4）等，還有氫、氧、氮等氣體。揮發(fā)分中的氫氣、甲烷、不飽和烴(CmHn)、一氧化碳是可燃成分，二氧化碳、氮?dú)馐遣豢扇汲煞�，氧氣參加燃燒反�?yīng)，但它本身不放出熱能。這個(gè)階段需要吸收熱量。
b．揮發(fā)分燃燒階段。200℃～500℃。當(dāng)溫度升高到225℃時(shí)，揮發(fā)物開始著火、放熱，此時(shí)揮發(fā)分析出加快。由于可燃?xì)怏w的大量產(chǎn)生，放熱量迅速增加。生物質(zhì)顆粒燃料經(jīng)高溫加熱所釋放的揮發(fā)分在高溫下開始燃燒，同時(shí)釋放出大量的熱能，平時(shí)看到生物質(zhì)顆粒燃料燃燒時(shí)的火焰（火苗）就是揮發(fā)分的燃燒所形成的。由于揮發(fā)分的成分較復(fù)雜，其燃燒反應(yīng)也很復(fù)雜。由于這時(shí)可燃?xì)怏w是在生物質(zhì)顆粒燃料的表面上燃燒，使氧和燃料本身隔開，因此，燃料本身只發(fā)生炭化，不直接燃燒。當(dāng)溫度到400℃時(shí)，揮發(fā)物基本燃盡，這時(shí)只剩焦油和焦炭了。
c．焦炭燃燒階段。500℃以上。揮發(fā)分物質(zhì)在燃燒初期將固定碳包裹著，氧氣不能接觸炭的表面，因而炭在揮發(fā)分燃燒的初期是不燃燒的，經(jīng)過一段時(shí)間以后，揮發(fā)分燃燒結(jié)束，剩下的火紅熾熱的焦炭與氧氣接觸并發(fā)生燃燒反應(yīng)。當(dāng)溫度達(dá)到700℃-950℃時(shí)，重碳?xì)浠衔锶紵⑷急M，并不斷產(chǎn)生灰燼。燃燒結(jié)束。
從生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒過程來看，產(chǎn)生火焰的燃燒過程為兩個(gè)階級(jí)：即揮發(fā)分析出燃燒和焦炭燃燒，前者約占燃燒時(shí)間的10%，后者則占90%。同時(shí)也可看出，生物質(zhì)顆粒燃料在燃燒過程中有如下一些特點(diǎn)：
a．生物質(zhì)顆粒燃料的密度小，結(jié)構(gòu)比較松散，揮發(fā)分含量高且快，揮發(fā)分析出時(shí)間較短，若空氣供應(yīng)不當(dāng)，有機(jī)揮發(fā)分不被容易燃燼而排出，排煙為黑色，嚴(yán)重時(shí)為濃黃色煙。所以在設(shè)計(jì)生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒設(shè)備時(shí)，必須有足夠的擴(kuò)散型空氣供給，燃燒室必須有足夠的容積和一定的攔火，以便有一定的燃燒空間和燃燒時(shí)間。同時(shí)空氣供給量的多少也是生物質(zhì)顆粒燃料燃燒效率的關(guān)鍵之一。
b．揮發(fā)分逐漸析出和燒完后，燃料的剩余物為疏松的焦炭，氣流運(yùn)動(dòng)會(huì)將一部分碳粒裹人煙道，形成黑絮，所以，通風(fēng)過強(qiáng)會(huì)降低燃燒效率。
c．揮發(fā)分燒完，焦炭燃燒受到灰燼包裹和空氣滲透較難的影響，妨礙了焦炭的燃燒，造成灰燼中殘留余碳。為促進(jìn)焦炭的燃燒充分，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)加以捅火或加強(qiáng)通風(fēng)。
從生物質(zhì)顆粒燃料燃燒灰分中堿金屬含量來判斷，木屑屬于低堿金屬含量生物質(zhì)顆粒燃料，秸稈為高堿金屬含量生物質(zhì)顆粒燃料。
3、生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性理論分析
磚瓦企業(yè)的煅燒供熱基本要求是燒結(jié)制品的最高煅燒溫度在900℃～1050℃，需連續(xù)供熱。實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒燃料直燃技術(shù)在磚瓦企業(yè)的應(yīng)用，首先需理論計(jì)算分析生物質(zhì)顆粒燃料的放熱量、空氣供給量、最高燃燒溫度是否滿足磚瓦企業(yè)的需求。
3.1生物質(zhì)顆粒燃料的發(fā)熱量
從生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒過程可以看到，作為燃料的生物質(zhì)顆粒燃料本身要消耗一部分熱量來蒸發(fā)水分。因此生物質(zhì)顆粒燃料的發(fā)熱量有兩個(gè)概念：絕干生物質(zhì)顆粒燃料的發(fā)熱量稱為高位發(fā)熱量；有一定含水率的生物質(zhì)顆粒燃料的發(fā)熱量叫做這個(gè)含水率的低位發(fā)熱量。如果生物質(zhì)顆粒燃料含水率為60%，其低位發(fā)熱量只有高位發(fā)熱量的一半左右。因此，生物質(zhì)顆粒燃料含水率越低，其發(fā)熱量越大。
3.2空氣供給量
合適的空氣量和空氣供給方式是保證生物質(zhì)顆粒燃料燃燒充分的條件之一。過多的空氣供給，會(huì)吸收燃燒產(chǎn)生的熱量，降低燃燒溫度，淡化可燃?xì)怏w的濃度，使化學(xué)反應(yīng)減慢；過少的空氣供給或空氣受阻，分配不良，會(huì)使可燃?xì)怏w未經(jīng)燃燒而逸出。單位質(zhì)量燃料的理論需要空氣量可根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式獲得。生物質(zhì)顆粒燃料中磷含量極少．而鉀都以氧化鉀的形式出現(xiàn)，故二者可以忽略不計(jì)，單位質(zhì)量燃料的理論需要空氣量可按下式計(jì)算。
3.3理論燃燒溫度
目前很難用計(jì)算方法來獲得生物質(zhì)顆粒燃料實(shí)際燃燒溫度，因?yàn)樗芡饨缭S多因素的影響。為了評(píng)價(jià)生
對(duì)于典型的油菜秸稈，若a=2.4時(shí)，其理論燃燒溫度約為980℃，明顯低于煤炭的理論燃燒溫度。實(shí)測(cè)生物質(zhì)顆粒燃料的窯膛，一般，焦炭層的燃燒溫度為850C—950℃，火焰溫度為500℃～700℃，在a減小時(shí)此值尚能提高。因此，可滿足磚瓦企業(yè)的最高煅燒溫度需求。
3.4排煙量
生物質(zhì)顆粒燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣主要是二氧化碳、氮?dú)夂退魵�。二氧化碳是由碳和氧反�?yīng)生成的：氮?dú)馐峭ㄈ说目諝庵袔氲模磪⑴c反應(yīng)：水蒸氣一部分是由氫和氧反應(yīng)生成的，另一部分是生物質(zhì)顆粒燃料中蒸發(fā)出的水分。
生物質(zhì)顆粒燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣量除與燃料的元素組成、水分含量有關(guān)外，尚和空氣過量系數(shù)有關(guān)。爐膛中的排煙損失和排煙量及排煙溫度有關(guān)，排煙量大，排煙損失也隨之增大。同時(shí)，排煙量的多少直接關(guān)系到煅燒窯的窯口、煙囪截面和炕洞截面尺寸的確定。
4、生物質(zhì)顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)
生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒過程和特性與傳統(tǒng)煤燃料不同，要實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒燃料直燃技術(shù)在磚瓦企業(yè)的應(yīng)用，還需解決實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中生物質(zhì)顆粒燃料的供給、投料工藝、煅燒工藝、內(nèi)燃技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
4.1生物質(zhì)顆粒燃料供給
生物質(zhì)顆粒燃料的供給是磚瓦企業(yè)應(yīng)用重要考慮的因素之一。生物質(zhì)顆粒燃料的供給原則應(yīng)遵循供給連續(xù)性、實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性�？紤]秸稈生產(chǎn)、回收利用的季節(jié)性，建議采用秸稈與木屑兩種生物質(zhì)顆粒燃料交替使用原則，以保證供應(yīng)的可持續(xù)性。在秸稈回收旺季時(shí)，使用秸稈作為主要生物質(zhì)顆粒燃料；在秸稈生產(chǎn)回收淡季時(shí)，主要采用木屑作為生物質(zhì)顆粒燃料。
4.2燒結(jié)制品內(nèi)燃技術(shù)
在磚瓦企業(yè)的燒結(jié)制品中摻加煤粉或煤渣粉作內(nèi)燃料，并優(yōu)化粒徑參數(shù)，改善原料顆粒級(jí)配，不僅可以改善燒結(jié)制品的性能，更重要的是，可以提高燒結(jié)制品的煅燒溫度與供熱量。因此，結(jié)合煤渣摻雜技術(shù)，可以大大提高生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒效率與應(yīng)用可行性。
4.3煅燒工藝優(yōu)化技術(shù)
采用生物質(zhì)顆粒燃料替代煤燃料，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中直接燃燒的基本目標(biāo)要求是保證合理的煅燒溫度、供熱連續(xù)、燃燒充分、污染排放小、焚燒灰可循環(huán)利用。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，在實(shí)際大生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)充分考慮生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒特性，調(diào)整并優(yōu)化煅燒工藝。
生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒方式屬于動(dòng)態(tài)、快速滲透擴(kuò)散式燃燒，燃燒圍繞生物質(zhì)顆粒燃料表面并不斷向燃料內(nèi)延伸。不同秸稈、木屑類生物質(zhì)顆粒燃料具有不同的燃燒速度與放熱量，應(yīng)選擇合理的投料工藝、窯內(nèi)供風(fēng)量的控制技術(shù)、窯內(nèi)溫度控制技術(shù)。優(yōu)化這些生物質(zhì)顆粒燃料燃燒的煅燒關(guān)鍵技術(shù)，不僅決定了窯內(nèi)最高煅燒溫度、生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒效率，也對(duì)煙氣排放量大小起決定性作用，可有效實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒燃料直燃技術(shù)在磚瓦企業(yè)的應(yīng)用。
5、結(jié)語
生物質(zhì)顆粒燃料直接燃燒和煤炭的直接燃燒有所不同，揮發(fā)分含量均較高、灰分低、著火溫度低、易燃燒、且燃燒充分，特別在空氣供給、排煙成分與量等方面有著顯著的差別，且燃燒生成物對(duì)環(huán)境污染的程度遠(yuǎn)比煤炭燃料低。從生物質(zhì)顆粒燃料直接燃燒過程與特性的理論分析來看，秸稈、木屑類生物質(zhì)顆粒燃料可以替代煤燃料，完全滿足磚瓦企業(yè)對(duì)最高煅燒溫度與供熱量的需求。解決生物質(zhì)顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中生產(chǎn)應(yīng)用中投料工藝、內(nèi)燃技術(shù)、煅燒工藝等關(guān)鍵技術(shù)，生物質(zhì)顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中生產(chǎn)應(yīng)用是可行的。
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