生物質顆粒燃料是光合作用產生的有機可燃物的總稱，來源十分豐富，是世界的第4大能源。生物質顆粒燃料的固有特點是因其在生長過程中吸收C02，參與大氣中的碳循環(huán)而實現溫室氣體的零排放。生物質顆粒燃料中主要含有碳、氫及氧元素，氮、硫元素的含量很低，因此生物質顆粒燃料燃燒過程中SOx的排放遠遠低于煤和重油，Ox的生成率相應也較低，是一種理想的、可再生的清潔能源。開發(fā)利用生物質顆粒燃料不僅能緩解能源危機，減輕環(huán)境污染，節(jié)約能源，而且對發(fā)展生物質顆粒燃料新型產業(yè)，建設節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會，推進社會主義新農村建設，實現人與自然和諧發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義，富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機專業(yè)壓制生物質成型顆粒燃料。
我國每年大約有6億t以上的農業(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資源開發(fā)燃燒效率高、潔凈、方便的優(yōu)質燃料來替代傳統(tǒng)燃料，對改善我國能源結構、促進工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。生物質直接燃燒技術是指應用生物質顆粒燃料直接燃燒產生熱量，進行轉化或直接利用的技術。根據燃料構成可分為生物質和化石燃料混燒技術和以生物質為單一燃料的直接燃燒技術；根據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、木屑等生物質顆粒燃料直接燃燒技術成本低、直燃高效率、有些技術無需熱能轉換等特點，是國內外重點推廣方式之一。磚瓦行業(yè)作為我國傳統(tǒng)的工業(yè)產業(yè)，其自然資源、能源消耗大，環(huán)境污染大等缺點嚴重制約了其可持續(xù)發(fā)展。而各類粘土磚與燒結多孔磚因其優(yōu)良的性能，隨著國家基礎建設的快速發(fā)展，市場需求量巨大，且日益增長。因此，如何解決磚瓦企業(yè)的技術改造與創(chuàng)新，實現磚瓦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題是關系到國家基礎建設良性發(fā)展與行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本問題。積極探索秸稈、木屑類生物質顆粒燃料替代傳統(tǒng)煤燃料，開展生物質顆粒燃料直燃技術在磚瓦企業(yè)的推廣應用，是實現磚瓦企業(yè)“節(jié)能減排降耗”的技術改造與創(chuàng)新的重要措施之一。
2、生物質顆粒燃料燃燒過程與特性分析
2.1生物質顆粒燃料的基本特性
木屑和秸稈是我國目前資源豐富的生物質顆粒燃料之一。木屑的主要物質是有機物，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。盡管木材中有機物質的物理、化學性質各不相同，不同樹種或在不同部位木材所含的有機物質也各不相同，但各種木材的元素組成幾乎是相同的。除了有機物質成分外，木材還含有少量無機物質，在燃燒時即產生灰分。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項指標，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生物質顆粒燃料和固體煤燃料的主要區(qū)別
比較表l中數據進一步發(fā)現，與煤炭燃料相比，生物質顆粒燃料的主要區(qū)別在于：
a．含碳量較少，含固定碳少。生物質顆粒燃料中含碳量最高的也僅50%左右，相當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。生物質顆粒燃料中的碳多數和氫結合成低分子的碳氫化合物，遇一定的溫度后熱分解而析出揮發(fā)物。所以，生物質顆粒燃料易被引燃，燃燒初期，析出量較大，在空氣和溫度不足的情況下易產生鑲黑邊的火焰。在使用生物質為燃料的設備設計中必須注意到這一點。
c．含氧量多。生物質顆粒燃料含氧量明顯地多于煤炭，它使得生物質顆粒燃料熱值低，但易于引燃。在燃燒時可相對地減少供給空氣量。
d．密度小。生物質顆粒燃料的密度明顯地較煤炭低，質地比較疏松，特別是農作物秸稈和木屑。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。生物質顆粒燃料含硫量一般少于0.20%，生物質顆粒燃料燃燒過程中SOx的排放遠遠低于煤和重油，NOx的生成率相應也較低。燃燒時不必設置氣體脫硫裝置。
2.3 生物質顆粒燃料的燃燒過程
生物質顆粒燃料的燃燒過程是強烈的化學反應過程，又是燃料和空氣間的傳熱、傳質過程。燃燒除燃料外，必須有足夠溫度的熱量供給和適當的空氣供應。
生物質顆粒燃料的燃燒過程通�？煞譃槿齻�階段，即預熱起燃（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．預熱起燃階段。在200℃以下。在80℃～100℃時，生物質顆粒燃料隨著加熱，水分逐漸蒸發(fā)，變成千物料，當生物質顆粒燃料加熱到1600℃時開始釋放出揮發(fā)分。揮發(fā)分的組成為：二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、低分子碳氫化合物如甲烷(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、氮氣是不可燃成分，氧氣參加燃燒反應，但它本身不放出熱能。這個階段需要吸收熱量。
b．揮發(fā)分燃燒階段。200℃～500℃。當溫度升高到225℃時，揮發(fā)物開始著火、放熱，此時揮發(fā)分析出加快。由于可燃氣體的大量產生，放熱量迅速增加。生物質顆粒燃料經高溫加熱所釋放的揮發(fā)分在高溫下開始燃燒，同時釋放出大量的熱能，平時看到生物質顆粒燃料燃燒時的火焰（火苗）就是揮發(fā)分的燃燒所形成的。由于揮發(fā)分的成分較復雜，其燃燒反應也很復雜。由于這時可燃氣體是在生物質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。當溫度到400℃時，揮發(fā)物基本燃盡，這時只剩焦油和焦炭了。
c．焦炭燃燒階段。500℃以上。揮發(fā)分物質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，經過一段時間以后，揮發(fā)分燃燒結束，剩下的火紅熾熱的焦炭與氧氣接觸并發(fā)生燃燒反應。當溫度達到700℃-950℃時，重碳氫化合物燃燒并燃盡，并不斷產生灰燼。燃燒結束。
從生物質顆粒燃料的燃燒過程來看，產生火焰的燃燒過程為兩個階級：即揮發(fā)分析出燃燒和焦炭燃燒，前者約占燃燒時間的10%，后者則占90%。同時也可看出，生物質顆粒燃料在燃燒過程中有如下一些特點：
a．生物質顆粒燃料的密度小，結構比較松散，揮發(fā)分含量高且快，揮發(fā)分析出時間較短，若空氣供應不當，有機揮發(fā)分不被容易燃燼而排出，排煙為黑色，嚴重時為濃黃色煙。所以在設計生物質顆粒燃料的燃燒設備時，必須有足夠的擴散型空氣供給，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間。同時空氣供給量的多少也是生物質顆粒燃料燃燒效率的關鍵之一。
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，氣流運動會將一部分碳粒裹人煙道，形成黑絮，所以，通風過強會降低燃燒效率。
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。為促進焦炭的燃燒充分，此時應適當加以捅火或加強通風。
從生物質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顆粒燃料，秸稈為高堿金屬含量生物質顆粒燃料。
3、生物質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制品的最高煅燒溫度在900℃～1050℃，需連續(xù)供熱。實現生物質顆粒燃料直燃技術在磚瓦企業(yè)的應用，首先需理論計算分析生物質顆粒燃料的放熱量、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生物質顆粒燃料的發(fā)熱量
從生物質顆粒燃料的燃燒過程可以看到，作為燃料的生物質顆粒燃料本身要消耗一部分熱量來蒸發(fā)水分。因此生物質顆粒燃料的發(fā)熱量有兩個概念：絕干生物質顆粒燃料的發(fā)熱量稱為高位發(fā)熱量；有一定含水率的生物質顆粒燃料的發(fā)熱量叫做這個含水率的低位發(fā)熱量。如果生物質顆粒燃料含水率為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顆粒燃料燃燒充分的條件之一。過多的空氣供給，會吸收燃燒產生的熱量，降低燃燒溫度，淡化可燃氣體的濃度，使化學反應減慢；過少的空氣供給或空氣受阻，分配不良，會使可燃氣體未經燃燒而逸出。單位質量燃料的理論需要空氣量可根據化學反應式獲得。生物質顆粒燃料中磷含量極少．而鉀都以氧化鉀的形式出現，故二者可以忽略不計，單位質量燃料的理論需要空氣量可按下式計算。
3.3理論燃燒溫度
目前很難用計算方法來獲得生物質顆粒燃料實際燃燒溫度，因為它受外界許多因素的影響。為了評價生
對于典型的油菜秸稈，若a=2.4時，其理論燃燒溫度約為980℃，明顯低于煤炭的理論燃燒溫度。實測生物質顆粒燃料的窯膛，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
生物質顆粒燃料燃燒后產生的煙氣主要是二氧化碳、氮氣和水蒸氣。二氧化碳是由碳和氧反應生成的：氮氣是通人的空氣中帶入的，但未參與反應：水蒸氣一部分是由氫和氧反應生成的，另一部分是生物質顆粒燃料中蒸發(fā)出的水分。
生物質顆粒燃料燃燒產生的煙氣量除與燃料的元素組成、水分含量有關外，尚和空氣過量系數有關。爐膛中的排煙損失和排煙量及排煙溫度有關，排煙量大，排煙損失也隨之增大。同時，排煙量的多少直接關系到煅燒窯的窯口、煙囪截面和炕洞截面尺寸的確定。
4、生物質顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中應用的關鍵技術
生物質顆粒燃料的燃燒過程和特性與傳統(tǒng)煤燃料不同，要實現生物質顆粒燃料直燃技術在磚瓦企業(yè)的應用，還需解決實際生產應用中生物質顆粒燃料的供給、投料工藝、煅燒工藝、內燃技術等關鍵技術。
4.1生物質顆粒燃料供給
生物質顆粒燃料的供給是磚瓦企業(yè)應用重要考慮的因素之一。生物質顆粒燃料的供給原則應遵循供給連續(xù)性、實用性與經濟性�？紤]秸稈生產、回收利用的季節(jié)性，建議采用秸稈與木屑兩種生物質顆粒燃料交替使用原則，以保證供應的可持續(xù)性。在秸稈回收旺季時，使用秸稈作為主要生物質顆粒燃料；在秸稈生產回收淡季時，主要采用木屑作為生物質顆粒燃料。
4.2燒結制品內燃技術
在磚瓦企業(yè)的燒結制品中摻加煤粉或煤渣粉作內燃料，并優(yōu)化粒徑參數，改善原料顆粒級配，不僅可以改善燒結制品的性能，更重要的是，可以提高燒結制品的煅燒溫度與供熱量。因此，結合煤渣摻雜技術，可以大大提高生物質顆粒燃料的燃燒效率與應用可行性。
4.3煅燒工藝優(yōu)化技術
采用生物質顆粒燃料替代煤燃料，實現生物質顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中直接燃燒的基本目標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。為實現這些目標，在實際大生產應用中應充分考慮生物質顆粒燃料的燃燒特性，調整并優(yōu)化煅燒工藝。
生物質顆粒燃料的燃燒方式屬于動態(tài)、快速滲透擴散式燃燒，燃燒圍繞生物質顆粒燃料表面并不斷向燃料內延伸。不同秸稈、木屑類生物質顆粒燃料具有不同的燃燒速度與放熱量，應選擇合理的投料工藝、窯內供風量的控制技術、窯內溫度控制技術。優(yōu)化這些生物質顆粒燃料燃燒的煅燒關鍵技術，不僅決定了窯內最高煅燒溫度、生物質顆粒燃料的燃燒效率，也對煙氣排放量大小起決定性作用，可有效實現生物質顆粒燃料直燃技術在磚瓦企業(yè)的應用。
5、結語
生物質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，且燃燒生成物對環(huán)境污染的程度遠比煤炭燃料低。從生物質顆粒燃料直接燃燒過程與特性的理論分析來看，秸稈、木屑類生物質顆粒燃料可以替代煤燃料，完全滿足磚瓦企業(yè)對最高煅燒溫度與供熱量的需求。解決生物質顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中生產應用中投料工藝、內燃技術、煅燒工藝等關鍵技術，生物質顆粒燃料在磚瓦企業(yè)中生產應用是可行的。
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