2试验方法与内容

本试验采用国产5E－MACⅢ红外快速煤质分析仪进行生物质颗粒燃料工业分析指标的测试，坩埚材料为Al2O3。陶瓷纤维高温炉温度由温控系统控制，在1000℃下可以精确测量温度，通过计算机按设定的程序控制升温过程和进行数据采集。根据样品在不同温度下的失重计算出试样的水分、挥发分及灰分等工业指标。在试验过程中采用电子天平称取样品质量，其测量灵敏度为0.0001g，量程为0～200g。

3试验结果与分析

3.1原料工业分析

本文对直径为8mm、密度为1100kg/m3的八种不同的生物质颗粒进行试验，试验测试的结果如表1所示。

从表中可以看出，与常规化石燃料煤相比，生物质挥发分含量高，达到60%～70%左右，固定碳含量低，只有15%左右，这决定了生物质的两个基本燃烧特性：着火容易、发热量低。

3.1.1水分对燃烧特性的影响

一般来讲，水分的存在使生物质中可燃物质的含量相对减少，热值降低。水分含量多使着火困难，影响燃烧速度。尽管水分不是一种可燃成份，但是其析出过程中的“造孔效应”使其起到了与可燃成份同样重要的作用。从表1可以看出，各种生物质颗粒燃料的水分含量均小于10%，其中，玉米秸秆相对来说更容易着火。

3.1.2挥发分对燃烧特性的影响

生物质颗粒燃料中的挥发分及其热值对着火和燃烧情况都有较大影响。对于热值高的挥发分，逸出的初始温度也高，当燃料受热时，挥发分首先析出，并着火燃烧。从表1可以看出，装饰纸的挥发分含量最高，最易于着火，燃烧也稳定。

3.1.3灰分对燃烧特性的影响

灰分亦是生物质颗粒燃料的不可燃成分，灰分含量越高，可燃成分相对减少，热值相对降低，燃烧温度也低。从图2可以看出，稻壳的灰分含量最高，故其热值较低，着火越困难。

3.2各生物质颗粒燃料的着火性能

根据1.2不同指标得到的各生物质颗粒燃料的FZ和ZM值如图2所示。

依据FZ指标，着火温度由最低至最高排列的燃烧性能为：装饰纸＞纸颗粒＞中药渣＞玉米杆＞木屑＞咖啡壳＞棉杆＞稻壳。该指标强调了挥发分和内在水分析出对碳燃烧过程的影响，认为两者析出后在碳内部形成空隙，FZ是和（Vad+Mad）的平方成正比，（Vad+Mad）与FCad比较而言，前者对于着火的影响要比后者大得多。

据ZM指标，着火温度由最低至最高排列的燃烧性能为：装饰纸＞中药渣＞纸颗粒＞玉米杆＞木屑＞咖啡壳＞棉杆＞稻壳。该指标是依赖于不同组分对着火温度的影响关系，不同组分，如挥发分或固定碳对着火温度的影响不同，挥发分对着火温度的影响是积极的，挥发分含量越高，生物质的着火温度就越低；而固定碳含量对着火温度的影响是消极的，固定碳含量越高，着火温度反而有所升高。因此，可以认为挥发分和内在水分对于着火温度有重大影响。

燃烧特性指标ZM与傅—张FZ指标相类似的地方是强调了挥发分及水分析出对生物质颗粒燃料燃烧过程的积极影响；不同的是固定碳含量对燃烧过程的影响，FZ指标认为是积极影响，ZM指标认为是消极影响。由于生物质颗粒燃料的挥发分含量高，固定碳含量低，故ZM指标更接近于实际情况。装饰纸的值最大，说明它的着火温度最低；相反，稻壳的值最小，它的着火温度最高。

4焚烧灰的形貌分析

不同生物质燃料焚烧灰有不同的形貌，如图3、图4所示。

图3从左到右依次为稻壳、棉杆、木屑、玉米颗粒在920℃下的焚烧灰形貌。从图中可以看出，稻壳的结渣程度最为严重，灰发白；木屑的结渣程度为轻度，灰黑白相间且较软。虽然玉米秸秆的灰分含量只有10.54%，但其灰偏硬，有部分结焦渣。图4从左到右依次为稻壳在740℃、840℃、920℃下的焚烧灰形貌，随着温度的升高，稻壳燃烧后的灰渣颜色由黑逐渐变白，硬度由软逐渐变硬，甚至结焦。焚烧灰形貌的多样性反映出生物质颗粒中无机物存在的形式不同。焚烧灰中的酸性氧化物具有提高生物质颗粒燃料灰熔点的作用，其含量越大，熔融温度越高，包括Al2O3和SiO2；相反，碱性氧化物却有降低煤灰熔融温度的作用，其含量越多，熔融温度就越低，如K2O、Na2O、CaO、MgO和Fe2O3等。从上文可知，玉米秸秆的结焦程度比较严重，故在秸秆类生物质中，玉米秸秆的碱性氧化物含量比较高。

5结论

通过对生物质颗粒燃料工业分析和着火指标的分析，得到如下结论：

（1）与常规化石燃料煤相比，生物质挥发分含量高，如玉米秸秆达到70.96%；固定碳含量低，如稻壳只有13.91%。这决定了颗粒燃料的两个基本燃烧特性：着火容易、发热量低。

（2）通过ZM与FZ指标的计算值可以看出，本文采用的8种颗粒燃料的着火温度从低至高依次为：装饰纸＞中药渣＞纸颗粒＞玉米杆＞木屑＞咖啡壳＞棉杆＞稻壳。

（3）温度从740～920℃，生物质颗粒燃料燃烧后的灰渣颜色由黑逐渐变白，硬度由软逐渐变硬，甚至结焦。玉米秸秆因碱金属氧化物含量比较高，更易熔融、易结焦。

本文转自中国新能源网，作者任敏娜，崔永章，李晓，曲云霞，张林华（1.山东建筑大学热能工程学院，山东济南250101；2.山东建筑大学可再生能源建筑利用技术省部共建教育部重点实验室，山东济南250101；3.山东建筑大学山东省建筑节能技术重点实验室，山东济南250101）返回搜狐，查看更多