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生物质颗粒燃料特性及其对燃烧的影响分析

【摘要】采用欧盟生物质固体成型燃料标准（CEN/TC335）试验检测了中国和瑞典典型的10种生物质颗粒燃料，重点对中国的秸秆类颗粒燃料与瑞典的木质颗粒进行了对比，并分析其对燃烧特性的影响。结果表明中瑞两国的生物质颗粒燃料都能满足技术标准要求，瑞典木质颗粒具有较高的性能参数；中国的玉米秸秆颗粒燃料发热量比瑞典木质颗粒低20.9％，挥发分低，燃烧后灰渣中的硅含量高20％，灰熔点低，燃烧后灰分多，易结渣，对燃烧设备有较高的要求。

引言

生物质颗粒燃料具有高效、洁净、点火容易、CO2近似零排放等优点，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域，近几年来在欧盟、北美、中国得到了迅速发展。尤其是在瑞典，颗粒燃料生产、消费一直呈上升趋势，每年以8％～10％的速度增加，2008年瑞典生物质颗粒燃料消耗量达到185万吨，颗粒燃料产业取得了巨大发展。我国自2006年以来，相继出台了一系列促进可再生能源发展的法律、政策、规划、标准等，促进了我国生物质成型燃料的发展，但相比欧盟国家，我国的生物质成型燃料刚刚进入市场化推广初级阶段。

生物质颗粒燃料的一大优点就是能够应用于小型生物质锅炉中，通过颗粒燃烧器能够实现连续自动燃烧。目前，在欧美等国家，一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效燃烧设备已经非常普及，但这些生物质颗粒燃料以木质颗粒燃料为主，具有热值高、灰分低、燃烧后不易结渣等优点，而我国的生物质成型燃料以农作物秸秆为主，与瑞典的木质颗粒燃料相比，在物理特性、化学组分方面有着较大差别，导致燃烧特性存在差异，因此对成型设备、燃烧设备的技术、工艺参数的要求也不同。

本文采用欧盟生物质固体成型燃料标准（CEN/TC335）试验分析中瑞两国10种不同生物质颗粒燃料的参数，包括颗粒燃料的物理特性以及燃烧后灰渣的化学组分等，同时重点对中国典型的秸秆类颗粒燃料与瑞典的木质颗粒进行对比，分析其对燃烧特性的影响。

1试验

选取瑞典生产的生物质颗粒燃料和中国生产的生物质颗粒燃料为试验燃料，分别在瑞典SP技术研究所生物质颗粒燃料检测中心和农业部规划设计研究院生物质颗粒燃料检测实验室进行试验。

1.1试验燃料

试验燃料包括瑞典和中国典型的10种生物质颗粒燃料。目前瑞典生物质颗粒燃料以林业剩余物为主，选择市场上常见的木质颗粒，主要是由刨花加工而成，同时选取油菜秆、虉草、麦秆以及树皮4种颗粒燃料作为对比分析，前3种颗粒燃料于2009年5月由瑞典农业大学生物质工程中心生产，树皮颗粒燃料由造纸工业用树皮加工而成。木质颗粒、树皮颗粒燃料来自瑞典SodraCell公司，颗粒燃料均压缩加工为圆柱型，直径8mm，长度10～30mm。

我国的生物质颗粒燃料主要以农作物秸秆为主，选择目前市场上常见的玉米秸秆颗粒燃料，同时选取棉秆、麦秆、落叶松、混合木质（杨树、桃树和红松的混合物）等作为对比分析，所用生物质颗粒燃料于2009年7月在北京大兴礼贤生物质颗粒燃料公司生产，由农业部规划设计研究院研制的485型生物质颗粒燃料成型机压制而成，颗粒燃料均压缩加工为圆柱型，直径8mm，长度10～30mm。

1.2试验仪器与方法

试验方法按照欧盟CEN/TC335固体生物质燃料技术规范进行测定，该规范主要针对木质颗粒燃料，并于2006年开始向欧盟标准转换。

主要试验仪器包括：GJ2型密封式化验制样粉碎机、XL1型箱式高温炉、电热鼓风干燥箱、VatioEL元素分析仪、ZDHW5型微机全自动量热仪、HRA5型微机灰熔点测定仪、VISTAMPX型离子发射光谱仪、SZ114型往复式自动振筛机、BSA223SCW型分析天平、PL2002型电子天平等。

1.3测试参数

（1）堆积密度：根据单位标准体积的净质量来计算堆积密度。

（2）颗粒密度：称取一定量的生物质固体成型燃料样品，通过测定样品在空气中质量与在随后液体中测定质量的差值，来测定浮力，计算出样品的体积，再计算出生物质固体成型燃料的颗粒密度。

（3）全水分：将生物质固体成型燃料样品置于105℃的温度下干燥至质量恒定，然后根据样品质量损失并修正浮力作用计算出全水分。

（4）灰分：样品在（550±10）℃加热后剩余物的质量占样品总质量的百分比来测定灰分。

（5）挥发分：样品在（900±10）℃隔绝空气的环境中加热7min，扣除水分质量损失后，样品质量损失占样品质量的百分数来计算挥发分。

（6）机械耐久性：通过可控的振动，在试验样品之间、样品与测试器内壁之间发生碰撞后，将已磨损和细小的颗粒分离出来，根据剩余的样品质量计算机械耐久性。

（7）热值：将样品在自动量热仪中燃烧测量其热值。

（8）灰熔融性：将