化学与能源——生物质秸秆燃料的特性及应用分析

“化学改变生活”系列活动

化学与能源

论文题目：生物质秸秆燃料的特性和应用分析

负责人：

姓名王晓云学号1012 1076 专业材料化学

二0一四年三月

摘要：本文通过分析秸秆生物质燃料与煤炭燃料燃烧特性，找出影响其安全稳定燃烧的因素，并比较了几种具有代表性的秸秆生物质的结渣特性，总结了主要碱金属和氯对于生物质燃烧设备所产生的不利影响,并指出了发展生物质秸秆燃料的必要性。

关键词：生物质；秸秆燃料特性；环境保护

Abstract: In this paper, through the analysis of the biomass fuel and coal fuel combustion characteristics, find out the factors affecting the security and stability of combustion, slagging characteristics and comparison of several representative straw biomass, summarizes the main alkali metals and chlorine in biomass combustion devices that generate unfavorable effects, and points out the necessity of the development of biomass fuel. Keywords: biomass; straw fuel combustion characteristics; energy-saving emission reduction

一、前言

近年来，人们对环境污染问题的关注程度的逐渐提高，人们也越来越重视清洁能源的使用，如何在当今社会中实现节能减排是我国环境保护者的首要任务。众所周知，农作物秸秆是我国主要的生物质能资源之一，因此，发展秸秆燃料来替代石油供需缺口，是解决区域性能源短缺问题的发展方向，同时发展生物质

秸秆燃料是实现可持续发展的必行之路。

二、生物质秸秆燃料的特性

1、秸秆燃料的可再生

秸秆是一种绿色植物，是当前可以替代石油的可再生清洁能源，秸秆主要是通过光合作用将水和CO2转化成生物质，只有在有阳光的情况下，这种生物质就可再生。理论上来说，这种生物质的转换可以实现CO2的零排放，这对减少空气污染是非常重要的。之所以说秸秆可以替代石油，主要是可以使秸秆这种生物质原料在经过深加工之后制成高密度、高热量的颗粒燃料，从而替代石油燃料。另外，由于这种颗粒燃料的含硫量很低，而且在燃烧过程中所产生的CO2量也极低，因此，可以说秸秆燃料是一种可持续再生的清洁能源。

2、秸秆燃料的低污染

由秸秆燃料合成的颗粒燃料是具有低污染的特点的。其含硫成分低于0.07%，灰分低于7.99%，其可燃基挥发分高达83.61%，这一点和同一发热值的煤相比，其灰分可降低三分之二。另外，秸秆燃料的含氧量要比煤大到3 倍之多，可见其燃烧效果很好，而且燃烧中产生的重碳氢化合物也很少，烟气黑度低于林格曼1 级。

3、经济合理，适用范围广

将秸秆燃料制作成颗粒燃料，其热值可达到（1.51 *10^4）KJ/Kg，

而其售价与同等热值的煤相比也仅仅高出50 多元，这一点比使用天然气和柴油都经济适用。因秸秆燃料挥发分高，易燃，使其具有较大的应用空间，如小于1t／h 燃煤锅炉、茶浴炉，干燥、热处理的低温窑炉等设备，炉膛略加改进，即可直接燃用。

除了用做燃料，农作物秸秆还可作为饲料，肥料和工业原料，用途十分广泛。

4、燃烧效率高，节约能源

因秸秆燃料挥发分高、灰少、水分少、易燃，机械、化学、排烟不完全燃烧热损失小，燃烧效率高达95％以上。同样条件下，比燃煤炉热效率提高7％以上，节约能源10％左右。

三、生物质秸秆燃料的燃烧特性分析

1、秸秆燃料的燃烧特性分析

根据燃烧的特点，农作物秸秆一般分为两类：一类为黄色秸秆又称软质秸秆，主要包括麦秸、玉米秸和稻草等，在生物质秸秆燃烧应用中占很大比重；另一类为灰色秸秆又称硬质秸秆，主要包括棉秆、麻秆等。以我国常见的、有代表性的3种黄色秸秆(稻草、麦秸和玉米秸)为研究对象，分析其燃料特性，通过表l和表2可以明显看出，不同生物质的元素分析结果不同，灰分组成也有明显的差异。

生物质的挥发分含量较多，特别是玉米秸的挥发分高达70％，远远超过烟煤；生物质固定碳含量较低，不到20％，而烟煤的固定碳含量超过生物质的两倍；另外，生物质的含硫量和热值明显低于烟煤。3种生物质中灰分含量相差很大，玉米秸的灰分含量最低，稻草的灰分含量最高，麦秸和玉米秸的灰分含量远低于烟煤；生物质灰分中

S i O2和CaO含量较高，均超过烟煤，其中S i O2含量超过总灰分的50％；另外，生物质灰中的碱金属氧化物(K2O+Na20)的含量远远高于烟煤。生物质灰熔点的高低和灰的成分有关，不同的生物质种类和不同的产地都对其有影响。表3列出了灰分中常见化合物的熔化温度。

由表3可以看出，生物质中低熔点的成分(如Fe2O3)含量越多，灰熔点就越低，而生物质中的K和Na可以降低灰熔点，ca和Mg会提高灰熔点；Si元素在燃烧过程中容易与K元素形成低熔点化合物。生物质灰中的K，Na含量远远高于烟煤，所以灰熔点较低。无机元素的含量直接影响灰熔点。通过对生物质灰分的分析可以看出，生物质比烟煤的灰熔点低且易结渣。据实验数据统计，木质生物质灰的熔融温度为1 200～1 250℃，麦秸、农作物的熔融温度为750—1 100℃。各生物质的灰熔点如表4所示。

由表4可以看出，生物质灰熔点从低到高的顺序是麦秸、稻草、玉米秸。生物质特性对燃烧的主要影响有以下4点：一是含水量高、热值低，产生的烟气体积较大，排烟热损失较高，因而炉膛温度低，燃烧效率也较低；二是挥发分含量高，析出速度快，燃料在炉内能快速