1、前言
生物质颗粒燃料是光合作用产生的有机可燃物的总称，来源十分丰富，是世界的第4大能源。生物质颗粒燃料的固有特点是因其在生长过程中吸收C02，参与大气中的碳循环而实现温室气体的零排放。生物质颗粒燃料中主要含有碳、氢及氧元素，氮、硫元素的含量很低，因此生物质颗粒燃料燃烧过程中SOx的排放远远低于煤和重油，Ox的生成率相应也较低，是一种理想的、可再生的清洁能源。开发利用生物质颗粒燃料不仅能缓解能源危机，减轻环境污染，节约能源，而且对发展生物质颗粒燃料新型产业，建设节约型社会和环境友好型社会，推进社会主义新农村建设，实现人与自然和谐发展具有重大战略意义，富通新能源生产销售的
秸秆颗�；�、
木屑颗�；�、秸秆压块机专业压制生物质成型颗粒燃料。
我国每年大约有6亿t以上的农业废弃物（秸秆、稻壳等）及大量的林业废弃物（木屑）。如何利用这些废弃生物质资源开发燃烧效率高、洁净、方便的优质燃料来替代传统燃料，对改善我国能源结构、促进工业可持续发展具有重要意义。生物质直接燃烧技术是指应用生物质颗粒燃料直接燃烧产生热量，进行转化或直接利用的技术。根据燃料构成可分为生物质和化石燃料混烧技术和以生物质为单一燃料的直接燃烧技术；根据燃烧形式可分为流态化方式燃烧、悬浮燃烧方式燃烧和层燃方式燃烧。秸秆、木屑等生物质颗粒燃料直接燃烧技术成本低、直燃高效率、有些技术无需热能转换等特点，是国内外重点推广方式之一。
砖瓦行业作为我国传统的工业产业，其自然资源、能源消耗大，环境污染大等缺点严重制约了其可持续发展。而各类粘土砖与烧结多孔砖因其优良的性能，随着国家基础建设的快速发展，市场需求量巨大，且日益增长。因此，如何解决砖瓦企业的技术改造与创新，实现砖瓦企业可持续发展问题是关系到国家基础建设良性发展与行业可持续发展的根本问题�；剿鹘崭�、木屑类生物质颗粒燃料替代传统煤燃料，开展生物质颗粒燃料直燃技术在砖瓦企业的推广应用，是实现砖瓦企业“节能减排降耗”的技术改造与创新的重要措施之一。
2、生物质颗粒燃料燃烧过程与特性分析
2.1生物质颗粒燃料的基本特性
木屑和秸秆是我国目前资源丰富的生物质颗粒燃料之一。木屑的主要物质是有机物，主要是碳水化合物的纤维素及半纤维素；具有芳香族化合物的木素，纤维素占木材全量的一半。尽管木材中有机物质的物理、化学性质各不相同，不同树种或在不同部位木材所含的有机物质也各不相同，但各种木材的元素组成几乎是相同的。除了有机物质成分外，木材还含有少量无机物质，在燃烧时即产生灰分。秸秆的主要类型包括油菜秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、稻草秸秆、大豆秸秆等。其基本组成与木屑相似。
作为工业燃料的工业分析一般包含含水率、挥发物、固定碳和灰分4项指标，总和为100%。表l给出了典型的秸秆、木屑与煤的工业分析成分、元素组成与低位热值。从中可以明显看出，与煤燃料相比，生物质颗粒燃料主要含有碳、氢及氧元素，氮、硫元素的含量很低，挥发分含量均较高、灰分低。
2.2生物质颗粒燃料和固体煤燃料的主要区别
比较表l中数据进一步发现，与煤炭燃料相比，生物质颗粒燃料的主要区别在于：
a．含碳量较少，含固定碳少。生物质颗粒燃料中含碳量最高的也仅50%左右，相当于生成年代较少的褐煤的含碳量。特别是固定碳的含量明显地比煤炭少。因此，生物质颗粒燃料不抗烧，热值较低。
b．含氢量稍多，挥发分明显较多。生物质颗粒燃料中的碳多数和氢结合成低分子的碳氢化合物，遇一定的温度后热分解而析出挥发物。所以，生物质颗粒燃料易被引燃，燃烧初期，析出量较大，在空气和温度不足的情况下易产生镶黑边的火焰。在使用生物质为燃料的设备设计中必须注意到这一点。
c．含氧量多。生物质颗粒燃料含氧量明显地多于煤炭，它使得生物质颗粒燃料热值低，但易于引燃。在燃烧时可相对地减少供给空气量。
d．密度小。生物质颗粒燃料的密度明显地较煤炭低，质地比较疏松，特别是农作物秸秆和木屑。这样使得这类燃料易于燃烧和燃尽，灰烬中残留的碳量少。
e．含硫量低。生物质颗粒燃料含硫量一般少于0.20%，生物质颗粒燃料燃烧过程中SOx的排放远远低于煤和重油，NOx的生成率相应也较低。燃烧时不必设置气体脱硫装置。
2.3 生物质颗粒燃料的燃烧过程
生物质颗粒燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程，又是燃料和空气间的传热、传质过程。燃烧除燃料外，必须有足够温度的热量供给和适当的空气供应。
生物质颗粒燃料的燃烧过程通�？煞治鼋锥�，即预热起燃（水分蒸发）阶段，挥发分析出燃烧阶段，木炭（固定碳）燃烧阶段。
a．预热起燃阶段。在200℃以下。在80℃～100℃时，生物质颗粒燃料随着加热，水分逐渐蒸发，变成千物料，当生物质颗粒燃料加热到1600℃时开始释放出挥发分。挥发分的组成为：二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、低分子碳氢化合物如甲烷(CH4）、乙烯(C2H4）等，还有氢、氧、氮等气体。挥发分中的氢气、甲烷、不饱和烃(CmHn)、一氧化碳是可燃成分，二氧化碳、氮气是不可燃成分，氧气参加燃烧反应，但它本身不放出热能。这个阶段需要吸收热量。
b．挥发分燃烧阶段。200℃～500℃。当温度升高到225℃时，挥发物开始着火、放热，此时挥发分析出加快。由于可燃气体的大量产生，放热量迅速增加。生物质颗粒燃料经高温加热所释放的挥发分在高温下开始燃烧，同时释放出大量的热能，平时看到生物质颗粒燃料燃烧时的火焰（火苗）就是挥发分的燃烧所形成的。由于挥发分的成分较复杂，其燃烧反应也很复杂。由于这时可燃气体是在生物质颗粒燃料的表面上燃烧，使氧和燃料本身隔开，因此，燃料本身只发生炭化，不直接燃烧。当温度到400℃时，挥发物基本燃尽，这时只剩焦油和焦炭了。
c．焦炭燃烧阶段。500℃以上。挥发分物质在燃烧初期将固定碳包裹着，氧气不能接触炭的表面，因而炭在挥发分燃烧的初期是不燃烧的，经过一段时间以后，挥发分燃烧结束，剩下的火红炽热的焦炭与氧气接触并发生燃烧反应。当温度达到700℃-950℃时，重碳氢化合物燃烧并燃尽，并不断产生灰烬。燃烧结束。
从生物质颗粒燃料的燃烧过程来看，产生火焰的燃烧过程为两个阶级：即挥发分析出燃烧和焦炭燃烧，前者约占燃烧时间的10%，后者则占90%。同时也可看出，生物质颗粒燃料在燃烧过程中有如下一些特点：
a．生物质颗粒燃料的密度小，结构比较松散，挥发分含量高且快，挥发分析出时间较短，若空气供应不当，有机挥发分不被容易燃烬而排出，排烟为黑色，严重时为浓黄色烟。所以在设计生物质颗粒燃料的燃烧设备时，必须有足够的扩散型空气供给，燃烧室必须有足够的容积和一定的拦火，以便有一定的燃烧空间和燃烧时间。同时空气供给量的多少也是生物质颗粒燃料燃烧效率的关键之一。
b．挥发分逐渐析出和烧完后，燃料的剩余物为疏松的焦炭，气流运动会将一部分碳粒裹人烟道，形成黑絮，所以，通风过强会降低燃烧效率。
c．挥发分烧完，焦炭燃烧受到灰烬包裹和空气渗透较难的影响，妨碍了焦炭的燃烧，造成灰烬中残留余碳。为促进焦炭的燃烧充分，此时应适当加以捅火或加强通风。
从生物质颗粒燃料燃烧灰分中碱金属含量来判断，木屑属于低碱金属含量生物质颗粒燃料，秸秆为高碱金属含量生物质颗粒燃料。
3、生物质颗粒燃料的燃烧特性理论分析
砖瓦企业的煅烧供热基本要求是烧结制品的最高煅烧温度在900℃～1050℃，需连续供热。实现生物质颗粒燃料直燃技术在砖瓦企业的应用，首先需理论计算分析生物质颗粒燃料的放热量、空气供给量、最高燃烧温度是否满足砖瓦企业的需求。
3.1生物质颗粒燃料的发热量
从生物质颗粒燃料的燃烧过程可以看到，作为燃料的生物质颗粒燃料本身要消耗一部分热量来蒸发水分。因此生物质颗粒燃料的发热量有两个概念：绝干生物质颗粒燃料的发热量称为高位发热量；有一定含水率的生物质颗粒燃料的发热量叫做这个含水率的低位发热量。如果生物质颗粒燃料含水率为60%，其低位发热量只有高位发热量的一半左右。因此，生物质颗粒燃料含水率越低，其发热量越大。
3.2空气供给量
合适的空气量和空气供给方式是保证生物质颗粒燃料燃烧充分的条件之一。过多的空气供给，会吸收燃烧产生的热量，降低燃烧温度，淡化可燃气体的浓度，使化学反应减慢；过少的空气供给或空气受阻，分配不良，会使可燃气体未经燃烧而逸出。单位质量燃料的理论需要空气量可根据化学反应式获得。生物质颗粒燃料中磷含量极少．而钾都以氧化钾的形式出现，故二者可以忽略不计，单位质量燃料的理论需要空气量可按下式计算。
3.3理论燃烧温度
目前很难用计算方法来获得生物质颗粒燃料实际燃烧温度，因为它受外界许多因素的影响。为了评价生
对于典型的油菜秸秆，若a=2.4时，其理论燃烧温度约为980℃，明显低于煤炭的理论燃烧温度。实测生物质颗粒燃料的窑膛，一般，焦炭层的燃烧温度为850C—950℃，火焰温度为500℃～700℃，在a减小时此值尚能提高。因此，可满足砖瓦企业的最高煅烧温度需求。
3.4排烟量
生物质颗粒燃料燃烧后产生的烟气主要是二氧化碳、氮气和水蒸气。二氧化碳是由碳和氧反应生成的：氮气是通人的空气中带入的，但未参与反应：水蒸气一部分是由氢和氧反应生成的，另一部分是生物质颗粒燃料中蒸发出的水分。
生物质颗粒燃料燃烧产生的烟气量除与燃料的元素组成、水分含量有关外，尚和空气过量系数有关。炉膛中的排烟损失和排烟量及排烟温度有关，排烟量大，排烟损失也随之增大。同时，排烟量的多少直接关系到煅烧窑的窑口、烟囱截面和炕洞截面尺寸的确定。
4、生物质颗粒燃料在砖瓦企业中应用的关键技术
生物质颗粒燃料的燃烧过程和特性与传统煤燃料不同，要实现生物质颗粒燃料直燃技术在砖瓦企业的应用，还需解决实际生产应用中生物质颗粒燃料的供给、投料工艺、煅烧工艺、内燃技术等关键技术。
4.1生物质颗粒燃料供给
生物质颗粒燃料的供给是砖瓦企业应用重要考虑的因素之一。生物质颗粒燃料的供给原则应遵循供给连续性、实用性与经济性�？悸墙崭焉�、回收利用的季节性，建议采用秸秆与木屑两种生物质颗粒燃料交替使用原则，以保证供应的可持续性。在秸秆回收旺季时，使用秸秆作为主要生物质颗粒燃料；在秸秆生产回收淡季时，主要采用木屑作为生物质颗粒燃料。
4.2烧结制品内燃技术
在砖瓦企业的烧结制品中掺加煤粉或煤渣粉作内燃料，并优化粒径参数，改善原料颗粒级配，不仅可以改善烧结制品的性能，更重要的是，可以提高烧结制品的煅烧温度与供热量。因此，结合煤渣掺杂技术，可以大大提高生物质颗粒燃料的燃烧效率与应用可行性。
4.3煅烧工艺优化技术
采用生物质颗粒燃料替代煤燃料，实现生物质颗粒燃料在砖瓦企业中直接燃烧的基本目标要求是保证合理的煅烧温度、供热连续、燃烧充分、污染排放小、焚烧灰可循环利用。为实现这些目标，在实际大生产应用中应充分考虑生物质颗粒燃料的燃烧特性，调整并优化煅烧工艺。
生物质颗粒燃料的燃烧方式属于动态、快速渗透扩散式燃烧，燃烧围绕生物质颗粒燃料表面并不断向燃料内延伸。不同秸秆、木屑类生物质颗粒燃料具有不同的燃烧速度与放热量，应选择合理的投料工艺、窑内供风量的控制技术、窑内温度控制技术。优化这些生物质颗粒燃料燃烧的煅烧关键技术，不仅决定了窑内最高煅烧温度、生物质颗粒燃料的燃烧效率，也对烟气排放量大小起决定性作用，可有效实现生物质颗粒燃料直燃技术在砖瓦企业的应用。
5、结语
生物质颗粒燃料直接燃烧和煤炭的直接燃烧有所不同，挥发分含量均较高、灰分低、着火温度低、易燃烧、且燃烧充分，特别在空气供给、排烟成分与量等方面有着显著的差别，且燃烧生成物对环境污染的程度远比煤炭燃料低。从生物质颗粒燃料直接燃烧过程与特性的理论分析来看，秸秆、木屑类生物质颗粒燃料可以替代煤燃料，完全满足砖瓦企业对最高煅烧温度与供热量的需求。解决生物质颗粒燃料在砖瓦企业中生产应用中投料工艺、内燃技术、煅烧工艺等关键技术，生物质颗粒燃料在砖瓦企业中生产应用是可行的。
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