歐洲主要國家生物質(zhì)能的開發(fā)利用均以豐富的森林資源為基礎(chǔ)．而我國有豐富的農(nóng)作物秸稈資源，國內(nèi)現(xiàn)有的生物質(zhì)鍋爐主要以燃燒農(nóng)作物秸稈為主，但由于我國秸稈生物質(zhì)資源的開發(fā)利用尚處于起步階段，其中約有1.45×108 t用作畜牧飼料，9.1×107 t用作還田肥料，1.4×107 t用作工業(yè)原料，2.8×108 t作為農(nóng)民傳統(tǒng)的生活燃料，余下的1.0×108 t左右在田間地頭被直接焚燒了，這不僅污染環(huán)境，還造成能源浪費(fèi)，因此，積極開發(fā)利用生物質(zhì)能對解決能源短缺和協(xié)調(diào)環(huán)境發(fā)展有重要意義。
1、生物質(zhì)燃料特性分析
根據(jù)發(fā)電燃燒的特點(diǎn)，農(nóng)作物秸稈一般分為兩類：一類為黃色秸稈又稱軟質(zhì)秸稈，主要包括麥秸、玉米秸和稻草等，在生物質(zhì)秸稈燃燒應(yīng)用中占很大比重；另一類為灰色秸稈又稱硬質(zhì)秸稈，主要包括棉稈、麻稈等，本文以我國常見的、有代表性的3種黃色秸稈（稻草、麥秸和玉米秸）為研究對象，分析其燃料特性，并判別其燃燒過程中的結(jié)渣特性，通過表和表2可以明顯看出，不同生物質(zhì)的元素分析結(jié)果不同，灰分組成也有明顯的差異，
生物質(zhì)的揮發(fā)分含量較多，特別是玉米秸的揮發(fā)分高達(dá)70%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過煙煤；生物質(zhì)固定碳含量較低，不到20%，而煙煤的固定碳含量超過生物質(zhì)的兩倍；另外，生物質(zhì)的含硫量和熱值明顯低于煙煤．3種生物質(zhì)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，麥秸和玉米秸的灰分含量遠(yuǎn)低于煙煤；生物質(zhì)灰分中S102和Ca0含量較高，均超過煙煤，其中Si02含量超過總灰分的50%；另外，生物質(zhì)灰中的堿金屬氧化物( K20 +Na20)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙煤。
生物質(zhì)灰熔點(diǎn)的高低和灰的成分有關(guān)，不同的生物質(zhì)種類和不同的產(chǎn)地都對其有影響，表3列出了灰分中常見化合物的熔化溫度。
由表3可以看出，生物質(zhì)中低熔點(diǎn)的成分（如Fe203）含量越多，灰熔點(diǎn)就越低，而生物質(zhì)中的K和Na可以降低灰熔點(diǎn)，Ca和Mg會提高灰熔點(diǎn)；Si元素在燃燒過程中容易與K元素形成低熔點(diǎn)化合物．生物質(zhì)灰中的K，Na含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙煤，所以灰熔點(diǎn)較低．無機(jī)元素的含量直接影響灰熔點(diǎn)，通過對生物質(zhì)灰分的分析可以看出，生物質(zhì)比煙煤的灰熔點(diǎn)低且易結(jié)渣．據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，木質(zhì)生物質(zhì)灰的熔融溫度為1 200～1250℃，麥秸、農(nóng)作物的熔融溫度為750 ~1100℃。各生物質(zhì)的灰熔點(diǎn)如表4所示。
由表4可以看出，生物質(zhì)灰熔點(diǎn)從低到高的順序是麥秸、稻草、玉米秸。
生物質(zhì)特性對燃燒的主要影響有以下4點(diǎn)：一是含水量高、熱值低，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙熱損失較高，因而爐膛溫度低，燃燒效率也較低；二是揮發(fā)分含量高，析出速度快，燃料在爐內(nèi)能快速著火燃燒，燃燒時(shí)需補(bǔ)充大量空氣，否則會造成空氣供給量不足，難以保證生物質(zhì)燃料充分燃燒，從而影響鍋爐的燃燒效率；三是固定碳的含量遠(yuǎn)小于煙煤，由于固定碳的燃點(diǎn)高，其含量越高越難燃燒，因此生物質(zhì)很容易燃燒；四是生物質(zhì)燃料中的硫、氮、碳含量較低，可以降低電廠S02和NO，的排放，C02近似零排放，秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料，這樣做不僅做到了農(nóng)作物秸稈的綜合利用，而且還能是老百姓增加收入。
2、生物質(zhì)結(jié)渣特性的判別
判定煤的結(jié)渣性能的主要依據(jù)有灰熔點(diǎn)（t2）和煤灰化學(xué)組成（包括堿酸比B/A，硅比G，硅鋁比S/A）等判別指數(shù)．由于生物質(zhì)灰與煤灰渣的差異較大，并非已有的判別煤結(jié)渣指數(shù)均能可靠地預(yù)測生物質(zhì)結(jié)渣特性，如灰熔點(diǎn)判定法就不適合作為生物質(zhì)燃料積灰結(jié)渣的指標(biāo)。
目前，主要是根據(jù)灰成分，采用堿性指數(shù)、堿酸比的方法評價(jià)生物質(zhì)積灰結(jié)渣的特性。
3、生物質(zhì)鍋爐燃燒存在的主要問題
生物質(zhì)是清潔的可再生能源，這是生物質(zhì)鍋爐發(fā)展的主要優(yōu)勢之一．然而由于秸稈生物質(zhì)自身的燃料特性，以及堿金屬和氯的存在，使得生物質(zhì)直燃鍋爐比燃煤鍋爐更容易產(chǎn)生積灰、結(jié)渣和腐蝕等問題，目前生物質(zhì)利用中普遍存在的堿金屬問題，直接制約了生物質(zhì)鍋爐的發(fā)展，這已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
3.1主要堿金屬對結(jié)渣的影響
結(jié)渣是個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其主要形態(tài)是以黏稠或熔融的沉淀物形式出現(xiàn)，而造成結(jié)渣的一個(gè)重要原因是燃料層的濕度高于灰的軟化溫度．在燃煤鍋爐的燃燒過程中，過量空氣系數(shù)、爐膛溫度等參數(shù)對結(jié)渣率有重要影響，而生物質(zhì)具有區(qū)別于煤炭的燃料特性，除了以上參數(shù)的影響外，堿金屬特別是K，Cl，S元素對積灰結(jié)渣和腐蝕有重要影響。
K元素在秸稈生物質(zhì)中含量較高，主要形成氧化物、氯化物和硫酸鹽，這些化合物都表現(xiàn)為低熔點(diǎn)，當(dāng)K及其化合物凝結(jié)在飛灰顆粒上時(shí)具有黏性和低熔點(diǎn)，K的凝結(jié)速度和擴(kuò)散速率對灰粒熔點(diǎn)和黏性有著決定性作用。
CI元素在生物質(zhì)燃燒中起著傳輸作用，有助于堿金屬元素從燃料顆粒內(nèi)部遷移到顆粒表面與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且Cl元素有助于堿金屬元素的氣化，與堿金屬物質(zhì)反應(yīng)生成相對穩(wěn)定且易揮發(fā)的堿金屬氯化物．另外，CI元素，特別是K元素的化合物，還有助于增加無機(jī)化合物的流動性．堿金屬，S，Cl元素?fù)]發(fā)出來，相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后以硫酸鹽或氯化物的形式凝結(jié)在飛灰顆粒和受熱面壁面上，多數(shù)硫酸鹽呈熔融狀態(tài)，增加了沉積層表面的黏性，加劇結(jié)渣程度，隨著堿金屬元素氣化程度增加，沉積物數(shù)量及黏性也不斷增加．同時(shí)，還會發(fā)生氣體和沉積物灰渣本身的反應(yīng)，使結(jié)渣層更厚．
我國常見的3種秸稈生物質(zhì)（稻草、麥秸和玉米秸）的灰分(表2)中，稻草的堿金屬氧化物(K20+Si02 +S03)含量約為88. 2qo，麥秸約為85.3%，玉米稈約為76.7%．通過以上堿金屬對結(jié)渣影響的分析可以看出，稻草的結(jié)渣性大于其他兩種秸稈。
3.2氯對腐蝕的影響
生物質(zhì)燃料的Cl含量比煤炭高，CI元素可以將K從穩(wěn)定的硅酸鹽中吸收出來，形成低熔點(diǎn)腐蝕性強(qiáng)的硫酸鹽，一方面，這些硫酸鹽在管壁上結(jié)成釉瓷狀的渣膜，該渣層在表面溫度升高融化時(shí)放出S03并向內(nèi)外擴(kuò)散，使管壁氧化層破壞；另一方面，這些硫酸鹽再吸收S03并與Fe203，Alz0,生成焦硫酸鹽，該鹽通常在管壁溫度下呈熔融狀態(tài)，對管壁的氧化膜造成腐蝕。
另外．HCI也是Cl析出的一種重要形式，它對于金屬的高溫腐蝕有重要影響，發(fā)生氯腐蝕的原因是由于燃料中存在一定量的NaCl和KCI，NaCI在高溫下以氣態(tài)形式存在，在爐膛內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)：
生成的HCI使管壁氧化膜遭到破壞，生成氣化點(diǎn)很低的FeCl2并隨即揮發(fā)，從而使管壁金屬直接受到HCI的腐蝕，同時(shí)，由于氧化膜遭到破壞，使得H2S也能到達(dá)金屬表面，加快了管壁金屬的腐蝕速度。
由表2可知，稻草和麥秸灰分中的Cl含量分別為1. 2%和1.3%，而玉米則高達(dá)22.8%，可見，在玉米稈的燃燒過程中Cl對腐蝕的影響會更加嚴(yán)重。
4、結(jié)束語
我國的生物質(zhì)直燃技術(shù)主要以燃燒農(nóng)作物秸稈為主，而秸稈生物質(zhì)的燃料特性和煤炭有很大差距，這些燃料特性導(dǎo)致不同生物質(zhì)結(jié)渣特性的差異．在我國具有代表性的3類生物質(zhì)秸稈（稻草、麥秸和玉米秸）中，稻草的結(jié)渣性遠(yuǎn)高于玉米秸，生物質(zhì)中堿金屬和CI的含量會加劇結(jié)渣和腐蝕的可能，因此，研究生物質(zhì)燃料特性有利于減輕燃燒中存在的結(jié)渣腐蝕等問題，并可促進(jìn)生物質(zhì)燃燒技術(shù)的發(fā)展。
