生物质颗粒燃料能的物质基础

一、生物质颗粒燃料原料的类型
　　按原料的化学性质分，生物质颗粒燃料能资源主要为糖类、淀粉和木质纤维素物质。
按原料来源分，则主要包括以下几类：
　　①农业生产废弃物，主要为作物秸秆；
　　②薪柴、枝权柴和柴草；
　　③农林加工废弃物、木屑、谷壳和果壳；
　　④人畜粪便和生活有机垃圾等；
　　⑤工业有机废弃物、有机废水和废渣等；
　　⑥能源植物，包括所有可作为能源用的农作物、林木和水生植物资源等。
　　能源植物包括糖类、淀粉和纤维素类原料，是未来建立生物质颗粒燃料能工业的主要资源基础，是今后生物质颗粒燃料能资源发展的主要方向。
　　二、生物质颗粒燃料能资源的特点
　　与矿物能源相比，生物质颗粒燃料在燃用过程中对环境污染小。
　　生物质颗粒燃料能蕴藏量巨大，而且是可再生的能源。只要有阳光照射，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质颗粒燃料能也就永远不会枯竭。
　　生物质颗粒燃料能源具有普遍性、易取性，几乎不分国家、地区，它到处存在，而且廉价、易取，生产过程极为简单。
　　可再生能源中，生物质颗粒燃料是唯一可以储存与运输的能源，这给其加工转换与连续使用带来一定的方便。
　　生物质颗粒燃料挥发组分高，碳活性高，易燃。在400℃左右的温度下，大部分挥发组分可释出，而煤在800"C时才释放出30%左右的挥发组分。将生物质颗粒燃料转换成气体燃料比较容易实现。生物质颗粒燃料燃烧后灰分少，并且不易黏结，可简化除灰设备。
　　提倡生物质颗粒燃料能开发利用，有助于改善生态环境。大力开发生物质颗粒燃料能，就要积极植树、种菜，绿化大地，美化环境，净化空气，保持水土，减少风沙。在用科学方法利用生物质颗粒燃料的热能后，剩余部分还可还田，改良土壤，提高肥力。
　　生物质颗粒燃料能源也有弱点，从质量密度的角度来看，’作为燃料与矿物能源相比不具优势，是能量密度较低的低品位能源。它质量轻，体积大，给运输带来一定难度，并且风、雨、雪、火等外界因素为它的保存带来不利影响。
　　三、生物质颗粒燃料的化学组成
　　糖类和淀粉类原料的化学组成相对简单，主要由葡萄糖单糖或多糖组成。
　　广泛利用的生物质颗粒燃料主要属于纤维素类，不同来源的生物质颗粒燃料其化学组成也不尽相同。
　　农作物秸秆主要化学元素组成：碳40%~46%、氢5%~6%、氧43%~50%、氮O.6%~1.1%、硫O.1%~0.2%；经完全燃烧，灰分3%~5%、磷1.5%~2.5%、钾11%~20%。
　　薪柴化学元素组成：碳49.5%、氢6.5%、氧43%、氮1%；经完全燃烧，灰分少于1%，还有少量钾和其他微量元素。
　　纤维素类生物质颗粒燃料在燃烧过程中，各元素发挥了不同的作用，形成相应的氧化产物。
　　1)碳(c)是燃料中的主要元素，其含量多少决定着燃料发热值的高低，含碳量越高，发热量越多。燃烧后变为C02或CO。lkg纯碳完全燃烧约释放33 913kJ的热量。纯碳不易燃烧，含碳越高，燃点越高，点火越难。碳以两种形式存在：一种是它与氢和氮组成化合物，燃烧时以挥发物形式析出燃烧；另一种是固定碳，挥发物析出后在更高的温度下才能燃烧。柴草中固定碳的含量比煤炭少得多，前者为12%~20%，后者为80%~90%，因此柴草易点燃和燃尽。
　　2)氢(H)常以碳氢化合物形式存在。lkg纯氢燃烧可放出142 300kJ的热量。氢的燃烧产物是水蒸气，汽化潜热要带走一部分热量(22 600kJ)，实际放热为119 700kJ。氢禽量越多，越容易燃烧。
　　3)硫(S)作为燃料是一种有害物质。1kg纯硫燃烧放出9210kJ热，生成SO，或S03。箕在烟气中若与水蒸气发生化学反应生成亚硫酸(H2s03)或硫酸(H2s04)，腐蚀金属，污染大气，危害人体，影响植物生长。
　　4)磷(P)可燃，燃烧后生成五氧化二磷(P205)，是草木灰中的磷肥。
　　5)钾(K)可燃，燃烧后生成氧化钾(K20)，是草木灰中的钾肥。
　　6)氮(N)和氧(o)。氯不能燃烧，氧可助燃。它们不产热，会降低燃料的发热量（吸热)。农作物秸秆和薪柴还含有一定量的水分和少量的其他矿物质。水分在燃烧过程中产生水蒸气，吸收热量(称为汽化潜热)，随烟气跑掉，带走一部分热量；其他矿物质有Si02、A1203、CaO、Fe203等，它们是灰分。在纤维素生物质颗粒燃料中，稻草与稻壳含灰量较大，超过10%；其他纤维素生物质颗粒燃料含灰量通常小于3%。
　　四、生物质颗粒燃料燃料的热值
　　生物质颗粒燃料燃料主要有农作物秸秆、薪柴、野草、畜粪和木炭等，通常它们都含有不同比例的水分。lkg生物质颗粒燃料完全燃烧所放出的热量称为它的高位热值。水分在燃烧过程中变为蒸气(燃料中氢燃烧时也生成水蒸气)，吸收一部分热量，称为汽化潜热。高位热值减去汽化潜热值得到的热量，即为lkg生物质颗粒燃料的低位热值。国内在燃用生物质颗粒燃料过程中计算它的发热量时，常常取(如果不特别注明)低位热值这个数据(表)。
　　表1常见燃料热值表

　　注：同一种燃料随产出情况的不同，其所含可燃成分也不尽一致，其热值在一定范围内变化；表中所列数值多为近似平均数，是参考值；热量单位国际上用焦耳(J)，国内有的文献中还有用卡(cal)的，它们的换算关系是leal=4.1868J；热量计算中还常出现“标准煤”(煤当量)的字样，我国定义的标准煤量值(世界各国尚未统一)是热值2930010为lkg标准煤；目前我国将原煤换算成标准煤，按平均热值20 900kJ/kg计算，换算系数为O.714，原油按41868kJ/kg计算，换算系数为1.429，天然气按38 979kJ/m3计算，换算系数为1.33，水力发电的热功当量计算，lkW·h水电等于3600kJ，换算系数为0.123；标准煤的符号为lkg标准煤——lkgce；It标准煤——1tce
　　由于水分在转变成蒸气时吸收热量，因此每种生物质颗粒燃料都含水量不同导致其低位热值不一样，含水量越大，其低位热值越小。