0、引言
秸稈是農(nóng)作物生產(chǎn)的副產(chǎn)品，主要包括稻秸、麥秸、玉米秸、油菜秸、大豆秸、棉花秸等，其產(chǎn)量大、分布廣。我國(guó)的秸稈資源擁有量居世界第一位，年產(chǎn)量約為6.5億t，并且呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2010年可達(dá)到7.26億t，是一項(xiàng)重要的生物質(zhì)能資源。
生物質(zhì)能是指蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，屬可再生能源。在化石能源日趨匱乏的今天，人們開始注重可再生能源的利用。生物質(zhì)能在燃燒時(shí)放出C02，在生物質(zhì)生長(zhǎng)期間又吸收C02。因此，在生物質(zhì)循環(huán)周期中可實(shí)現(xiàn)C02氣體零排放，有利于減小溫室效應(yīng)。但是，盡管生物質(zhì)資源量非常大，由于生物質(zhì)有其產(chǎn)生的季節(jié)性、種類多樣性、產(chǎn)地分散性、質(zhì)地散拋性‘糾，其體積大、能量密度小，運(yùn)輸、儲(chǔ)存費(fèi)用相對(duì)較高，這大大限制了對(duì)其有效利用。近年來由于農(nóng)業(yè)增收，秸稈過剩，很多農(nóng)民用燒荒的辦法把過剩的秸稈處理掉。這樣既污染環(huán)境，又有不安全因素，很多火災(zāi)就是由燒荒引起。2005年10月在黑龍江省黑河市境內(nèi)連續(xù)發(fā)生的5起森林大火，都是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民燃燒秸稈引發(fā)的。秸稈的嚴(yán)重過剩也與使用秸稈的技術(shù)和設(shè)備的嚴(yán)重滯后有關(guān)。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，開始從秸稈造氣、秸稈氣化發(fā)電、秸稈直燃發(fā)電、秸稈成型顆粒燃燒、秸稈與煤摻混燃燒，即生物質(zhì)型煤等各方面進(jìn)行研究。把秸稈摻混在型煤中，可以改善原型煤的燃燒性能，也是利用現(xiàn)有設(shè)備使用秸稈的捷徑。
我國(guó)是世界上煤炭產(chǎn)量和消費(fèi)量最大的國(guó)家之一，長(zhǎng)期以來，煤炭在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有極其重要的地位。在未來幾十年內(nèi)，我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將不會(huì)改變。為了節(jié)約能源和防止大氣污染，以型煤代替散煤作為工業(yè)鍋爐的燃料是最有效的措施之一。與燃用散煤相比，型煤能夠大大降低飛灰及漏煤量，減少煙塵；加入適量的添加劑，還具有一定的固硫效果，通過配煤技術(shù)，得到合適的燃料特性，改善燃燒狀況。生物質(zhì)型煤就是一種新的配煤技術(shù)，由于含有高揮發(fā)分的生物質(zhì)，其著火點(diǎn)溫度較低，燃燒過程平穩(wěn)，不會(huì)造成熄火，有利于改善型煤的燃燒性能。為此，筆者以玉米秸稈、無煙煤為對(duì)象對(duì)秸稈在型煤中的優(yōu)化配比及使用進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)。
1、秸稈在型煤中的優(yōu)化配比及燃燒特性
筆者采用的煤樣為七臺(tái)河無煙煤，生物質(zhì)為玉米秸稈。將試樣粉碎并且研磨篩分，樣品粒度小于0.2mm。將玉米秸稈按總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10%、20%及30%分別與無煙煤混合。試樣性質(zhì)分析采用SDTGA -2000自動(dòng)工業(yè)分析儀和SDACM - 3000自動(dòng)量熱儀。對(duì)試樣進(jìn)行的熱參數(shù)分析采用美國(guó)PerkinElmer公司生產(chǎn)的Pyris Diamond同步熱分析儀，該分析儀包括熱分析儀、聯(lián)用計(jì)算機(jī)和聯(lián)機(jī)打印機(jī)，同時(shí)提供曲線和數(shù)據(jù)。
試1中，秸稈燃燒的TG和DTG曲線在40～120℃之間出現(xiàn)第一階段失重，顯然是由于水分析出引起的。第二階段失重過程在170—370C之間，是揮發(fā)分析出及燃燒過程。此時(shí)失重比較明顯，且失重率達(dá)到最大值后即開始衰減。第三階段失重過程在370—550℃之間，此階段是固定碳燃燒階段。揮發(fā)分引起固定碳燃燒后，失重較明顯，并釋放出大量的燃燒熱。此段結(jié)束后的失重率已經(jīng)接近90%，550℃后是燃盡階段。
圖2中，無煙煤燃燒的TC和DTG曲線第一階段在250～370℃之間出現(xiàn)表觀增重，是由于微小的試樣顆粒吸附一定的氣體分子引起的。第二階段失重過程在370～480℃之間，是揮發(fā)分持續(xù)析出達(dá)到著火點(diǎn)燃燒過程。接下來揮發(fā)分引燃固定碳，使試樣失重率急劇上升，在大約550C左右達(dá)到最大值，然后進(jìn)入燃燒后半程，失重率下降較快，大約在650C左右燃燒過程基本結(jié)束。480～650℃之間為第三階段失重過程。650℃之后是第四階段，為燃盡過程，失重變化極為緩慢，并逐漸趨于停止。
由TC和DTG曲線圖看到秸稈的最大燃燒速率出現(xiàn)在第二階段，無煙煤的最大燃燒速率出現(xiàn)在第三階段。有較高揮發(fā)分含量的秸稈的燃燒過程主要集中在前期。無煙煤由于揮發(fā)分含量低，燃燒過程以固定碳燃燒為主，因此著火點(diǎn)高，燃燒放熱過程主要集中在后期。由于秸稈與煤的物理結(jié)構(gòu)及成份的差異，使其單獨(dú)燃燒特性顯出較大差異。
與單純?cè)嚇尤紵^程相比，從圖3中可以看到，混合物的燃燒TG曲線呈明顯的雙峰特點(diǎn)。即生物質(zhì)的揮發(fā)分集中析出燃燒與煤中固定碳的集中燃燒均體現(xiàn)出來，并與混合物中生物質(zhì)含量有關(guān)。由于生物質(zhì)的加入，使燃燒前期第二階段的燃燒速率明顯高于純煤，混合物低溫放熱能力要高于純煤。隨著生物質(zhì)加入量的不同，使煤的著火性能得到不同程度的改善，并使燃燒過程有前移的趨勢(shì)，燃燒前期放熱增強(qiáng)，改善了燃燒放熱的分布，著火點(diǎn)溫度較低，容易點(diǎn)火。
2、秸稈在型煤中的使用
從混合物的燃燒TC曲線圖（如圖3所示）看到玉米秸稈總質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、20%及30%的混合型煤試樣均出現(xiàn)失重雙峰。玉米秸稈質(zhì)量比例大的燃燒效果較好，但差別不是很大。由于生物質(zhì)的密度小，生物質(zhì)的加入會(huì)使混料煤蓬松，壓縮比增大。玉米秸稈質(zhì)量比例大的混煤成型困難，需要高壓成型機(jī)，才能將生物質(zhì)和原煤的混合物壓實(shí)成型。而高壓成型機(jī)價(jià)格貴，維護(hù)費(fèi)用高。我國(guó)目前的成型機(jī)壓力一般在500 kg/cm2以下，達(dá)不到生物質(zhì)型煤高壓成型的要求。筆者在FB250型型煤壓力機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，玉米秸稈總質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的混合型煤能夠壓出型來，玉米秸稈總質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%以上的混合型煤成型困難。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售的
顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料也稱秸稈煤。
筆者將在FB250型型煤壓力機(jī)上用玉米秸稈總質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的混合煤擠壓成型的型煤在普通型煤鍋爐上進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)（如圖4所示），與在同一鍋爐同一狀態(tài)下燃燒普通型煤進(jìn)行參數(shù)對(duì)比。與普通型煤相比，10%生物質(zhì)型煤的揮發(fā)分增多，揮發(fā)分析出集中，著火溫度低，升溫速度快，10%的秸稈先行燃燒，在型煤中形成蜂窩孔，煤炭與氧化劑分子充分接觸，優(yōu)化了燃燒過程，燃盡率高，效率高。煙塵顆粒少，固硫，進(jìn)一步減少對(duì)空氣的污染。
3、結(jié)論
通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，筆者認(rèn)為在煤粉中摻混10%玉米
秸稈粉料，不僅改善型煤的燃燒性能，還能夠合理的利用現(xiàn)有的型煤成型設(shè)備和燃燒型煤鍋爐。
