隨著我國經濟的高速發展，煤炭資源迅速消耗，燃煤發電所導致的粉塵、二氧化硫和氮氧化物污染也日益嚴重，合理開發和高效利用包括生物質能在內的可再生低污染的清潔能源成為能源工程領域的重要課題。所謂生物質能，就是以生物質為載體的能量。收獲時留在農田內的玉米秸桿是我國北方地區主要的農業生物質能資源。直燃秸稈與燃燒秸稈致密成型塊相比較，直燃秸稈燃料加工成本小，但是運輸成本大，存儲損耗高，燃燒秸稈致密成型塊燃料加工成本大，但是運輸成本小，存儲損耗低。因而直燃秸稈與燃燒秸稈致密成型塊都有一定范圍的工業應用。本文作者在供暖工業鏈條鍋爐上進行了直燃秸稈和燃燒秸稈致密成型塊實驗，研究了燃燒不同燃料時，鍋爐效率和污染物排放水平，對燃燒不同燃料的鏈條鍋爐的設計和運行提出了指導意見，秸稈顆粒機、秸稈壓塊機專業壓制農作物秸稈成型燃料。
1、實驗
1.1燃料
    作為燃料的玉米秸稈收集于遼寧省阜新市阜蒙縣。秸稈的工業分析結果：收到基水分7.11%，收到基灰分5. 97%，收到基揮發分70. 69%，收到基可燃炭16, 23%。秸稈的元素分析結果：收到基炭43.17%，收到基氫5.12%，收到基氧36.93%，收到基氮1，33%，收到基硫0.08%，收到基氯0. 29%。秸稈的收到基低位發熱量Qnet=17, 746MJ/kg。直燃秸稈時，將秸稈用鍘草機，鍘切成120～50 mm的段，而后用打包機制成500 mm×250 mm×80 mm的燃料包。燃料包的表觀密度在150 kg/m3左右。燃燒秸稈致密成型塊時，將秸稈用鍘草機鍘切成20一30 mm的段，而后用壓塊機壓制成20mm x 20mm×150mm的燃料塊，燃料塊的表觀密度在800—1300 kg/m3左右，堆積密度在500~700kg/m3左右。
1.2設備
    實驗用工業鏈條供暖鍋爐型號為D212-0. 8/160—AII，額定狀態下每小時可以向一次供熱管道提供溫度為1600C，壓力為0.8 MPa的熱水2t。鍋爐設計煤種為二類煙煤。
    排煙和爐膛內各處煙氣組分用Test0 350煙氣分析儀測量；爐排上和爐膛內各處煙氣溫度用Tm902c便攜式溫度儀測量；排渣和飛灰樣品按照DL/L 567.6 - 2000．即《火力發電廠燃料試驗方法——飛灰和爐渣可燃物測定方法》中規定的用于火力發電廠性能測試的灰渣可燃物含量測定方法B測量可燃炭含量。
2、結果與討論
2.1不同燃料的燃燒性能
    秸稈致密成型過程中，由于機械擠壓力和摩擦力做功，使其溫度升高，會導致部分水分散失，并釋放低分子可燃氣體，如醛類等。此外溫度升高也導致秸稈原料內部纖維素、半纖維素和木質素等的組分和物性發生改變。這些都導致秸稈致密成型塊與秸稈的燃燒性能會有所不同。
    將秸稈與秸稈致密成型燃料粉碎成1.5~2.5 mm的粉狀，在梅特勒一托利多（中國）有限公司出產的型號為SMP/PF7548/MET的熱重分析儀上進行分析。保護氣為純度99.9%的氮氣，反應氣組分：79%～2、10%02和11%C02。升溫速率25℃/min，終溫900℃，維持至質量恒定。
    從圖1中可以看出，秸稈與秸稈致密成型塊的反應動力學特性區別不大。秸稈致密成型塊脫水過程稍為明顯，可燃炭燃燒反應速率稍小，持續時間稍長；秸稈脫水過程不甚明顯，可燃炭燃燒反應速率稍大，持續時間稍短。然而秸稈致密成型塊和秸稈的燃料形態和表觀密度的區別卻影響了它們在鏈條鍋爐上的燃燒反應特性。這在熱重分析中是不能體現出來的，富通新能源銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
2.2燃燒不同燃料鍋爐熱損失比較
    鍋爐的熱損失主要包括化學不完全燃燒損失、機械不完全燃燒損失、散熱損失、排渣物理熱損失和排煙物理熱損失。由于化學不完全燃燒損失基本可以忽略，散熱損失決定于鍋爐容量、鍋爐負荷和爐墻形式，與燃燒狀況關系不大。因此本研究著重研究燃燒不同燃料時鍋爐排煙物理熱損失、排渣物理熱損失和機械不完全燃燒損失的變化。
2. 2.1排煙物理熱損失鍋爐排煙物理熱損失取決于鍋爐排煙量和排煙溫度。鍋爐排煙量主要由燃料元素組成和過量空氣系數決定，而過量空氣系數是最重要的運行控制參數之一。因而本文作者著重研究燃燒不同燃料時鍋爐排煙溫度和過量空氣系數的變化。
    鏈條鍋爐過量空氣系數是爐膛過量空氣系數和煙道漏風系數之和，顯然煙道漏風系數是有煙道密封性能決定的，因而鏈條鍋爐過量空氣系數變化主要由爐膛過量空氣系數變化引起。鏈條鍋爐特殊的供風方式決定了爐排前后段空氣過剩，爐排中段供氧不足，因而需要后拱與前拱配合，將爐排前后部多余的的氧量輸送到爐排中部，參與燃燒。
    如果前后拱的設計與燃料的燃燒性能不匹配，就會造成爐膛過量空氣系數增加，最終造成排煙物理熱損失增加。
    從表l中可以看出，在后拱與渣池的連接處無論燃燒秸稈還是秸稈致密成型塊，其過量空氣系數都很大，并且數值接近，這是由于此處燃料可燃炭燃燒反應基本終止，從渣池漏進來的空氣和從爐排下部補充進來的空氣只有很小部分氧氣與可燃炭發生了氧化反應，這些空氣更重要的作用是冷卻排渣，回收排渣物理熱。隨著氣體從渣池向喉口流動，不停有空氣穿過爐排補充進來，然而補充進來的空氣不足以彌補可燃炭氧化反應消耗的部分，因而過量空氣系數越來越小。如果鏈條爐排配風不合理，亦可造成過量空氣系數越來越大，最后鍋爐處于大過量空氣系數燃燒狀態，爐膛溫度很低，很難帶負荷。
    對比表中秸稈與秸稈致密成型塊燃燒時，相同位置的過量空氣系數可以看出，由于秸稈致密成型塊顆粒密度大，氧氣需要擴散進入顆粒內部才能與顆粒內部秸稈發生反應，所以在后拱下面，仍然存在較強烈的燃燒反應；同時由于秸稈揮發分大，直接燃燒秸稈時揮發分脫出后，所剩灰分與可燃炭殘余物堆積密度小，結構松散，容易造成爐排局部吹穿。以上兩種原因造成秸稈直接燃燒時，過量空氣系數大于秸稈致密成型塊，也就是說秸稈直接燃燒時，排煙物理熱損失較大。
2.2.2排渣物理熱損失鍋爐排渣物理熱損失決定于燃料收到基灰分、灰渣比和灰渣排出溫度。收到基灰分由燃料自身性質決定，在本研究中為5.97%，基本不隨燃料發生改變；灰渣比由燃燒方式決定，對于層燃鍋爐而言，基本維持1:4左右。因而本研究通過測量灰渣排出溫度來研究燃燒不同燃料時，排渣物理熱損失的變化。
    鏈條鍋爐排渣溫度一般以600℃為宜，溫度太高，排渣物理熱損失過大，排渣還沒有被適當冷卻；溫度太低，排渣物理熱損失固然減小，但是用過多的冷空氣冷卻排渣，造成爐膛過量空氣系數增加，從而增加了排煙物理熱損失。實際運行經驗以距離擋渣鐵或者爐排后軸中心線500 mm爐排上沒有火苗，排渣掉落時沒有跑火為參考。
  在后拱下部煙氣含氧量測點用Tm902c便攜式溫度儀測量爐排上相應5個位置排渣的溫度，每個位置沿著爐排寬度方向均布5個測點，該5個位置排渣的溫度為5個測點溫度的平均值。測點位置如圖2所示，測量結果如表2所示。
    從表2可以看出，由于秸稈直燃時，燃料與空氣接觸面積大，揮發分析出量大而迅速，進入后拱以后，由于所剩可燃炭份額低，燃燒溫度不容易保持；同時含可燃炭灰渣堆積密度小，容易被吹穿，灰渣溫度下降很快。而秸稈致密成型塊結構致密，氧氣不容易進入燃料塊內部，所以進入后拱后，仍然剩余相當部分可燃炭，能夠很好維持后拱下部溫度水平，也不容易被吹穿。
2. 2.3機械不完全燃燒損失燃煤鏈條鍋爐機械不完全燃燒損失主要包括漏煤損失、灰渣含可燃炭造成的損失和飛灰含可燃炭造成的損失。由于秸稈與秸稈致密成型塊尺寸很大，通過爐膛前部爐排落入灰渣池的可能性不存在，同時正常燃燒的鏈條爐排灰渣比很小，為1:5左右，因此只研究排渣可燃炭含量，以比較燃料不同時，機械不完全燃燒損失的區別。
    截取落向渣池的排渣，封裝于陶瓷密閉容器中，待冷卻到室溫后，根據DUL 567.6 -2000，即《火力發電廠燃料試驗方法——飛灰和爐渣可燃物測定方法》中規定的用于火力發電廠性能測試的灰渣可燃物含量測定方法B測量可燃炭含量。結果表明秸稈直接燃燒時，排渣可燃炭含量為17.4%，燃燒秸稈致密成型塊時，排渣可燃炭含量為8.7%。
    根據排煙物理熱損失和排渣物理熱損失的分析結果，可以看出秸稈直燃排渣可燃炭含量高的原因是由于秸稈直燃時，燃料松散堆積，失去大部分水分、揮發分和部分可燃炭后，剩余物不能有效覆蓋爐排面，容易造成吹穿；并且由于剩余可燃炭質量少，因而燃燒反應釋放熱量也少，造成后拱下部溫度下降迅速，致使雖然有充足的氧氣，可燃炭仍然由于溫度較低沒有燃盡。
2.3燃燒不同燃料時鍋爐氣體排放量比較
    燃燒生物質燃料的鍋爐常規排放的污染物有：NOx、S02和CO，此外與CO -樣，作為評價燃燒狀況指標的H2也進行了測量，結果如表3所示。
  從表3可以看出，無論秸稈直燃，還是秸稈致密成型塊燃燒，NOx和S02排放濃度都很低。NOx排放濃度低是由于燃燒溫度低導致熱力型NOx生成量少和大量集中釋放的揮發分對已經生成的NOx的還原反應。SO2排放濃度低是由于生物質燃料自身S元素含量低，此外還有生物質燃料K和Na元素較高的含量導致較高的自脫硫率的因素。
從表3也可以看出，秸稈直燃排放的CO和H2濃度遠遠超過了秸稈致密成型塊燃燒，這是由于秸稈直燃揮發分釋放更迅速，當揮發分沒有與足夠的氧氣完全混合時，造成了可燃氣體CO和H2排放濃度的增加。
3、結論
3.1燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，由于燃料揮發分含量高和灰分含量低，導致燃盡區燃料不能有效覆蓋床面，排煙過量空氣系數較大為1.92，導致排煙物理熱損失增加。而生物質致密成型塊在燃盡區對床面的覆蓋能力好于秸稈直燃，排煙過量空氣系數為1.58，因而其排煙物理熱損失要小些。
3.2燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，應該設立擋渣鐵和改進后拱結構，以利于提高后拱下爐排溫度，降低機械不完全燃燒損失和化學不完全燃燒損失；調節后拱下風室的配風并提高后拱下風室之間的密封能力，以利于降低過量空氣系數，從而降低排煙物理熱損失。
3.3燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，由于燃料揮發分含量高，可燃炭含量低，后拱下爐排溫度很難保持，低溫與可燃物少的共同作用下，造成后拱下風室過來的空氣不是助燃，而是冷卻排渣，因而排渣溫度遠遠低于600℃的鏈條鍋爐運行規范，這對鍋爐經濟運行是不利的。燃燒秸稈致密成型塊的情況稍好于直接燃燒秸稈。秸稈直接燃燒時，排渣可燃炭含量為17.4%；燃燒秸稈致密成型塊時，排渣可燃炭含量為8.7%。
3.4燃煤鏈條鍋爐直接燃燒秸稈，由于后拱下部爐排溫度低，導致可燃炭燃盡程度不高；同時由于揮發分釋放迅速而數量巨大，前后拱配合不良，二次風配置不好的時候，會造成一定濃度的可燃氣體的排放，燃燒秸稈致密成型塊的時候，情況稍好一些。