6種生物質(zhì)顆粒成型燃料性能測(cè)試分析

孫 毅，張文標(biāo)*，林啟晨，李文珠，汪孫國(guó)

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 加拿大光潤(rùn)生物質(zhì)材料與生物能源技術(shù)公司，加拿大 埃德蒙頓 T6R3J6）

6種生物質(zhì)顆粒成型燃料性能測(cè)試分析

孫 毅1，張文標(biāo)1*，林啟晨1，李文珠1，汪孫國(guó)2

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2. 加拿大光潤(rùn)生物質(zhì)材料與生物能源技術(shù)公司，加拿大 埃德蒙頓 T6R3J6）

對(duì)竹粉、紅木粉和杉木刨花、樹(shù)皮、棉稈、玉米稈6種生物質(zhì)成型燃料進(jìn)行工業(yè)分析、元素測(cè)試、密度和發(fā)熱量及燃燒特性等相關(guān)參數(shù)的測(cè)定。結(jié)果表明：各生物質(zhì)成型燃料的全水分、密度、灰分、揮發(fā)分和固定碳的物理特性參數(shù)基本滿足瑞典生物質(zhì)顆粒燃料標(biāo)準(zhǔn)SS187120的要求；通過(guò)元素分析法可知，6種生物質(zhì)成型燃料的N為0.51% ~ 3.45%，S為0.03% ~ 0.22%，都遠(yuǎn)低于煤的值，是一種清潔能源；通過(guò)錐形量熱儀的測(cè)試分析，結(jié)合傅一張著火特性指標(biāo)FZ可知， 6種生物質(zhì)成型燃料的著火溫度從低到高依次是紅木粉＞杉木刨花＞竹粉＞樹(shù)皮＞玉米稈＞棉稈。綜合各項(xiàng)性能指標(biāo)考慮，紅木粉成型燃料的性能最優(yōu)，其熱值20.64 MJ/kg，全水分6.49%，灰分0.41%，揮發(fā)分82.01%，固定碳11.09%，N元素0.51%，S元素0.03%，點(diǎn)燃時(shí)間13 s。

生物質(zhì)；成型燃料；熱值；工業(yè)分析；元素分析；燃燒特性

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，石化能源消耗量急劇增加，人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重影響。積極開(kāi)發(fā)和利用可再生清潔能源、減少石化能源消耗、降低溫室氣體排放，已經(jīng)成為世界各國(guó)緩解能源危機(jī)和氣候變化問(wèn)題的共識(shí)[1]。生物質(zhì)能是繼煤和石油之后的世界第三大能源，素來(lái)以來(lái)源豐富、環(huán)境友好、可持續(xù)利用而躋身世界能源的舞臺(tái)。目前，生物質(zhì)能應(yīng)用廣泛，其中生物質(zhì)成型燃料是生物質(zhì)固體形態(tài)的能源化利用方式，也是生物質(zhì)能源化利用最簡(jiǎn)單、最直接的途徑之一，在21世紀(jì)后得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)量以每年18% ~ 25%的速度增長(zhǎng)[2~3]。利用機(jī)械力將生物質(zhì)壓縮或擠壓成為容積密度較大、熱效率較高、便于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏的固體成型燃料，其容積密度可以提高到原來(lái)的10倍以上（大于600 kg/m3），形狀和尺寸統(tǒng)一，使用方便，易于燃燒，是煤和薪柴優(yōu)秀的替代燃料[4]。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性方面開(kāi)展了一些研究。任敏娜等[5]研究了玉米桿、稻殼等農(nóng)作物顆粒燃料的著火溫度等特性；姚宗路等[6]對(duì)中國(guó)的秸稈類(lèi)顆粒燃料與瑞典的木質(zhì)顆粒燃料進(jìn)行研究得出燃燒結(jié)渣影響因素；程大莉等[7]對(duì)棉桿和竹材顆粒燃料成型工藝和性能進(jìn)行了研究；黃逢龍等[8]對(duì)杉木、松木針葉材的鋸屑顆粒燃料成型工藝進(jìn)行了研究。劉志佳等[9]人研究了毛竹材制作顆粒燃料，其產(chǎn)品性能均能滿足美國(guó)顆粒燃料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《民用/商用生物質(zhì)顆粒燃料》的要求；其熱值達(dá)到18.4 MJ/kg，也滿足德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《木質(zhì)顆粒燃料》（DIN 51731）中規(guī)定的關(guān)于商業(yè)用途。國(guó)外研究比較早，如Boman C等[10]、Linda S Johansson等[11]分別研究了木質(zhì)燃料及成型燃料的燃燒特性；Gible C等[12]、Gonzalez等[13]分別研究了不同木質(zhì)、秸稈類(lèi)成型燃料在家用爐具中結(jié)渣的形成與特征。

本文參照歐盟生物質(zhì)固體成型燃料標(biāo)準(zhǔn)（CEN/TC 355）測(cè)試我國(guó)竹粉、紅木粉、杉木刨花等6種不同生物質(zhì)成型燃料的物理特性，采用錐形量熱儀測(cè)試分析其燃燒等特性，為適合我國(guó)國(guó)情的生物質(zhì)成型燃料實(shí)際應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和儀器

1.1 試驗(yàn)材料

由竹粉、紅木粉、杉木粉和樹(shù)皮為原材料制備的成型燃料，來(lái)自浙江隆吉節(jié)能科技有限公司；棉稈、玉米稈制備的成型燃料，由安徽合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供。成型燃料均壓縮加工成圓柱形。

1.2 試驗(yàn)儀器

ZDHW-5型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀（鶴壁市科達(dá)儀器儀表有限公司）、Varid EL元素分析儀（德國(guó)EMELENTAR公司）、FTT2000錐形量熱儀（英國(guó)）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 工業(yè)分析

生物質(zhì)成型燃料的工業(yè)分析（全水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳）參照歐盟固體生物質(zhì)燃料技術(shù)規(guī)范（CEN/TC355）和GB/T 28731-2012《固體生物質(zhì)燃料工業(yè)分析方法》進(jìn)行測(cè)定。

2.2 元素測(cè)試

生物質(zhì)成型燃料的元素主要包括C、H、N、S、O等元素，其中C、H、O元素直接參與氣化過(guò)程，也是可燃?xì)庵性氐闹饕獊?lái)源。測(cè)量參照

標(biāo)準(zhǔn)煤的元素分析方法GB/T476-2001，氧元素的質(zhì)量百分比通過(guò)差減法獲得。

2.3 密度和發(fā)熱量測(cè)定

由于所測(cè)燃料為表面粗糙的圓柱狀固體物，不便于準(zhǔn)確測(cè)定其長(zhǎng)寬厚尺寸并計(jì)算其體積，參照機(jī)制炭密度的測(cè)試方法[14]，采用AG204型排液法固體密度測(cè)定儀，以98%酒精為介質(zhì)，同一條件下的同種燃料經(jīng)過(guò)10次平行測(cè)量，取平均值，所測(cè)得的密度為有效的密度或真實(shí)的密度。

利用ZDHW-8A全自動(dòng)量熱儀，取0.9 ~ 1.1 g標(biāo)準(zhǔn)試樣放氧彈內(nèi)坩堝上，充入氧氣置壓力達(dá)2.8 ~ 3.0 Mpa，通電點(diǎn)燃彈筒內(nèi)的試樣后，試樣燃燒產(chǎn)生的熱量由彈筒壁傳導(dǎo)給內(nèi)筒水，根據(jù)水溫的上升和量熱系統(tǒng)（包括水筒、氧彈）的熱容量，即可計(jì)算出試樣的發(fā)熱量。

2.4 燃燒特性

生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性主要由錐形量熱儀測(cè)試完成，其主要工作原理就是“耗氧量原理”，即材料在錐形電加熱器的熱輻射下燃燒時(shí)，火焰會(huì)消耗空氣中一部分氧氣，同時(shí)會(huì)放出一定的燃燒熱值，根據(jù)材料在燃燒時(shí)消耗氧氣量的計(jì)算，測(cè)定在燃燒過(guò)程中的熱釋放速率（HRR）、總熱釋放量（THR）、質(zhì)量損失速率（mass）、煙生成速率（SPR）、煙釋放總量（STR）、點(diǎn)燃時(shí)間（TTI）等參數(shù)，用以分析該材料的燃燒性能[15]。目前ISO 5660標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)ASTM E1354標(biāo)準(zhǔn)以及其他發(fā)達(dá)國(guó)家的一些標(biāo)準(zhǔn)都把錐形量熱法確認(rèn)為材料燃燒性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法[16]。

實(shí)驗(yàn)時(shí)將6種試樣放入受熱表面積尺寸為100 mm×100 mm的燃燒容器內(nèi)，需將其背面和四個(gè)側(cè)面用鋁箔緊緊包裹，盡可能減少試件非受熱面熱量和質(zhì)量的損失。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

6種生物質(zhì)成型燃料的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 6種生物質(zhì)成型燃料的工業(yè)分析、元素分析、發(fā)熱量、顆粒密度和點(diǎn)燃時(shí)間Table 1 Proximate analysis, element determination, density, caloric value and TTI of different tested biomass pellets

3.1 工業(yè)分析

工業(yè)分析包括全水分、揮發(fā)分、灰分、固定碳等。從表1可知，6種成型燃料的全水分在6.49% ~ 9.89%，其中紅木粉成型燃料的全水分最低，玉米稈的最高，所有成型燃料的全水分能滿足瑞典生物質(zhì)顆粒燃料標(biāo)準(zhǔn)SS 187120的參考值（≤10%）要求。水分的存在不僅使生物質(zhì)中可燃物質(zhì)含量相對(duì)減少，熱值降低，而且使著火變得困難，影響燃燒速度。但是其在吸出過(guò)程中的“造孔效應(yīng)”起到了與可燃物質(zhì)成分同樣重要的作用。

生物質(zhì)成型燃料的揮發(fā)分通常是較高的，這幾種成型燃料的揮發(fā)分差異也較大，紅木粉最大為82.01%，而棉稈只有67.33%，其它的成型燃料均在71.48% ~ 80.17%。從表中還可看出，一般木質(zhì)燃料的揮發(fā)分相對(duì)較高，而秸稈類(lèi)燃料相對(duì)較低。揮發(fā)分對(duì)生物質(zhì)的燃燒有很大影響，從表1中可以看出，紅木粉成型燃料點(diǎn)燃時(shí)間最短，為13 s。

6種生物質(zhì)顆粒燃料的灰分值有顯著差異，從竹粉的1.21%到樹(shù)皮的11.53%，而樹(shù)皮的灰分較大很可能是因?yàn)槠浜s質(zhì)較多所致。成型燃料灰分的變化規(guī)律與揮發(fā)分正好相反，一般木質(zhì)燃料的灰分相對(duì)較低，而秸稈類(lèi)燃料卻相對(duì)較高。

生物質(zhì)顆粒燃料的固定碳值跨度也很大，從棉稈的3.62%到紅木粉的11.09%，其它燃料均在這個(gè)范圍內(nèi)。一般木質(zhì)燃料的固定碳含量高，而秸稈類(lèi)燃料的含量就相對(duì)低些。固定碳含量的多少會(huì)影響發(fā)熱量的大小，從表1中也可以看出，紅木粉成型炭的固定碳含量最高，其熱值也相應(yīng)高些。

離散平穩(wěn)小波變換通過(guò)對(duì)濾波器插零的方式將其延長(zhǎng),使小波變換后得到的近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)與原始信號(hào)的長(zhǎng)度一致,克服了普通離散小波變換后每層小波系數(shù)長(zhǎng)度不一致的缺點(diǎn)。并且還具有平移不變性和冗余性的特點(diǎn),避免了由于小波基不具備平移不變性而使得信號(hào)產(chǎn)生Gibbs振蕩現(xiàn)象。離散平穩(wěn)小波的分解為:

3.2 元素分析

從表1可知，紅木粉成型燃料C質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為49.57%，其次是竹粉和杉木刨花，都在40%以上，其余三種燃料C質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于這個(gè)數(shù)值，但差異不大，其中樹(shù)皮的最低為33.75%。H，除了杉木刨花和樹(shù)皮低于1%以外，分別是0.53%、0.83%，其余四種燃料差異不大，棉稈的最高為1.65%。不同成型燃料中的S、N質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，從表中可看出，木質(zhì)燃料的S、N一般要低于秸稈類(lèi)燃料，這與羅娟等的研究結(jié)果相同[17]。對(duì)于N，杉木刨花要遠(yuǎn)大于其它幾種燃料，相應(yīng)導(dǎo)致燃燒后煙氣中產(chǎn)生的NOX也會(huì)更多一些[6]，其它燃料的N質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.51% ~ 1.76%，其中紅木粉的最小。對(duì)于S來(lái)說(shuō)，一般燃料低于0.1%，而紅木粉僅為0.03%，但是棉稈和玉米稈要高于0.1%，分別為0.22%、0.15%。一般煤中S元素的含量要大于1%，基于此點(diǎn)同煤相比較，生物質(zhì)成型燃料更為清潔環(huán)保。

3.3 發(fā)熱量

發(fā)熱量是評(píng)價(jià)顆粒燃料優(yōu)劣的一個(gè)極為重要的參數(shù)，不同原料的成型燃料發(fā)熱量差異較為明顯，紅木粉的發(fā)熱量最大，為20.64 MJ/kg，其次是竹粉和杉木刨花，其值分別為20.58 MJ/kg、20.53 MJ/kg，三種成型燃料發(fā)熱量都超過(guò)了20 MJ/kg，在市場(chǎng)上均屬于較為優(yōu)質(zhì)的燃料；其它三種成型燃料的發(fā)熱量在17.55 ~ 18.08 MJ/kg，其中樹(shù)皮的發(fā)熱量最低，總之，6種成型燃料的發(fā)熱量都滿足 SS187120的參考值（≥16.9 MJ/kg）要求。

圖1 生物質(zhì)顆粒燃料的固定碳與發(fā)熱量的關(guān)系Figure 1 Relation between fixed carbon with caloric value of different

發(fā)熱量與水分、灰分、固定碳等因素有關(guān)，但同固定碳含量的關(guān)系最顯著。

3.4 密度

成型燃料的密度會(huì)影響能量密度，也會(huì)左右生產(chǎn)者和消費(fèi)者的運(yùn)輸成本和儲(chǔ)存成本。由表1知，6種生物質(zhì)成型燃料的密度沒(méi)有顯著差別，在1.26 ~ 1.33 g/cm3，均滿足SS187120的參考值（≥1.12 g/cm3）要求，說(shuō)明它們成型工藝基本相近。其中樹(shù)皮與棉稈的成型密度最大，均為1.33 g/cm3，這可能是因樹(shù)皮中有少量的果膠和蠟質(zhì)，棉桿中含有脂臘質(zhì)、韌皮纖維、果膠等物質(zhì)，在熱的作用下形成類(lèi)似膠黏劑的物質(zhì)，所形成燃料密度較大的原因。紅木粉的成型炭密度相較之下最小，為1.26 g/cm3，可能是因?yàn)槠滟|(zhì)地堅(jiān)硬，成型中難以壓縮緊密，有空隙存在。

3.5 燃燒特性分析

3.5.1 傅-張著火特性通用指標(biāo) 傅-張著火指標(biāo)是在煤焦非均相著火理論假設(shè)條件下得出的理論，由于生物質(zhì)成型燃料沒(méi)有完善的理論，故本文以此理論來(lái)研究生物質(zhì)顆粒燃料的著火性能。傅維標(biāo)[19]等提出煤的著火特性通用指標(biāo)為：

式中：FZ是著火特性指標(biāo)；Vad是揮發(fā)分；Mad是全水分；Cad是固定碳含量。FZ值越大，著火性能越好。各生物質(zhì)顆粒燃料的傅-張著火指標(biāo)如圖2所示。

根據(jù)FZ指標(biāo)，著火溫度由低到高排列的燃燒性能為：紅木粉＞杉木刨花＞竹粉＞樹(shù)皮＞玉米稈＞棉稈。該指標(biāo)強(qiáng)調(diào)了揮發(fā)分和內(nèi)在水分析出時(shí)對(duì)碳燃燒過(guò)程的影響，認(rèn)為兩者析出后在碳內(nèi)部形成空隙，F(xiàn)Z是和（Vad＋Mad）的平方成正比，（Vad＋Mad）與Cad比較而言，前者對(duì)于著火的影響要比后者大得多。這個(gè)結(jié)論同表1結(jié)果相吻合的。

3.5.2 易點(diǎn)燃性能 易點(diǎn)燃性能主要由點(diǎn)燃時(shí)間 TTI體現(xiàn)，TTI反應(yīng)了材料被點(diǎn)燃的難易程度，一般來(lái)說(shuō)，TTI越小，材料越容易點(diǎn)燃，其易點(diǎn)燃性能越佳。從表1中知，紅木粉易點(diǎn)燃性能最好，其次是杉木刨花，接著是竹粉，其它三種燃料點(diǎn)燃時(shí)間都在20 s以上，棉稈的易點(diǎn)燃性能最差，這和其揮發(fā)分和全水分含量有關(guān)。各生物質(zhì)顆粒燃料的揮發(fā)分和全水分對(duì)點(diǎn)燃時(shí)間的影響如圖3所示。

從圖3中可看出，點(diǎn)燃時(shí)間與揮發(fā)分大致成線性關(guān)系，揮發(fā)分越高，點(diǎn)燃時(shí)間越短，這是因?yàn)樯镔|(zhì)燃料中的揮發(fā)分中含有大量氫氣、甲烷、不飽和烴、一氧化碳等可燃?xì)怏w，揮發(fā)分越高，則生物質(zhì)燃料越容易著火。而點(diǎn)燃時(shí)間與全水分大致呈指數(shù)關(guān)系，全水分越高，點(diǎn)火時(shí)間越長(zhǎng)，這是因?yàn)樯镔|(zhì)燃料中全水分越高，一方面延長(zhǎng)了干燥時(shí)間，另一方面降低了絕熱燃燒溫度，從而使燃料所需的點(diǎn)燃時(shí)間延長(zhǎng)。羅娟等研究的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)顆粒燃料點(diǎn)燃時(shí)間結(jié)果也驗(yàn)證了以上結(jié)論。

圖3 生物質(zhì)顆粒燃料揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、全水分對(duì)點(diǎn)燃時(shí)間的影響Figure 3 Effect of volatile mass fraction and total moisture of tested biomass pellets on time to ignition

3.5.3 熱釋放性能 HRR是燃料最重要的燃燒參數(shù)之一，HRR越大，燃燒反饋給材料表面的熱量就越多，隨之導(dǎo)致材料熱解速率的加快和揮發(fā)性可燃物生成量的增多，從而加速了火焰的傳播。如圖4所示，所有HRR曲線均具有兩個(gè)放熱峰，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，第一放熱峰對(duì)應(yīng)于點(diǎn)燃時(shí)的有焰燃燒過(guò)程，第二放熱峰對(duì)應(yīng)與于第二次出現(xiàn)較高火焰的燃燒過(guò)程，第一放熱峰值均比第二放熱峰值大，且該峰下面所覆蓋的面積（放熱量）也高于第二放熱峰，因而第一放熱峰對(duì)燃燒性的貢獻(xiàn)較大。紅木粉的第一放熱峰出現(xiàn)的最早，這跟其點(diǎn)燃時(shí)間較短有很大關(guān)系，可能是由于其木材內(nèi)含有較多的易燃性抽提物所致。竹粉的兩個(gè)放熱峰都大于其它燃料，最大峰峰值為328.39 kW/m2，說(shuō)明其燃燒相對(duì)劇烈，放出的熱也相對(duì)快速些，但持續(xù)燃燒時(shí)間就相對(duì)短些。杉木刨花緊隨其后，總體燃燒也很劇烈，放熱也很迅速，但持續(xù)燃燒性上更優(yōu)秀些。HRR曲線最差的應(yīng)該是樹(shù)皮，最大峰值為172.72 kW/m2，整體燃燒緩慢，放熱較少，這緣于樹(shù)皮加工時(shí)摻入很多不燃雜質(zhì)，阻礙了熱解產(chǎn)物的擴(kuò)散和熱量的傳遞。

THR也是重要的燃燒參數(shù)之一，THR越大，材料燃燒所放出的熱量就越多。結(jié)合圖4、圖5可以看出，從試樣被點(diǎn)燃到第二放熱峰峰值出現(xiàn)的有焰燃燒階段，總熱釋放量迅速增加并且在放熱峰出現(xiàn)時(shí)變化最快：當(dāng)?shù)诙艧岱暹^(guò)后，總熱釋放量增加很緩慢，說(shuō)明幾種生物質(zhì)顆粒燃料燃燒釋放的熱量最主要是由有焰燃燒提供的。從圖5中看出杉木刨花THR值最大，竹粉和紅木粉緊隨其后且三者間差距不大，樹(shù)皮的最小，不難看出燃料的THR最大值比較趨勢(shì)基本和其發(fā)熱量值相符合，不過(guò)THR的數(shù)值更接近實(shí)際燃燒產(chǎn)生的熱量。

3.5.4 煙釋放性能 SPR和TSR都是材料煙釋放性能重要的表征參數(shù)，一般SPR、TSR越大，其煙釋放性能越好，但是從實(shí)際環(huán)境安全角度看，煙釋放性能越好，燃料的品質(zhì)越差。圖6所示，SPR曲線的形狀及峰值位置與其相對(duì)應(yīng)的HRR曲線相似，但是點(diǎn)燃初期出現(xiàn)的第一發(fā)煙峰較低，這是由于點(diǎn)燃初期燃燒溫度較低和相對(duì)缺氧等原因而產(chǎn)生未徹底氧化的有機(jī)物質(zhì)，降低了燃燒熱。

從圖6、圖7中可以看出，竹粉的生煙速度相對(duì)較快和生煙量很大，表明其煙釋放性能最佳，究其原因可能是因?yàn)橹穹垲w粒較小，成型不是很完全，造成其未徹底燃燒所致。

圖6 煙生成速率曲線Figure 6 Smoke production rate

圖7 煙釋放總量曲線Figure 7 Total smoke production

3.5.5 燃燒過(guò)程中的質(zhì)量變化 Mass曲線直觀反應(yīng)了材料燃燒過(guò)程中的質(zhì)量變化情況，曲線斜率可以表示質(zhì)量損失速率。綜合圖2、圖5，Mass曲線與THR曲線折線變化位置相同，這表明材料燃燒時(shí)熱釋放和質(zhì)量損失是同步的，有焰燃燒釋放熱量速率最快的階段就是材料熱解產(chǎn)生可燃物最快的階段。曲線斜率較大的階段對(duì)應(yīng)有焰燃燒階段，斜率較緩的階段對(duì)應(yīng)紅熱燃燒階段，不難看出質(zhì)量損失和釋熱主要發(fā)生在有焰燃燒階段。在此后的紅熱燃燒階段，各條曲線的斜率基本相同，說(shuō)明是同一種物質(zhì)（木炭）發(fā)生發(fā)應(yīng)，所以有焰燃燒結(jié)束時(shí)各個(gè)試樣已經(jīng)完全炭化，成炭率的差異也主要在有焰燃燒階段的后期形成。紅木粉的 Mass曲線最緩，說(shuō)明其可持續(xù)燃燒能力相對(duì)較好，成炭率也較好，作為燃料來(lái)說(shuō)很重要。而竹粉的 Mass曲線最陡峭，說(shuō)明其質(zhì)量損失速率最快，而其它幾種燃料的Mass曲線差異不大。

圖8 質(zhì)量損失速率曲線Figure 8 Mass loss rate

4 結(jié)論

（1）6種生物質(zhì)成型燃料全水分、密度、灰分、揮發(fā)分和固定碳的物理特性基本滿足瑞典生物質(zhì)顆粒燃料標(biāo)準(zhǔn)SS187120的要求。比較6種生物質(zhì)顆粒燃料的發(fā)熱量，紅木粉成型燃料的發(fā)熱量最大，達(dá)到20.64 MJ/kg，發(fā)熱量與固定碳含量有顯著關(guān)系，固定碳含量越高，發(fā)熱量越高。從綜合物理特性來(lái)說(shuō)，紅木分成型燃料是這6種燃料中最優(yōu)，其次是杉木刨花、竹粉、棉稈、玉米稈成型燃料，樹(shù)皮成型燃料熱值最低，其值僅為17.55 MJ/kg。

（2）從元素方面看，C、H元素是顆粒燃料的重要組成部分，其含量的最高是紅木粉，其值分別為49.57% 和1.35%，最低是樹(shù)皮，其值分別為33.75%和0.83%；而N、S元素的含量影響燃料煙氣對(duì)環(huán)境的污染程度。杉木刨花含量最高分別為3.45%和0.06%，最低是紅木粉，分別為0.51%和0.03%；6種生物質(zhì)成型燃料是一種清潔能源，其N(xiāo)、S含量均低于煤（0.5% ~ 2.0%、0.8% ~ 10%）。

（3）通過(guò)FZ指標(biāo)的計(jì)算值可以看出，本文采用的6種生物質(zhì)成型燃料的著火溫度從低到高依次是紅木粉＞杉木刨花＞竹粉＞樹(shù)皮＞玉米稈＞棉稈。從錐形量熱儀測(cè)試可知，點(diǎn)火時(shí)間分別為紅木粉13s、杉木刨花15s、竹粉19s、樹(shù)皮22s、玉米稈25s、棉稈29s。點(diǎn)火時(shí)間與揮發(fā)分、全水分密切相關(guān)，揮發(fā)分越高，全水分越低，點(diǎn)燃時(shí)間越短。

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Test and Analysis on Properties of Six Kinds of Biomass Pellets

SUN Yi1，ZHANG Wen-biao1*，LIN Qi-chen1，LI Wen-zhu1，WANG Sun-guo2
（1. College of Engineering, Zhejiang A & F University, Linan 311300, China; 2. Sungro Bioresource & Bioenergy Technologies Corp, Canada T6R3J6）

Proximate and elemental analysis, determinations of density, caloric value and TTI were made on six kinds of biomass pellets made from bamboo powder, wood powder, Chinese fir shaving, tree bark, cotton stalk and cornstalk. The results showed that the total moisture, density, ash content, volatiles and fixed carbon of tested biomass pellets met the requirements of SS187120. Elemental analysis demonstrated that the content of N and S of tested pellets was 0.51%-3.45% and 0.03%-0.22%, both were lower than that of the coal, indicating clean energy. Cone calorimeter method with fire indicators of Fz showed that the ignition temperature of tested pellets was ordered by wood powder>Chinese fir shaving>bamboo powder>tree bark>cornstalk>cotton stalk. Integrated indicators resulted that properties of pellets from wood powder was the best, with calorific value of 20.64MJ/kg, total moisture of 6.49%, ash content of 0.41%, volatiles of 82.01%, fixed carbon of 11.09%, the content of N of 0.51%, the content of S of 0.03%, time to ignition of 13 seconds.

biomass; briquette fuel; calorific value; proximate analysis; element analysis; combustion property

S789

：A

1001-3776（2015）06-0016-07

2015-05-05；

2015-10-21

省農(nóng)

業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（2012T201-06）

孫毅（1990-），男，河北廊坊人，碩士生，從事竹材工業(yè)化利用研究；*通訊作者。