生物質(zhì)的分布、自然狀態(tài)、尺寸、堆積密度、高位發(fā)熱量、含水率及熔點等物理特性對燃料的收集、運輸、儲存和相應(yīng)的燃燒技術(shù)有極大的影響，下面我們便來一一的介紹。
1、含水率
水分是生物質(zhì)原料一個易變的因素，新鮮的木材或秸稈的含水量高達50%～60%，自然風(fēng)干后為8%～20%。水分是燃料中不可燃的部分。根據(jù)與燃料的結(jié)合情況，生物質(zhì)燃料所含的水分可分為兩部分：一部分存在干細胞腔內(nèi)和細胞之間，稱為自由水，可用自然干燥的方法去除，與運輸和儲存條件有關(guān)，在5%～60%變化；另一部分為細胞壁的物理化學(xué)結(jié)合水，稱為生物質(zhì)結(jié)合水，一般比較固定，約占5%。
含水率影響燃燒性能、燃燒溫度和單位能量所產(chǎn)生的煙氣體積。
含水率高的生物質(zhì)在燃燒時水分的蒸發(fā)要消耗大量的熱，熱值有所下降，點火困難、燃燒溫度低，產(chǎn)生的煙氣體積較大。因此，在直接燃燒過程中要限制原料的含水量，預(yù)先對燃料進行干燥處理。
原料含水率對生物質(zhì)成型技術(shù)也有重要影響。生物質(zhì)體內(nèi)的水分也是一種必不可少的自由基，流動于生物質(zhì)團粒間，在壓力作用下，與果膠質(zhì)或糖類混合形成膠體，起黏結(jié)劑的作用，因此過于干燥的生物質(zhì)材料在通常情況下是很難壓縮成型的，甚至顆粒表面碳化，并引起黏結(jié)劑自燃。生物質(zhì)體內(nèi)的水分還有降低木質(zhì)素的玻變（熔融）溫度的作用，使生物質(zhì)在較低溫度下成型。但是，含水率太高將影響熱量傳遞，并增大物料與模具的摩擦力。秸稈在熱壓成型時，環(huán)（平）模塊狀燃料含水率控制在16 %～20%，其他含水率一般為8%～15%。
三門峽富通新能源生產(chǎn)
顆粒機、飼料顆粒機、
秸稈壓塊機、木屑顆粒機等生物質(zhì)燃料飼料機械設(shè)備。
原料含水率的高低直接影響生物質(zhì)的儲存，根據(jù)作者的研究，含水率在25%以上的秸稈，如果不進行預(yù)干燥就堆積儲存，易霉爛變質(zhì)，失去應(yīng)有的燃料特性。
2、堆積密度
堆積密度式指包括燃料顆粒空間在內(nèi)的密度，反映了單位容量中燃料的質(zhì)量，一般在自然堆積情況下進行測量。堆積密度在很大程度上影響著生物質(zhì)利用反應(yīng)床的幾何尺度和對附屬設(shè)備的迭取，并對其利用的經(jīng)濟性有直接影響。與煤相比，生物質(zhì)普遍具有密度小、體積大、含氧量高的特點。例如，純褐煤的密度為560～600 kg/m
3，玉米秸稈的堆積密度為150～240 kg/m
3，硬木木屑堆積密度為320 kg/m
3左右。
圖2. 28中給出了部分生物質(zhì)原料在顆粒尺度為15～25 mm時的堆積密度。從圖中可看到，實際存在著兩類的植物原料，一類是包括硬木、軟木、玉米芯等在內(nèi)的所謂硬材，它們的堆積密度為250～300 kg/m
3；另一類主要包括各種秸稈即所謂軟材，它們的堆積密度遠小于木質(zhì)燃料。例如，玉米秸的堆積密度相當(dāng)于木材的1/4，麥秸的堆積密度相當(dāng)于木材的1/10以下。
堆積密度對生物質(zhì)的熱化學(xué)利用有重要的影響。當(dāng)受熱時，揮發(fā)分從空隙處析出后，剩余的木炭機械強度較高，可以保持原來的形狀，從而形成孔隙率高、均勻的優(yōu)良反應(yīng)層，而秸稈炭的機械強度很低，不能保持原有的形狀，細而散的顆粒也降低了反應(yīng)層的活性和透氣性。從白楊木、麥秸和玉米秸稈自然風(fēng)干后的生物質(zhì)原料縱剖面的顯微結(jié)構(gòu)，可以明顯看出，木材質(zhì)地緊密，而麥秸和玉米秸稈僅靠細而疏松的纖維狀物質(zhì)支撐著原料的形狀。
秸稈內(nèi)部分子間距大，堆積密度低，這些特點決定了秸稈具有較大的可壓縮性。但是較低的堆積密度需要占用的堆放空地更大，對生物質(zhì)的存儲和運輸非常不利，尤其是秸稈類型生物質(zhì)。秸稈的堆放體積龐大，搬運、運輸、碼垛需要消耗較多的人力財力，運輸有一定的困難，尤其是遠距離大規(guī)模運輸成本太高。如果除去人工費和含水率及運輸損耗，成本將會更高．而且較大的體積對較大型的生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)帶來一定的困難，直接制約了秸稈燃燒技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
3、生物質(zhì)原料工業(yè)成分分析
生物質(zhì)工業(yè)成分分析是參照煤的工業(yè)分析方法，主要測定原料中水分、揮發(fā)分、灰分及固定碳的含量。生物質(zhì)原料的工業(yè)分析成分并不具有唯一性，因為所沿用的煤質(zhì)工業(yè)分析方法相當(dāng)于隔絕空氣的熱解，但按標準方法測得的工業(yè)分析成分有助于與煤炭等其他固體燃料相比較。熱解開始，首先是水分蒸發(fā)選出，然后是燃料中的有機物熱解析出各種氣態(tài)產(chǎn)物，即揮發(fā)分，生物質(zhì)原料中的揮發(fā)分物質(zhì)中，一部分是常溫下不凝結(jié)的簡單氣體，如一氧化碳、氫氣、二氧化碳、甲烷等；另一部分則在常溫下凝結(jié)成液體，其中包括水和各種較大分子的烴類，其析出量與加熱速率密切相關(guān)。揮發(fā)分析出后，剩余物為固定碳和灰分，結(jié)構(gòu)松散狀，氣流的擾動就可使其解體懸浮起來，迅速進入爐膛的上方孔間，形成飛灰顆粒。通常秸稈燃燒產(chǎn)生的飛灰量高達5%，遠遠高于木質(zhì)燃料產(chǎn)生的飛灰量，木材燃燒產(chǎn)生的飛灰量約為0. 5%。較多飛灰顆粒也增加了對受熱面的撞擊次數(shù)，加劇了鍋爐受熱面管子的磨損腐蝕。表2.5是部分生物質(zhì)原料的工業(yè)分析數(shù)據(jù)。
表2-5部分生物質(zhì)原料的工業(yè)分析
|
原料 |
水分/% |
揮發(fā)分/% |
固定碳/% |
灰分/% |
原料 |
水分/% |
揮發(fā)分/% |
固定碳/% |
灰分/% |
|
麥秸 |
4.39 |
67.36 |
19.36 |
8.90 |
棉柴 |
6.78 |
68.54 |
20.71 |
3.97 |
|
玉米秸 |
4.87 |
71.45 |
17.75 |
2.93 |
雜草 |
5.43 |
68.27 |
16.4 |
9.4 |
|
稻草 |
4.97 |
65.11 |
16.06 |
13.86 |
馬糞 |
6.34 |
58.99 |
12.82 |
21.85 |
|
豆秸 |
5.10 |
74.65 |
17.12 |
3.13 |
牛糞 |
6.46 |
45.72 |
12.52 |
32.40 |
從表2.5所列的部分生物質(zhì)原料的工業(yè)分析數(shù)據(jù)可以看出，生
物質(zhì)原料的揮發(fā)分遠高于固定碳的含量，一般為76%～86%（干基），與煤炭的工業(yè)分析數(shù)據(jù)正好相反，這樣，在熱利用時就表現(xiàn)出與煤炭不一樣的特點。秸稈類生物質(zhì)在燃燒時，一般在350℃，就有80%的揮發(fā)分析出。
4．發(fā)熱量
生物質(zhì)原料的發(fā)熱量（熱值）在生物質(zhì)的熱利用過程中是最重要的理化特性，決定了其進行工業(yè)利用的可行性。
生物質(zhì)原料的發(fā)熱量（熱值）是指在一定溫度下，單位質(zhì)量的燃料完全燃燒后，在冷卻至原來的溫度時所釋放的熱量，單位是MJ/kg。根據(jù)燃料中的水蒸氣是否釋放汽化潛熱，將熱值分為高位熱值和低位熱值，二者的公式分別為
Q
GW=0.3491X
c+1.1783X
h+0.1005X
s-0.0151X
n-0.1034X
o-0.0211X
灰
式中，Q
GW為高位發(fā)熱量，X
C、XH、X
S、X
N、X
o、X
灰分別為碳( C)、氫(H)、硫(S)、氮(N)、氧(O)和灰分的干基質(zhì)量分數(shù)(%)。
Q
DW=Q
GW-25（9H+W）
根據(jù)上面的公式，高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱暈之差是水蒸氣的汽化潛熱。由于低位熱值接近于生物質(zhì)在大氣壓下完全燃燒時放出的熱量，通常計算采用低位熱值，生物質(zhì)的熱值一般為14～19 MJ/kg。
表2.6為部分生物質(zhì)原料的發(fā)熱值。生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量與劣質(zhì)煤相當(dāng)。實際上各種原料的發(fā)熱量差別上要是由灰分多少引起的，除去灰分后（無水無灰），各種生物質(zhì)原料的發(fā)熱量不會有人大的誤差。
表2-6部分生物質(zhì)燃料發(fā)熱值
|
原料 |
高位發(fā)熱值/（MJ/KG） |
低位發(fā)熱值/（MJ/KG |
原料 |
高位發(fā)熱值/（MJ/KG） |
低位發(fā)熱值/（MJ/KG |
|
麥秸 |
18.487 |
17.186 |
棉柴 |
15.830 |
14.724 |
|
玉米秸 |
18.101 |
16.849 |
木屑 |
19.800 |
18.556 |
|
稻草 |
15.954 |
14.920 |
樹皮 |
19.556 |
18.284 |
|
稻殼 |
15.670 |
14.557 |
白樺 |
19.719 |
18.279 |
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