1、元素分析
燃料的元素成分是熱化學轉換的物質基礎。生物質
顆粒燃料中大部分是由碳、氫、氧、氮、硫、磷等基本元素組成的可燃質，只有少量的無機物和一定量的水分。
（1）基本元素
A、碳
碳在自然界中是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼之中。碳的一系列化合物—有機物是生命的根本，碳是占生物體干重比例最多的一種元素。植物通過光合作用吸收二氧化碳，然后通過呼吸作用、植株腐爛分解及燃燒等方式釋放二：氧化碳完成碳循環。
在生物質燃料中，碳的含量大小決定著燃料發熱量的大小，其完全燃燒的熱化學反應方程式為
C（s）+O
2（g）=CO
2（g） △H=-393.5KJ/mol
燃燒熱值為393.5 KJ/mol。
在秸稈燃料中，碳的含量一般在45%左右，煤炭中含碳量為80%-90%。一般來說，含碳越高，燃點越高，因此秸稈比煤炭易點燃。
B、氫
氫是所知道的元素中最輕的，在正常情況下，氫是無色、無臭、極易燃燒的雙原子氣體，在地球上和地球大氣中只存在極稀少的游離狀態氫。氫在生物質中的含量約為6%，主要來源于水，是僅次于碳的主要可礁物質，氫燃燒可放出142 256 kj/kg的熱量，在生物質中常以碳氫化合物的形式存在，燃燒時以揮發分氣體析出。由于氫容易著火燃燒，所以含氫越高，燃點越低。氫燃燒后主要生成水。
C、氮
在自然界，氮元素以分子態（氮氣）、無機結合氮和有機結合氮三種形式存在。大氣中含有大量的分子態氮。但是絕大多數生物都不能夠利用分子態的氮，植物只能從土壤中吸收無機態的銨態氮（銨鹽）和硝態氨（硝酸鹽），用來合成氨基酸，再進一步合成各種蛋白質，通過動物身體的利用和代謝及植物體自身的分解和燃燒轉化為無機氮，完成氮循環。在生物質中，氮不能燃燒，但會降低燃料的發熱量。
D、氧
氧是地殼中最豐富、分布最廣的元素，氧通過呼吸作用進入生物體，再以水或者C0
2的形式回到大氣，水可以光合作用變成0
2，完成氧循環。氧可以助燃，它的存在使反應物質內部出現一個均勻分布的體熱豫。生物質中氧含量為35%～40%，遠高于煤炭等化石燃料，因此在燃燒時的空氣需求量小于煤。
E、硫
硫是植物生長必需的礦物質營養元素之一，是構成蛋白質和酶所不可缺少的元素。植物從土壤中吸收硫是逆濃度梯度進行的，主要以SO
42-的形式進入植物體內。植物體內的硫可分為無機硫酸鹽和有機硫化合物兩種形態，大部分為有機態硫。無機態硫多以硫酸根的形式在細胞中積累，其含量隨著硫元素供應水平的變化存在很大差異，既可以通過代謝合成有機硫，又可以轉移到其他部位被再次利用。
硫在植物體中的含量一般為0.1%～0.5%，其變動幅度受植物種類、品種、器官和生育期的影響。通常，十字花科植物需硫最多，禾本科植物最少。硫在植物開花前集中分布于葉片中，成熟時葉片中的硫逐漸減少并向其他器官轉移。例如，成熟的玉米葉片中含硫量為全株硫量的10%，莖、種子、根分別為33%、26%和11%。
在生物質燃料中，硫也是可燃物質，硫燃燒放出的熱量為9210 kl/kg。其燃燒產物是二氧化硫和三氧化硫，然后在高溫下與水蒸氣反應生成亞硫酸和硫酸。這些物質對金屬有強烈的腐蝕作用，污染人氣。在燃燒過程中，硫元素從燃料顆粒中揮發出來，與氣相的堿金屬元素發生化學反應生成堿金屬硫酸鹽，在900℃的爐膛溫度下，這些化合物很不穩定。在秸稈燃燒過程中，氣態的堿金屬、硫、氯及它們的化合物將會凝結在灰顆粒或水冷壁的沉積物上。如果沉積物不受較大的飛灰顆粒或吹灰過程的擾動時，它們就會形成白色的薄層。這一薄層能夠與飛灰混合，促進沉積物的聚集和黏結。在沉積物表面上，含堿金屬元素的凝結物還會繼續與氣相含硫物質發生反應生成穩定的硫酸鹽，而且在沉積物表而溫度下，多數硫酸鹽呈熔融狀態，這樣會增加沉積層表面的黏性，加劇了沉積腐蝕的程度。現場運行實踐表明，單獨燃燒鈣、鉀含量高，含硫量少的木柴時，沉積腐蝕的程度低；而當將木材與含硫較多的稻草共燃時，則沉積腐蝕的就很嚴重，而且沉積物中富含K
2 S0
4和CaS0
4。同時，在燃燒過程中，硫元素還可以被鈣元素捕捉。在運行的固定床和流化床燃燒設備中可以觀察到，當循環流化床中加入石灰石后，會導致回料管和對流煙道中含鈣、硫物質的聚集。值得注意的是，硫酸鈣被認為是在過熱器管表面灰顆粒的黏合劑，能夠加重沉積腐蝕的程度。
不同生物質的元素含量是不相同的，這主要是由生物質種類、生長時期和生長條件等因素決定。扣除灰分變化的影響后，碳、氫、氧這三種主要的元素分析只有細微的差別。下表給出了部分生物質原料的主要元素干燥基分析結果。
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部分生物質原料的主要元素分析 |
|
原料 |
灰分/% |
碳/% |
氫/% |
氧/% |
氮/% |
硫/% |
|
麥秸 |
7.2 |
45.8 |
5.96 |
40 |
0.45 |
0.16 |
|
玉米秸 |
5.1 |
46.8 |
5.74 |
41.4 |
0.66 |
0.11 |
|
稻草 |
19.1 |
38.9 |
4.74 |
35.3 |
1.37 |
0.11 |
|
稻殼 |
15.8 |
38.9 |
5.1 |
37.9 |
2.17 |
0.12 |
|
棉柴 |
17.2 |
39.5 |
5.07 |
38.1 |
1.25 |
0.02 |
|
樹屑 |
0.9 |
49.2 |
5.7 |
41.3 |
2.5 |
0 |
|
樹皮 |
4 |
50.3 |
5.83 |
39.6 |
0.11 |
0.07 |
|
白樺 |
0.4 |
48.3 |
6.4 |
44.5 |
0.08 |
0 |
圖2. 29是以這三種元素的總量為1作出的相對含量曲線，兩條曲線的變化是平緩的。一般認為以CH
1.4O
0.6。作為生物質的假想分子式已有相當的精度。這提示了生物質的利用工藝具有廣泛的原料適用性。
