隨著能源與環境危機的不斷加劇，合理開發和利用生物質能源，已經越來越受到人們的重視。我國是一個農業大國，包括秸稈在內的生物質能資源十分豐富。2000年到2010年每年僅農作物產生的秸稈量就達3.5億~3.7億t，相當于1.7億t標準煤。農作物秸稈是低碳燃料，又由于其生長過程中吸收CO2，因此，被認為是可實現溫室氣體零排放的清潔能源。農作物秸稈的含硫量、含氮量低，燃燒過程中排放的S02，NO。較少。國際能源機構的研究分析表明，農作物秸稈中硫的質量分數平均只有3. 8%，而煤中硫的平均質量分數將近1%。因此，開發利用生物質秸稈對于緩解能源、環境危機具有重要意義。
根據我國新能源和可再生能源發展綱要提出的目標，至2010年，我國生物質能發電裝機容量要超過3 000 MW。為此，從中央到地方的各級政府都制定了一系列政策，支持生物質能技術的發展。因此，既有經濟、社會效益，又能保護環境的秸稈發電技術的利用前景將會越來越廣闊。
研究秸稈類生物質燃料燃燒及其與煤混燃的燃燒特性、灰熔性，為秸稈發電運行提供可靠的理論基礎和技術參數，對于合理利用秸稈發電技術具有重要意義。本文采用熱重分析法，研究了3種常見秸稈的揮發分著火溫度、析出速率、燃燒特性指數、揮發分特性指數，深入研究了秸稈與煤的混合燃燒及不同燃燒條件對秸稈燃燒過程的影響規律，為秸稈的清潔高效利用提供科學依據，農作物秸稈可以經過秸稈制粒機、秸稈壓塊機壓制成圓柱狀的和塊狀的生物質顆粒燃料。
1、試驗系統與試驗內容
試驗采用瑞士Mettler - Toledo公司的TGA/SD-TA851e熱分析系統，其原理如圖1所示。溫度低于200℃時，秸稈幾乎沒有分解；280℃~370℃之間，秸稈中大分子物質分解，產生大量的揮發性物質，燃料質量急劇下降，DTG曲線上出現一個劇烈的下降峰，且秸稈的曲線峰狹長，峰值很高，表明其揮發分釋放劇烈集中，對著火有利，而煤燃燒時沒有這樣明顯的峰。這3種秸稈中，揮發分析出峰最大的是麥稈，最小的是棉稈。揮發分析出燃盡后，空氣中的氧氣充分與固定碳顆粒的表面接觸，固定碳顆粒開始迅速燃燒，但由于秸稈固定碳含量比較低且受到灰燼包裹和空氣滲透困難的影響，固定碳燃燒階段的失重速率低于揮發分析出和燃燒階段的失重速率。麥稈和棉稈沒有明顯的固定碳燃燒階段，玉米稈燃燒出現了2個明顯的峰。
2.2.2著火溫度￡，
由表2可以看出秸稈的著火溫度均比煤低，這是由于生物質大多是有機物，含有大量的揮發分，因此，秸稈點火時不必耗用大量燃料引火，靠其自身的熱量就可以維持燃燒。相同升溫速率下，玉米稈的著火溫度最低，而棉稈的最高。玉米稈著火最為容易，麥稈次之，棉稈的著火相對困難。
2.2.3 揮發分最大釋放速率”，及其對應溫度￡maxl
揮發分最大釋放速率越大，揮發分析出越強烈。半峰寬越小，揮發分釋放高峰出現得越早、越集中，燃料的揮發析出特性越好，對著火越有利，反之則不利于著火。由表2可以看出，麥稈的揮發分最大釋放速率能達到0. 1105 mg/s，是3種秸稈中揮發分析出最強烈的。由圖2可看出，3種秸稈的揮發分析出峰明顯，半峰寬很小。因此，秸稈有著良好的揮發分析出特性。
2.2.4燃盡溫度
采用燒掉98%可燃質時的點為燃燼點，并用th表示。秸稈的燃盡溫度均比煤低很多，煤樣要在626℃時才能燃盡，而大多數秸稈在400℃時就能燃盡，棉稈的燃盡溫度只有384℃，可見秸稈比煤更容易燃盡。
2.2.5 綜合燃燒特性指數S
綜合燃燒特性指數S[6]是反映燃料的著火和燃盡的綜合性指標，S值越大，燃料的燃燒特性越佳。
從各試樣的綜合燃燒特性指數來看，秸稈的燃燒特性比煤好，其綜合燃燒特性指數比煤高一個數量級，說明大部分生物質的燃燒特性都非常好，其中以棉稈最好，S值最大。
2.3秸稈與煤混燃燃燒特性
2. 3.1秸稈對煤的燃燒特性的影響
秸稈混煤燃燒過程分為揮發分析出階段和固定碳燃燒階段。由表3可以看出，秸稈與煤混燃后，著火溫度均比煤低，說明秸稈能提高煤的點火性能。這是由于秸稈的揮發分含量大，在較低的溫度下即可快速析出，從而有利于煤著火；秸稈的著火點低于煤的著火點，從而對煤有預先加熱促進煤中的揮發分釋放，也有利于煤的著火。秸稈與煤混燃時，固定碳最大燃燒速率均比煤單獨燃燒時大，且在同一升溫速率下固定碳最大燃燒速率對應的溫度均較煤的低，這是由于生物質含有大量的揮發分而且其著火點低，生物質先期著火后有利于煙煤的揮發分的釋放和燃燒，而且對后期固定碳的燃燒也起到預先加熱的作用，從而使煙煤的最大燃燒速率前移，改善了其燃燒性能，促進煤的燃燒。同一升溫速率下，混煤的燃盡溫度較煤的低，比單純秸稈的高。這說明秸稈的加入有利于煤的完全燃燒和提高煤的利用效率。由于秸稈的加入使得煤的著火點提前，燃燒溫度區間拉長，從而使得煤的燃盡特性變好。另外，混煤的S值比煤大，即秸稈的加入能提高煤的燃燒特性。
2. 3.2 升溫速率對秸稈與煤混燃的影響
混煤在不同升溫速率下燃燒的質量微分(DTG)曲線以及燃燒特性參數的具體數值分別見圖3和表4。隨升溫速率的升高，秸稈混煤的著火溫度呈降低趨勢。其中棉稈混煤的著火點降低的幅度最大。著火溫度降低的越多，說明升溫速率的升高對混煤燃燒特性的改善越好。
隨升溫速率的升高，各試樣的揮發分最大釋放速率、固定碳最大燃燒速率均呈增加趨勢，它們對應的峰值溫度也呈升高趨勢。這是由于在燃燒過程中，升溫速率增大，揮發分析出過程中在試樣中停留時間短，揮發分析出量高，在較強熱沖擊下，試樣與氧氣的反應速度加快，使得失重速率增加；同時，試樣顆粒內外溫差增大，產生熱滯后現象，試樣顆粒內部溫度相對較低，反應速率較外部小，導致揮發分析出延遲，致使向高溫區移動。
混煤的燃燒特性指數均隨升溫速率的升高而增加，說明升溫速率對提高燃燒特性有利，這與前面的分析結果是一致的。
2.3.3 混合比例對混煤燃燒特性的影響
由表5可見，隨比例的增加，著火溫度呈下降趨勢，各混煤的揮發分最大析出燃燒速率增大，這顯然是由于秸稈比例的增加使得在相同的時間內有更多的揮發分參與燃燒而造成的，然而固定碳燃燒峰基本呈減小趨勢，而它們對應的峰值溫度沒有明顯的規律性。秸稈混煤的綜合燃燒特性指數均隨秸稈比例的增加而增大，各參數的分析均說明增加秸稈的比例對提高煙煤的燃燒特性是有利的。
3、結論
秸稈具有揮發分含量大，灰分低，含碳量少，含硫量低的特點，因而秸稈生物質有著良好的燃燒特性。秸稈比煤有著較低的著火溫度，良好的揮發分析出特性，較低的燃盡溫度，其綜合燃燒特性指數比煤的高出一個數量級。秸稈與煤混合后，有利于煤的著火和燃盡，改善煤的燃燒特性。隨著升溫速率的升高，秸稈混煤的著火溫度降低，燃燒速率提高，燃燒特性指數提高。隨著秸稈混入比例的提高，混煤的燃燒特性變好。
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