0、引  言
    中國擁有豐富的生物質能資源。據估計，每年產生的可供開采的各種生物質能資源達6. 56億t標準煤。然而，由于生物質能資源本身燃燒性能較差，如能量密度低、高含水性及吸濕性、燃燒過程冒煙，熱效率低下等，使得直接利用生物質作為生產生活能源產生諸多不便。因此，有必要提高生物質的能源品質，以改善其燃燒特性。采用生物質固化成型技術可以提高生物質的能量密度及其燃燒特性，是生物質能開發利用的一種有效途徑。近年來有人對生物質直接低溫熱解進行了研究。認為這既可破壞生物質的纖維素結構提高其可燃性能，又能減少熱解過程中能量損失，同時提高生物質能量密度。但是對于人多數生物質而言，直接低溫熱解同樣存在體積能量密度較低的問題，而且直接熱解需要龐人的熱解設備，材料運輸方面也存在困難。如果將生物質先固化成型后再進行低溫熱解，則可避免上述缺點。但是生物質固化成型后，其物料特性發生了較人的變化。本文分別以碎木塊、鋸末成型塊和稻殼成型塊為材料在試驗室條件下進行低溫熱解試驗，研究低溫熱解條件：溫度及時間對產品熱值、質量得率、能量得率的影響，并對產品的燃燒性能進行了試驗。
生物質資源比如農作我物秸稈等，每年大量的生物質秸稈燃燒造成環境污染，但是如果把農作物秸稈經過顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機壓制成生物質顆粒燃料，那么其的利用價值將大大的提高。
1、儀器、材料和方法
1.1儀器、設備
    YX-ZR天鷹自動量熱儀
    YX-MFI．智能馬弗爐
    YX-HF灰分儀
    YX-HF揮發分儀
    BIO-11型螺旋成型機
1.2測試方法
    生物質材料熱值根據GB/T 213 -1996標準進行測試；水分、灰分、揮發分和固定炭根據GB/T  212 - 2001標準進行測試。
1.3材料
    選擇中國南方地區資源較豐富的稻殼和鋸末作為試驗的材料，木塊作為參照試驗材料。將鋸末和稻殼經過遼寧省能源研究所生產的BIO-11型螺旋成型機擠壓成型，得到試驗用的直徑為60 mm，長度人于250 mm的中間帶小孔的柱狀成型塊材料。試驗材料理化性能指標測試結果見表1。
 
    從表1可以看出，鋸末和稻殼經擠壓成型后，其理化指標發生了一些變化，水分和揮發分都下降了，而固定碳、灰分、密度和熱值都提高了，這是因為原料在擠壓成型過程中，對模具進行加熱（表面溫度290℃）而使原料的水分和揮發物有一定程度揮發的緣故。
1.4低溫熱解最高溫度的確定
    最高溫度和裂解時間是生物質熱解的兩個重要參數。研究表明，生物質熱解溫度在150℃以下時，主要是發生水分的蒸發，得到的餾出液主要是水，氣體產物是空氣及少量的一氧化碳。，該階段主要為干燥階段，很少進行熱分解，生物質組成成分基本不變，干燥階段要吸收外部熱量才能完成。當溫度升到150 -275 ℃時，在此階段吸收外界熱量的生物質首先引起其不穩定的組分（半纖維素）發生熱分解，得到的餾出液中除了水外，還有少量的乙酸、甲醇等有機物；生成的不凝性氣體中除了CO，以外，可燃性成分CO、CH4等逐漸增加，生物質的化學組成開始發生明顯的變化，到本階段結束，材料轉變成褐色，但尚未轉成炭，這個階段也是吸熱反應階段。當溫度達到275～450℃＋時，生物質開始劇烈地進行熱分解，生成人量的分解產物并放出反應熱，直到450℃為止：；生物質熱解產物幾乎都在此階段完成；餾出液中乙酸、甲醇、木焦油及其他有機物的含量人人增加；氣體產物中CO、CH4、Hz等可燃性成分比例上升，本階段結束時，炭已經生成，干餾炭化階段已經基本完成。本階段的一個重要特點是熱分解過程中伴隨著熱量放出，因此，又稱放熱反應階段。因此認為：275 ℃大約是生物質進行熱解時發生吸熱與放熱反應的分界點，超出此溫度后生物質容易發生放熱反應使熱解反應變得不易控制。當溫度進一步提高到450C以上，對固體殘留物進行煅燒后，可進一步降低其中的揮發分含量，提高固定碳含量和增加木炭強度。本階段餾出液和不凝性氣體的產量已經很少。基于以上分析，本文將低溫熱解最高溫度選定為280℃。
2、試驗結果與討論
2.1  木塊低溫熱解試驗
    低溫熱解試驗是在最高可控溫度達300℃的烘箱中進行的。首先利用木塊進行了溫度分別為200，220，240，260，280℃和加熱時間分別為1，2，3h的預備試驗。溫度和時間對產品熱值、質量得率和能量得率指標的影響見表2。
    由表2可知，在280℃以下進行生物質熱解時，能量得率隨著熱解溫度的升高和熱解時間的延長而下降。由表2還可以看出，在熱解時間較短，溫度較低條件下，產品的熱值、產品質量得率變化較小隨著加熱時間的延長和熱解溫度的提高，質量得率下降較快，而熱值上升較快。說明此時木塊中揮發物有一個較激烈的分解過程，揮發速度加快，得到的熱解固體產物其固定碳、灰分含量增人，而揮發分在減少。試驗觀察表明，當熱解溫度超過280C且熱解時間超過3h以后，木塊表面已發生炭化現象，取出后容易著火。從表2可以知道：就木塊而言，在280C溫度條件下，熱解3h后，木塊的熱值仍只有20. 65 MJ/kg，比中質煤熱值略低。說明熱解時間太短，產物的熱值較低。可見，若要提高固體產品的熱值，可以選擇通過提高熱解溫度或延長加熱時間來達到。
2.2鋸末和稻殼成型塊低溫熱解試驗
根據上述木塊低溫熱解試驗的初步結果，筆者進行了鋸末和稻殼生物質成型塊的低溫熱解試驗。試驗的目的是獲得與中質煤熱值(20.0MJ/kg)相當的固體燃料，同時進一步改善生物質的燃燒特性。上述木塊熱解試驗表明，雖然提高熱解溫度也可以提高產品的熱值，但溫度過高容易使木塊發生炭化，這與我們試驗目的不符。因此，我們在進行鋸末和稻殼成型塊的低溫熱解試驗時，在限定最高熱解溫度的前提下，適當延長了熱解時間。溫度分別為260℃，270℃，280℃，熱解時間分別設定為4h、5h。結果見圖1所示。 
    圖1表明，鋸末成型塊和稻殼成型塊與木塊有相似的低溫裂解性質：隨著裂解溫度的提高和裂解時間的延長，裂解固體產品的質量得率和能量得率都在下降，但熱值上升。從圖1還可看出，若要在保證盡可能高的固體產品質量和能量得率的條件下，使產品熱值達到20.9 MJ/kg以上，對于鋸末成型塊，其工藝參數為：熱解溫度260～270C，熱解時間為4h左右，其產品質量得率為64. 8% - 69. 9%，能量得率為76. 9% -80. 7%，熱值為21.68～22.12 MJ/kg;對于稻殼成型塊，其工藝參數為：熱解溫度270℃，熱解時間4 h，產品質量得率63. 2%，能量得率為79.1%，熱值21. 33 MJ/kg。

2.3鋸末和稻殼成型塊燃燒特性試驗
    分別以稻殼成型塊及其熱解固體產品、鋸末成型塊及其固體產品為原料，考查了各自的燃燒特性。上述4種產品的燃燒過程見圖2所示。

    由圖2可見，兩種成型塊的熱解品和非熱解品的燃燒性能差別十分明顯。整個燃燒過程分為冒煙過程、有火焰過程、白熾過程。熱解品冒煙時為7-12 min，從大約15 min起，鋸末成型熱解品和稻殼成型熱解品進入無火焰百熾狀態，而非熱解品冒煙時間長達30 min以上。試驗還表明熱解產品具有較好的點火性能。到人約50 min左右，所有試驗產品燃燒過程結束。產生這種現象的原因可能是產品經過熱解后進一步脫水和釋放較多的揮發份附在產品的表面，使之點火較易，且點火后首先燃燒的是揮發份，從而產生一段冒煙和有火焰過程，揮發份燃燒完后，則其固定碳開始燃燒，從而使燃燒進入白熾無焰過程。
3、結論和討論
    本文分別以碎木塊、鋸末成型壓塊和稻殼成型壓塊為原料，進行了低溫（280 C以下）熱解特性試驗研究。試驗結果表明，為了獲得與中質煤熱值相當的生物質固體燃料，其較佳的低溫熱解工藝為：對于鋸末成型塊，熱解溫度260～270（、，熱解時間為4h左右，其產品質量得率為64. 8%～69. 9%，能量得率為76. 9%- 80. 7%，熱值為21. 68 - 22. 12 MJ/kg；對于稻殼成型塊，熱解溫度270℃。熱解時間4h，產品質量得率63. 2%，能量得率79.1%，熱值21. 33 MJ/kg。
    燃燒特性試驗結果表明，與非熱解品相比，鋸末成型熱解品和稻殼成型熱解品的冒煙持續時間明顯減少，并能很快的進入無火焰白熾狀態，表明，鋸末成型熱解品和稻殼成型熱解品的燃燒特性有了明顯改善。
    鋸末成型品和稻殼成型品經過低溫熱解處理后具有耐儲存、易攜帶、燃燒性能提高、使用方便等優點，可以替代木柴、煤炭作生活、生產用能。同時熱解過程中的餾出液和可燃氣體等副產品較少，可減少液體和氣體收集、凈化設備的投資，因此值得進一步研究與開發。