0、前 言
我国每年产生秸秆6亿多t．能利用的有4亿多t。广大农村主要用于直接燃烧，不仅利用率低，而且污染环境，因此对秸秆资源的合理利用应引起高度重视。我国秸秆主要有玉米秸、麦秸、稻草、棉柴等，秸秆的密度低（一般为50～200 kg/m3），挥发分含量较高（一般为50%～75%），对秸秆燃烧技术的研究目前还不够深入全面。应用循环流化床燃烧可以很好地利用秸秆资源，笔者通过大量的实验，总结出一些秸秆燃烧的影响因素，为将来秸秆循环流化床的设计应用提供参考。
1、秸秆循环流化床燃烧机理
流化床燃烧与普通燃烧最大的区别在于原料颗粒燃烧时的状态，流化床中燃料颗粒处于流态化的燃烧反应和热交换过程。生物质秸秆循环流化床燃烧的实验装置如图1。气流的吹托力和颗粒在气流中的浮力之和大于或者等于颗粒重量时，颗粒就会在气流中悬浮，颗粒间距离加大。随着气流速度的增大，运动加剧，质量大的颗粒多集中在流化床底部（密相区）燃烧、分解，质量轻的颗粒就被气流带到床的上部（稀相区）继续燃烧，当气流速度达到一定时，这些未燃烧充分的小颗粒就被带出炉膛。为了提高燃烧效率，飞出小颗粒被收集后重新送回炉膛继续燃烧，这就是所谓循环流化床燃烧。
循环流化床的燃烧过程与一般燃烧有相似之处，也有不同之处。对于单个颗粒来说，其在流化床中的燃烧过程和一般鼓泡床基本相同：但是循环流化床的特殊之处在于颗粒燃烧过程并非是一个独立的过程。可燃物与惰性物形成混合物料并受气流冲击，这种气固两相流的燃烧与鼓泡床的燃烧是完全不同的。进入循环流化床的原料要经历图2所示的过程，其中每个过程之间是连续的又是相互重叠的。
2、秸秆原料特性对燃烧的影响
2.1原料的颗粒度对燃烧的影响
富通新能源生产销售的
秸秆颗粒机、
木屑颗粒机等生物质成型机械设备。产品如下所示：
秸秆的几何尺寸千差万别，这就使得秸秆燃烧有一定的困难。流化床燃烧炉对秸秆的尺寸有一定要求，尺寸太大，一方面原料的输送困难，且秸秆的纤维含量较高，很容易缠绕传动设备，另一方面不利于流化。所以，流化床的燃烧要求秸秆尺寸必须在一定范围内，一般来说长度应小于30mm。对于较粗的秸秆应尽量短点，如玉米秆；对较细的可以适当长点，如麦秆。
颗粒大小直接影响到秸秆挥发分的析出速率以及析出量。挥发分的析出受温度、停留时间、颗粒度、压力、水分含量以及原料种类等影响，这里只分析原料颗粒度对挥发分析出的影响。在其他条件相同的情况下，颗粒度越大挥发分析出速率越慢，颗粒度越小挥发分析出速率越快，析出量也就越多。这是由于颗粒度小的原料升温快，颗粒内部可以在短时间内达到高温，从而有利于挥发分析出，
颗粒度对传热的影响也很明显，秸秆颗粒在流化床内受到空气冲击，在每个颗粒周围形成一定厚度的边界层，如果颗粒与气流间的相对位置不变也就是边界层不变，则气流与颗粒间的换热较差。要想得到较好换热效果就必须不断地破坏这个边界层，而颗粒间的碰撞正是破坏边界层的最好方式。在相同加料量的情况下，颗粒度越小，单位体积内的颗粒数量就越多，颗粒密集度增加，从而使得颗粒间的碰撞几率增大，颗粒间的碰撞破坏空气边界层的次数也增加，使得换热加强，大大提高颗粒和气流间、颗粒与颗粒间的传热，提高整个系统燃烧效率。
2.2原料密度对燃烧的影响
秸秆的密度较低，即使粉碎的秸秆其堆积密度也只有400kg/m3左右。密度对燃烧的影响主要表现在密度大的原料有利于循环。在循环流化床燃烧过程中，主流化床燃烧后的未燃尽炭粒要经过旋风收集到回料器，这就是循环料，主要是惰性床料（一般是石英砂）和炭粒的混合物。这些回料被送入炉膛内再次燃烧，实现循环过程。该过程中，从旋风器到回料器之间的压差近似为零，而收集的回料就要靠自身的重力下落到回料器，如果炭粒密度偏小，受重力作用就小，流动性就差，不利于回料，也就不利于循环。在生物质秸秆循环流化床燃烧炉中通常都要加入适当石英砂，一方面作为热载体，帮助燃烧：另一方面就是为了帮助炭粒循环。
循环流化床燃烧的一个重要参数就是循环倍率，即循环料量与新加入原料量之比。
物料循环对燃烧的影响有以下几点：(1)物料循环量增加使得燃烧温度下降，当循环物料温度较低时尤为明显；(2)固体颗粒的再循环使得原料能够燃烧充分，提高燃烧效率；(3)物料的循环使得炉膛内的温度趋于均匀，相应地降低燃烧室温度，从而避免高温结渣；(4)负荷变化对系统的影响小，原料进入量减少时可改变循环系统的循环量，也就是改变循环倍率，即可满足负荷变化。降低循环倍率使得燃烧温度上升，从而弥补低负荷的影响。
根据马孝琴对循环倍率的研究经验，稻壳中硫含量较低，在稻壳燃烧时不需要考虑脱硫问题，另外挥发分含量高达70%以上，热值也偏低，这种特性的原料可选取较低循环倍率，因此稻壳燃烧实验中循环倍率可选取3～5。
秸秆密度还影响挥发分的析出。随着升温速率的增加，玉米秸秆和麦秸秆的挥发分初析温度降低，稻秆的挥发分初析温度随升温速度的增加而升高。因此，增大升温速率可以降低玉米秆和小麦秆挥发分的初析温度，改善其着火性能。但升温速率的增大不能改善稻秆的着火性能，这可能是由于稻秆的密度相对较大的缘故。
2.3原料的表面粗糙度对燃烧的影响
每种原料的表面状况都不相同，这里只粗略地分为光滑型（如稻壳等）和粗糙型（如花生壳）。原料表面状况主要影响原料的换热，下面从对流换热和辐射换热两个方面加以分析。
(1)对流换热的影响。表征物体对流换热强弱的参数是对流换热系数，为了增强换热就必须提高对流换热系数。对于处于层流状态的气流，颗粒表面粗糙度对换热系数的影响较小，起主要作用的是流体粘滞力和层流底层的厚度：对于紊流状态而言，表面粗糙度就会对换热系数影响较大，表面粗糙，使得惯性力增大，从而增加流体与颗粒间的传热。
(2)对辐射换热的影响。在炉膛内，颗粒的吸热过程以辐射换热为主。当热辐射的能量投射到物体表面上时，热量在物体表面会发生吸收、发射以及穿透现象，也就是说投射到物体表面的总热量Q中，一部分Q被物体吸收，一部分Q，被物体发射，其余部分Q。穿透过物体。
实际上，当辐射能进入生物质颗粒的表面后，在极短的距离( <1 mm)内就会被吸收，所以对于大多数秸秆颗粒而言，穿透率几乎为零（除非一些较小颗粒）。原料外表面的影响主要是反射率，反射率的大小取决于原料的表面粗糙度。当原料表面比较光滑时，其反射量大：当表面比较粗糙时，反射量小，原料吸收的热辐射多。
3、结 语
目前生物质秸秆的循环流化床燃烧技术还不够完善，但是随着常规能源的日益紧缺，生物质秸秆的循环流化床燃烧技术必将得到重视。燃煤技术给秸秆燃烧提供了大量技术依据和参考，但是由于秸秆和煤的差别，使得秸秆燃烧和煤的燃烧有很大差别。因此，在秸秆循环流化床燃烧技术的研究发展中，要结合原料的实际情况，不可盲目模仿燃煤循环流化床锅炉。
生物质秸秆在循环流化床内的燃烧过程较难控制，这主要是秸秆自身特点造成的。一般来说，燃烧温度控制在800～900℃之间为宜，不同秸秆即使颗粒度相同，其密度、表面粗糙度也可能差别很大，燃烧特性也会有很大差异。
