0、引 言
中国拥有丰富的生物质能资源。据估计，每年产生的可供开采的各种生物质能资源达6. 56亿t标准煤。然而，由于生物质能资源本身燃烧性能较差，如能量密度低、高含水性及吸湿性、燃烧过程冒烟，热效率低下等，使得直接利用生物质作为生产生活能源产生诸多不便。因此，有必要提高生物质的能源品质，以改善其燃烧特性。采用生物质固化成型技术可以提高生物质的能量密度及其燃烧特性，是生物质能开发利用的一种有效途径。近年来有人对生物质直接低温热解进行了研究。认为这既可破坏生物质的纤维素结构提高其可燃性能，又能减少热解过程中能量损失，同时提高生物质能量密度。但是对于人多数生物质而言，直接低温热解同样存在体积能量密度较低的问题，而且直接热解需要庞人的热解设备，材料运输方面也存在困难。如果将生物质先固化成型后再进行低温热解，则可避免上述缺点。但是生物质固化成型后，其物料特性发生了较人的变化。本文分别以碎木块、锯末成型块和稻壳成型块为材料在试验室条件下进行低温热解试验，研究低温热解条件：温度及时间对产品热值、质量得率、能量得率的影响，并对产品的燃烧性能进行了试验。
生物质资源比如农作我物秸秆等，每年大量的生物质秸秆燃烧造成环境污染，但是如果把农作物秸秆经过
颗粒机、
秸秆颗粒机、
秸秆压块机、饲料颗粒机压制成生物质颗粒燃料，那么其的利用价值将大大的提高。
1、仪器、材料和方法
1.1仪器、设备
YX-ZR天鹰自动量热仪
YX-MFI．智能马弗炉
YX-HF灰分仪
YX-HF挥发分仪
BIO-11型螺旋成型机
1.2测试方法
生物质材料热值根据GB/T 213 -1996标准进行测试；水分、灰分、挥发分和固定炭根据GB/T 212 - 2001标准进行测试。
1.3材料
选择中国南方地区资源较丰富的稻壳和锯末作为试验的材料，木块作为参照试验材料。将锯末和稻壳经过辽宁省能源研究所生产的BIO-11型螺旋成型机挤压成型，得到试验用的直径为60 mm，长度人于250 mm的中间带小孔的柱状成型块材料。试验材料理化性能指标测试结果见表1。
从表1可以看出，锯末和稻壳经挤压成型后，其理化指标发生了一些变化，水分和挥发分都下降了，而固定碳、灰分、密度和热值都提高了，这是因为原料在挤压成型过程中，对模具进行加热（表面温度290℃）而使原料的水分和挥发物有一定程度挥发的缘故。
1.4低温热解最高温度的确定
最高温度和裂解时间是生物质热解的两个重要参数。研究表明，生物质热解温度在150℃以下时，主要是发生水分的蒸发，得到的馏出液主要是水，气体产物是空气及少量的一氧化碳。，该阶段主要为干燥阶段，很少进行热分解，生物质组成成分基本不变，干燥阶段要吸收外部热量才能完成。当温度升到150 -275 ℃时，在此阶段吸收外界热量的生物质首先引起其不稳定的组分（半纤维素）发生热分解，得到的馏出液中除了水外，还有少量的乙酸、甲醇等有机物；生成的不凝性气体中除了CO，以外，可燃性成分CO、CH4等逐渐增加，生物质的化学组成开始发生明显的变化，到本阶段结束，材料转变成褐色，但尚未转成炭，这个阶段也是吸热反应阶段。当温度达到275～450℃＋时，生物质开始剧烈地进行热分解，生成人量的分解产物并放出反应热，直到450℃为止：；生物质热解产物几乎都在此阶段完成；馏出液中乙酸、甲醇、木焦油及其他有机物的含量人人增加；气体产物中CO、CH4、Hz等可燃性成分比例上升，本阶段结束时，炭已经生成，干馏炭化阶段已经基本完成。本阶段的一个重要特点是热分解过程中伴随着热量放出，因此，又称放热反应阶段。因此认为：275 ℃大约是生物质进行热解时发生吸热与放热反应的分界点，超出此温度后生物质容易发生放热反应使热解反应变得不易控制。当温度进一步提高到450C以上，对固体残留物进行煅烧后，可进一步降低其中的挥发分含量，提高固定碳含量和增加木炭强度。本阶段馏出液和不凝性气体的产量已经很少。基于以上分析，本文将低温热解最高温度选定为280℃。
2、试验结果与讨论
2.1 木块低温热解试验
低温热解试验是在最高可控温度达300℃的烘箱中进行的。首先利用木块进行了温度分别为200，220，240，260，280℃和加热时间分别为1，2，3h的预备试验。温度和时间对产品热值、质量得率和能量得率指标的影响见表2。
由表2可知，在280℃以下进行生物质热解时，能量得率随着热解温度的升高和热解时间的延长而下降。由表2还可以看出，在热解时间较短，温度较低条件下，产品的热值、产品质量得率变化较小随着加热时间的延长和热解温度的提高，质量得率下降较快，而热值上升较快。说明此时木块中挥发物有一个较激烈的分解过程，挥发速度加快，得到的热解固体产物其固定碳、灰分含量增人，而挥发分在减少。试验观察表明，当热解温度超过280C且热解时间超过3h以后，木块表面已发生炭化现象，取出后容易着火。从表2可以知道：就木块而言，在280C温度条件下，热解3h后，木块的热值仍只有20. 65 MJ/kg，比中质煤热值略低。说明热解时间太短，产物的热值较低。可见，若要提高固体产品的热值，可以选择通过提高热解温度或延长加热时间来达到。
2.2锯末和稻壳成型块低温热解试验
根据上述木块低温热解试验的初步结果，笔者进行了锯末和稻壳生物质成型块的低温热解试验。试验的目的是获得与中质煤热值(20.0MJ/kg)相当的固体燃料，同时进一步改善生物质的燃烧特性。上述木块热解试验表明，虽然提高热解温度也可以提高产品的热值，但温度过高容易使木块发生炭化，这与我们试验目的不符。因此，我们在进行锯末和稻壳成型块的低温热解试验时，在限定最高热解温度的前提下，适当延长了热解时间。温度分别为260℃，270℃，280℃，热解时间分别设定为4h、5h。结果见图1所示。
图1表明，锯末成型块和稻壳成型块与木块有相似的低温裂解性质：随着裂解温度的提高和裂解时间的延长，裂解固体产品的质量得率和能量得率都在下降，但热值上升。从图1还可看出，若要在保证尽可能高的固体产品质量和能量得率的条件下，使产品热值达到20.9 MJ/kg以上，对于锯末成型块，其工艺参数为：热解温度260～270C，热解时间为4h左右，其产品质量得率为64. 8% - 69. 9%，能量得率为76. 9% -80. 7%，热值为21.68～22.12 MJ/kg;对于稻壳成型块，其工艺参数为：热解温度270℃，热解时间4 h，产品质量得率63. 2%，能量得率为79.1%，热值21. 33 MJ/kg。
2.3锯末和稻壳成型块燃烧特性试验
分别以稻壳成型块及其热解固体产品、锯末成型块及其固体产品为原料，考查了各自的燃烧特性。上述4种产品的燃烧过程见图2所示。
由图2可见，两种成型块的热解品和非热解品的燃烧性能差别十分明显。整个燃烧过程分为冒烟过程、有火焰过程、白炽过程。热解品冒烟时为7-12 min，从大约15 min起，锯末成型热解品和稻壳成型热解品进入无火焰百炽状态，而非热解品冒烟时间长达30 min以上。试验还表明热解产品具有较好的点火性能。到人约50 min左右，所有试验产品燃烧过程结束。产生这种现象的原因可能是产品经过热解后进一步脱水和释放较多的挥发份附在产品的表面，使之点火较易，且点火后首先燃烧的是挥发份，从而产生一段冒烟和有火焰过程，挥发份燃烧完后，则其固定碳开始燃烧，从而使燃烧进入白炽无焰过程。
3、结论和讨论
本文分别以碎木块、锯末成型压块和稻壳成型压块为原料，进行了低温（280 C以下）热解特性试验研究。试验结果表明，为了获得与中质煤热值相当的生物质固体燃料，其较佳的低温热解工艺为：对于锯末成型块，热解温度260～270（、，热解时间为4h左右，其产品质量得率为64. 8%～69. 9%，能量得率为76. 9%- 80. 7%，热值为21. 68 - 22. 12 MJ/kg；对于稻壳成型块，热解温度270℃。热解时间4h，产品质量得率63. 2%，能量得率79.1%，热值21. 33 MJ/kg。
燃烧特性试验结果表明，与非热解品相比，锯末成型热解品和稻壳成型热解品的冒烟持续时间明显减少，并能很快的进入无火焰白炽状态，表明，锯末成型热解品和稻壳成型热解品的燃烧特性有了明显改善。
锯末成型品和稻壳成型品经过低温热解处理后具有耐储存、易携带、燃烧性能提高、使用方便等优点，可以替代木柴、煤炭作生活、生产用能。同时热解过程中的馏出液和可燃气体等副产品较少，可减少液体和气体收集、净化设备的投资，因此值得进一步研究与开发。
