0、前 言
我國每年產生秸稈6億多t．能利用的有4億多t。廣大農村主要用于直接燃燒，不僅利用率低，而且污染環境，因此對秸稈資源的合理利用應引起高度重視。我國秸稈主要有玉米秸、麥秸、稻草、棉柴等，秸稈的密度低（一般為50～200 kg/m3），揮發分含量較高（一般為50%～75%），對秸稈燃燒技術的研究目前還不夠深入全面。應用循環流化床燃燒可以很好地利用秸稈資源，筆者通過大量的實驗，總結出一些秸稈燃燒的影響因素，為將來秸稈循環流化床的設計應用提供參考。
1、秸稈循環流化床燃燒機理
流化床燃燒與普通燃燒最大的區別在于原料顆粒燃燒時的狀態，流化床中燃料顆粒處于流態化的燃燒反應和熱交換過程。生物質秸稈循環流化床燃燒的實驗裝置如圖1。氣流的吹托力和顆粒在氣流中的浮力之和大于或者等于顆粒重量時，顆粒就會在氣流中懸浮，顆粒間距離加大。隨著氣流速度的增大，運動加劇，質量大的顆粒多集中在流化床底部（密相區）燃燒、分解，質量輕的顆粒就被氣流帶到床的上部（稀相區）繼續燃燒，當氣流速度達到一定時，這些未燃燒充分的小顆粒就被帶出爐膛。為了提高燃燒效率，飛出小顆粒被收集后重新送回爐膛繼續燃燒，這就是所謂循環流化床燃燒。
循環流化床的燃燒過程與一般燃燒有相似之處，也有不同之處。對于單個顆粒來說，其在流化床中的燃燒過程和一般鼓泡床基本相同：但是循環流化床的特殊之處在于顆粒燃燒過程并非是一個獨立的過程。可燃物與惰性物形成混合物料并受氣流沖擊，這種氣固兩相流的燃燒與鼓泡床的燃燒是完全不同的。進入循環流化床的原料要經歷圖2所示的過程，其中每個過程之間是連續的又是相互重疊的。
2、秸稈原料特性對燃燒的影響
2.1原料的顆粒度對燃燒的影響
富通新能源生產銷售的
秸稈顆粒機、
木屑顆粒機等生物質成型機械設備。產品如下所示：
秸稈的幾何尺寸千差萬別，這就使得秸稈燃燒有一定的困難。流化床燃燒爐對秸稈的尺寸有一定要求，尺寸太大，一方面原料的輸送困難，且秸稈的纖維含量較高，很容易纏繞傳動設備，另一方面不利于流化。所以，流化床的燃燒要求秸稈尺寸必須在一定范圍內，一般來說長度應小于30mm。對于較粗的秸稈應盡量短點，如玉米稈；對較細的可以適當長點，如麥稈。
顆粒大小直接影響到秸稈揮發分的析出速率以及析出量。揮發分的析出受溫度、停留時間、顆粒度、壓力、水分含量以及原料種類等影響，這里只分析原料顆粒度對揮發分析出的影響。在其他條件相同的情況下，顆粒度越大揮發分析出速率越慢，顆粒度越小揮發分析出速率越快，析出量也就越多。這是由于顆粒度小的原料升溫快，顆粒內部可以在短時間內達到高溫，從而有利于揮發分析出，
顆粒度對傳熱的影響也很明顯，秸稈顆粒在流化床內受到空氣沖擊，在每個顆粒周圍形成一定厚度的邊界層，如果顆粒與氣流間的相對位置不變也就是邊界層不變，則氣流與顆粒間的換熱較差。要想得到較好換熱效果就必須不斷地破壞這個邊界層，而顆粒間的碰撞正是破壞邊界層的最好方式。在相同加料量的情況下，顆粒度越小，單位體積內的顆粒數量就越多，顆粒密集度增加，從而使得顆粒間的碰撞幾率增大，顆粒間的碰撞破壞空氣邊界層的次數也增加，使得換熱加強，大大提高顆粒和氣流間、顆粒與顆粒間的傳熱，提高整個系統燃燒效率。
2.2原料密度對燃燒的影響
秸稈的密度較低，即使粉碎的秸稈其堆積密度也只有400kg/m3左右。密度對燃燒的影響主要表現在密度大的原料有利于循環。在循環流化床燃燒過程中，主流化床燃燒后的未燃盡炭粒要經過旋風收集到回料器，這就是循環料，主要是惰性床料（一般是石英砂）和炭粒的混合物。這些回料被送入爐膛內再次燃燒，實現循環過程。該過程中，從旋風器到回料器之間的壓差近似為零，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，流動性就差，不利于回料，也就不利于循環。在生物質秸稈循環流化床燃燒爐中通常都要加入適當石英砂，一方面作為熱載體，幫助燃燒：另一方面就是為了幫助炭粒循環。
循環流化床燃燒的一個重要參數就是循環倍率，即循環料量與新加入原料量之比。
物料循環對燃燒的影響有以下幾點：(1)物料循環量增加使得燃燒溫度下降，當循環物料溫度較低時尤為明顯；(2)固體顆粒的再循環使得原料能夠燃燒充分，提高燃燒效率；(3)物料的循環使得爐膛內的溫度趨于均勻，相應地降低燃燒室溫度，從而避免高溫結渣；(4)負荷變化對系統的影響小，原料進入量減少時可改變循環系統的循環量，也就是改變循環倍率，即可滿足負荷變化。降低循環倍率使得燃燒溫度上升，從而彌補低負荷的影響。
根據馬孝琴對循環倍率的研究經驗，稻殼中硫含量較低，在稻殼燃燒時不需要考慮脫硫問題，另外揮發分含量高達70%以上，熱值也偏低，這種特性的原料可選取較低循環倍率，因此稻殼燃燒實驗中循環倍率可選取3～5。
秸稈密度還影響揮發分的析出。隨著升溫速率的增加，玉米秸稈和麥秸稈的揮發分初析溫度降低，稻稈的揮發分初析溫度隨升溫速度的增加而升高。因此，增大升溫速率可以降低玉米稈和小麥稈揮發分的初析溫度，改善其著火性能。但升溫速率的增大不能改善稻稈的著火性能，這可能是由于稻稈的密度相對較大的緣故。
2.3原料的表面粗糙度對燃燒的影響
每種原料的表面狀況都不相同，這里只粗略地分為光滑型（如稻殼等）和粗糙型（如花生殼）。原料表面狀況主要影響原料的換熱，下面從對流換熱和輻射換熱兩個方面加以分析。
(1)對流換熱的影響。表征物體對流換熱強弱的參數是對流換熱系數，為了增強換熱就必須提高對流換熱系數。對于處于層流狀態的氣流，顆粒表面粗糙度對換熱系數的影響較小，起主要作用的是流體粘滯力和層流底層的厚度：對于紊流狀態而言，表面粗糙度就會對換熱系數影響較大，表面粗糙，使得慣性力增大，從而增加流體與顆粒間的傳熱。
(2)對輻射換熱的影響。在爐膛內，顆粒的吸熱過程以輻射換熱為主。當熱輻射的能量投射到物體表面上時，熱量在物體表面會發生吸收、發射以及穿透現象，也就是說投射到物體表面的總熱量Q中，一部分Q被物體吸收，一部分Q，被物體發射，其余部分Q。穿透過物體。
實際上，當輻射能進入生物質顆粒的表面后，在極短的距離( <1 mm)內就會被吸收，所以對于大多數秸稈顆粒而言，穿透率幾乎為零（除非一些較小顆粒）。原料外表面的影響主要是反射率，反射率的大小取決于原料的表面粗糙度。當原料表面比較光滑時，其反射量大：當表面比較粗糙時，反射量小，原料吸收的熱輻射多。
3、結 語
目前生物質秸稈的循環流化床燃燒技術還不夠完善，但是隨著常規能源的日益緊缺，生物質秸稈的循環流化床燃燒技術必將得到重視。燃煤技術給秸稈燃燒提供了大量技術依據和參考，但是由于秸稈和煤的差別，使得秸稈燃燒和煤的燃燒有很大差別。因此，在秸稈循環流化床燃燒技術的研究發展中，要結合原料的實際情況，不可盲目模仿燃煤循環流化床鍋爐。
生物質秸稈在循環流化床內的燃燒過程較難控制，這主要是秸稈自身特點造成的。一般來說，燃燒溫度控制在800～900℃之間為宜，不同秸稈即使顆粒度相同，其密度、表面粗糙度也可能差別很大，燃燒特性也會有很大差異。
