随着能源与环境危机的不断加剧，合理开发和利用生物质能源，已经越来越受到人们的重视。我国是一个农业大国，包括秸秆在内的生物质能资源十分丰富。2000年到2010年每年仅农作物产生的秸秆量就达3.5亿~3.7亿t，相当于1.7亿t标准煤。农作物秸秆是低碳燃料，又由于其生长过程中吸收CO2，因此，被认为是可实现温室气体零排放的清洁能源。农作物秸秆的含硫量、含氮量低，燃烧过程中排放的S02，NO。较少。国际能源机构的研究分析表明，农作物秸秆中硫的质量分数平均只有3. 8%，而煤中硫的平均质量分数将近1%。因此，开发利用生物质秸秆对于缓解能源、环境危机具有重要意义。
根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标，至2010年，我国生物质能发电装机容量要超过3 000 MW。为此，从中央到地方的各级政府都制定了一系列政策，支持生物质能技术的发展。因此，既有经济、社会效益，又能保护环境的秸秆发电技术的利用前景将会越来越广阔。
研究秸秆类生物质燃料燃烧及其与煤混燃的燃烧特性、灰熔性，为秸秆发电运行提供可靠的理论基础和技术参数，对于合理利用秸秆发电技术具有重要意义。本文采用热重分析法，研究了3种常见秸秆的挥发分着火温度、析出速率、燃烧特性指数、挥发分特性指数，深入研究了秸秆与煤的混合燃烧及不同燃烧条件对秸秆燃烧过程的影响规律，为秸秆的清洁高效利用提供科学依据，农作物秸秆可以经过秸秆制粒机、秸秆压块机压制成圆柱状的和块状的生物质颗粒燃料。
1、试验系统与试验内容
试验采用瑞士Mettler - Toledo公司的TGA/SD-TA851e热分析系统，其原理如图1所示。温度低于200℃时，秸秆几乎没有分解；280℃~370℃之间，秸秆中大分子物质分解，产生大量的挥发性物质，燃料质量急剧下降，DTG曲线上出现一个剧烈的下降峰，且秸秆的曲线峰狭长，峰值很高，表明其挥发分释放剧烈集中，对着火有利，而煤燃烧时没有这样明显的峰。这3种秸秆中，挥发分析出峰最大的是麦秆，最小的是棉秆。挥发分析出燃尽后，空气中的氧气充分与固定碳颗粒的表面接触，固定碳颗粒开始迅速燃烧，但由于秸秆固定碳含量比较低且受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，固定碳燃烧阶段的失重速率低于挥发分析出和燃烧阶段的失重速率。麦秆和棉秆没有明显的固定碳燃烧阶段，玉米秆燃烧出现了2个明显的峰。
2.2.2着火温度￡，
由表2可以看出秸秆的着火温度均比煤低，这是由于生物质大多是有机物，含有大量的挥发分，因此，秸秆点火时不必耗用大量燃料引火，靠其自身的热量就可以维持燃烧。相同升温速率下，玉米秆的着火温度最低，而棉秆的最高。玉米秆着火最为容易，麦秆次之，棉秆的着火相对困难。
2.2.3 挥发分最大释放速率”，及其对应温度￡maxl
挥发分最大释放速率越大，挥发分析出越强烈。半峰宽越小，挥发分释放高峰出现得越早、越集中，燃料的挥发析出特性越好，对着火越有利，反之则不利于着火。由表2可以看出，麦秆的挥发分最大释放速率能达到0. 1105 mg/s，是3种秸秆中挥发分析出最强烈的。由图2可看出，3种秸秆的挥发分析出峰明显，半峰宽很小。因此，秸秆有着良好的挥发分析出特性。
2.2.4燃尽温度
采用烧掉98%可燃质时的点为燃烬点，并用th表示。秸秆的燃尽温度均比煤低很多，煤样要在626℃时才能燃尽，而大多数秸秆在400℃时就能燃尽，棉秆的燃尽温度只有384℃，可见秸秆比煤更容易燃尽。
2.2.5 综合燃烧特性指数S
综合燃烧特性指数S[6]是反映燃料的着火和燃尽的综合性指标，S值越大，燃料的燃烧特性越佳。
从各试样的综合燃烧特性指数来看，秸秆的燃烧特性比煤好，其综合燃烧特性指数比煤高一个数量级，说明大部分生物质的燃烧特性都非常好，其中以棉秆最好，S值最大。
2.3秸秆与煤混燃燃烧特性
2. 3.1秸秆对煤的燃烧特性的影响
秸秆混煤燃烧过程分为挥发分析出阶段和固定碳燃烧阶段。由表3可以看出，秸秆与煤混燃后，着火温度均比煤低，说明秸秆能提高煤的点火性能。这是由于秸秆的挥发分含量大，在较低的温度下即可快速析出，从而有利于煤着火；秸秆的着火点低于煤的着火点，从而对煤有预先加热促进煤中的挥发分释放，也有利于煤的着火。秸秆与煤混燃时，固定碳最大燃烧速率均比煤单独燃烧时大，且在同一升温速率下固定碳最大燃烧速率对应的温度均较煤的低，这是由于生物质含有大量的挥发分而且其着火点低，生物质先期着火后有利于烟煤的挥发分的释放和燃烧，而且对后期固定碳的燃烧也起到预先加热的作用，从而使烟煤的最大燃烧速率前移，改善了其燃烧性能，促进煤的燃烧。同一升温速率下，混煤的燃尽温度较煤的低，比单纯秸秆的高。这说明秸秆的加入有利于煤的完全燃烧和提高煤的利用效率。由于秸秆的加入使得煤的着火点提前，燃烧温度区间拉长，从而使得煤的燃尽特性变好。另外，混煤的S值比煤大，即秸秆的加入能提高煤的燃烧特性。
2. 3.2 升温速率对秸秆与煤混燃的影响
混煤在不同升温速率下燃烧的质量微分(DTG)曲线以及燃烧特性参数的具体数值分别见图3和表4。随升温速率的升高，秸秆混煤的着火温度呈降低趋势。其中棉秆混煤的着火点降低的幅度最大。着火温度降低的越多，说明升温速率的升高对混煤燃烧特性的改善越好。
随升温速率的升高，各试样的挥发分最大释放速率、固定碳最大燃烧速率均呈增加趋势，它们对应的峰值温度也呈升高趋势。这是由于在燃烧过程中，升温速率增大，挥发分析出过程中在试样中停留时间短，挥发分析出量高，在较强热冲击下，试样与氧气的反应速度加快，使得失重速率增加；同时，试样颗粒内外温差增大，产生热滞后现象，试样颗粒内部温度相对较低，反应速率较外部小，导致挥发分析出延迟，致使向高温区移动。
混煤的燃烧特性指数均随升温速率的升高而增加，说明升温速率对提高燃烧特性有利，这与前面的分析结果是一致的。
2.3.3 混合比例对混煤燃烧特性的影响
由表5可见，随比例的增加，着火温度呈下降趋势，各混煤的挥发分最大析出燃烧速率增大，这显然是由于秸秆比例的增加使得在相同的时间内有更多的挥发分参与燃烧而造成的，然而固定碳燃烧峰基本呈减小趋势，而它们对应的峰值温度没有明显的规律性。秸秆混煤的综合燃烧特性指数均随秸秆比例的增加而增大，各参数的分析均说明增加秸秆的比例对提高烟煤的燃烧特性是有利的。
3、结论
秸秆具有挥发分含量大，灰分低，含碳量少，含硫量低的特点，因而秸秆生物质有着良好的燃烧特性。秸秆比煤有着较低的着火温度，良好的挥发分析出特性，较低的燃尽温度，其综合燃烧特性指数比煤的高出一个数量级。秸秆与煤混合后，有利于煤的着火和燃尽，改善煤的燃烧特性。随着升温速率的升高，秸秆混煤的着火温度降低，燃烧速率提高，燃烧特性指数提高。随着秸秆混入比例的提高，混煤的燃烧特性变好。
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