本文作者在0.15 MW循环流化床试验台上，选择性地使用床料和添加剂，进行纯玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料的燃烧试验，研究这两种生物质成型燃料在循环流化床中的燃烧特性和排放特性。
1、试验系统与试验方法
1.1试验系统
试验所用的0.15MW循环流化床试验系统，试验台包括燃烧系统、给料系统、供风和排烟系统、冷却水系统、烟气分析系统和测量控制系统．燃烧系统中，炉膛横截面为圆形，内径为300 mm，高7 500 mm.炉膛内插入冷却水管，通过改变插入深度调节炉膛温度，位于炉膛底部的布风板上均布风帽，布风板接一次风箱，一次风通过布风板供人炉膛，没有采用二次风，在炉膛侧壁距离布风板约860 mm处设置两个水平给料口，分别与两台螺旋给料机直接连接，一台用于加入成型生物质燃料，一台用于加入黏土添加剂，返料流化风由空气压缩机提供，烟气从炉膛顶部离开炉膛后进入旋风分离器，之后进入省煤器降温，经布袋除尘器后通过引风机经烟囱排放．采用床下油燃烧器点火启动，试验过程中的给料量、空气流量、温度和压力等参数可以实时显示和控制，采用傅里叶红外分析仪对烟气进行在线分析，烟气取样点位于省煤器后，此处的烟气温度约350℃。
1.2试验方法
试验中所使用的燃料分别为经过粉碎成型的颗粒状玉米秸秆和苹果树枝，在成型过程中没有添加其它物质，燃料颗粒的直径为6 mm、长度为10 mm，产地为辽宁营口一带，表l为这两种生物质成型燃料的元素分析和工业分析结果，表2为灰的主要化学成分和灰熔融性的分析结果．试验中采用特殊炉渣作为床料，黏土作为添加剂，黏土在试验过程中通过螺旋给料机间断地加入．黏土的主要化学成分分析结果见表2。
试验中，生物质的给料速率为29 ~33kg/h，炉膛出口氧体积分数控制在10%．试验共连续进行了12h，分别进行了不同温度下纯燃玉米秸秆成型燃料、混燃玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料（混合比例（质量比）为1：1）的燃烧特性和排放特性，试验过程中对飞灰和底渣取样，进行成分和碳燃尽率检测，取样位置如图l所示，文中所述的气体污染物排放浓度均为转换成干烟气、11%的氧气体积分数下的排放结果。
2、试验结果和分析
2.1燃烧特性
炉膛出口氧体积分数为10%时，不同温度下纯燃玉米秸秆成型燃料、混燃玉米秸秆成型燃料与苹果树枝成型燃料在典型工况下，炉膛内温度分布如图2所示，从图2中可以看出，炉膛上下温度分布比较均匀，没有特别的高温区和低温区，说明生物质成型燃料颗粒进入炉膛后上下的燃烧份额分布比较均匀，并没有出现入炉后因挥发分快速析出燃烧造成的局部温度过高的现象．图3为炉膛出口氧体积分数为10%、纯燃玉米秸秆成型燃料时的炉膛温度运行曲线，可见，运行稳定，没有出现任何床层黏结和结焦的现象，图4为炉膛出口氧体积分数为10%、玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料按照质量比1：1混合加入炉膛燃烧时，炉膛温度的运行曲线，燃烧状态与纯燃玉米秸秆成型燃料时基本一致。
玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料的混合物在炉膛平均温度为880℃、炉膛出口氧体积分数为10%的燃烧工况下，进行飞灰和底渣取样并检测其含碳量，飞灰的碳含量为2.53%，底渣碳含量为0.3%．通过热平衡计算得出燃烧效率达到96.8%，可见生物质中的碳具有较高的燃烧活性。
2.2污染物排放特性
图5为炉膛出口氧体积分数为10%、纯燃玉米秸秆成型燃料时，烟气中CO、N20、NO、S02和HC1的排放质量浓度随炉膛平均温度的变化曲线．从图5中可以看出，CO的排放质量浓度随燃烧温度的升高急剧下降，燃烧温度低于850℃时，CO的排放质量浓度很高，说明在较低温度下生物质不能够充分燃烧．由于试验中没有采取分级供风，所以NO和N20的排放质量浓度较高。
纯燃玉米秸秆成型燃料的烟气中，S02的排放质量浓度随着燃烧温度的升高呈增大的趋势，图5中S02的质量浓度曲线为没有采取脱硫措施情况下的排放值，虽然玉米秸秆中的硫含量较低，但是如果不采取脱硫措施，S02的平均排放质量浓度达到529mg/m3，不能达到国家规定的环保要求，图6和图7为炉膛底部温度为880℃时，典型工况下S02的排放质量浓度曲线．由于苹果树枝中的硫含量大大低于玉米秸秆中的硫含量，所以燃烧玉米秸秆和苹果树枝混合物时，尾气中S02的排放质量浓度远低于纯燃玉米秸秆时的排放质量浓度，平均排放质量浓度只有109 mg／m3.因此，循环流化床燃烧生物质时，是否需要采取脱硫措施取决于生物质的种类。
由于玉米秸秆和苹果树枝中Cl元素的含量较高，因此燃烧过程中将产生HC1气体．从图5中可以看出，随着燃烧温度的升高，HCI的生成量增大，烟气中的排放质量浓度较高，最大排放值达到802mg/m3.图8和图9分别为炉膛底部温度为880℃时，纯燃玉米秸秆成型燃料、混燃玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料的典型工况下，HCI排放质量浓度曲线，由图8和图9可见，混燃玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料时，由于苹果树枝的氯含量低于玉米秸秆，所以HC1的排放质量浓度较纯燃玉米秸秆成型燃料时低，平均值为458mg/m3，但是此排放质量浓度仍然远远超过国家规定的排放标准，必须采取措施降低HCI的排放值。
2,3添加剂和选择性床料对于控制黏结的作用
试验研究表明，如果以砂子（主要成分是S102）作为流化床的床料，随着运行时间的增长，床层将出现黏结现象．原因是生物质在流化床燃烧过程中所生成的碱金属化合物，如KC1、Nacl、K2S04.K2C03等，将与床料反应，生成具有黏性的低熔点物质硅酸钾和硅酸钠，反应式如下：
针对流化床纯燃生物质所存在的床料黏结问题，本试验中采取了特殊床料和适当使用添加剂的方法，整个试验过程中没有出现温度和压力的非正常波动，没有出现任何床层黏结现象．试验中采用特殊炉渣作为床料，由于炉渣中不含SiO2，仅混有极少量的砂子，所以反应(1)一(4)的低熔点物质硅酸钾和硅酸钠的生成量较少；同时，在燃烧过程中间断地添加黏土作为添加剂，黏土的主要成分为Al203·2S102．2H20，其抑制黏结的机理如下。
从上述的反应式中可以看出，Al203·2Si02．2H20分解失去结晶水后不仅能够与碱金属化合物直接反应，还能够与低熔点物质硅酸钾和硅酸钠发生反应生成熔点较高的钠长石和钾长石，钾长石的熔点为1130—1450℃，钠长石的熔点为l100~1200℃，因此，黏土能够有效地抑制生物质在流化床燃烧过程中床料黏结的发生，同时黏土对于循环流化床的物料循环流化也起到稳定的作用。
3、结论
(1)玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料在循环流化床中能够稳定燃烧，颗粒状的生物质燃料在炉膛上下燃烧份额的分布比较均匀，生物质中的碳燃尽率较高，燃烧效率达到96. 8%，没有出现人炉后挥发分快速析出燃烧所造成的局部温度过高的现象。
(2)循环流化床混燃玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料时，烟气中HC1的排放质量浓度较高；纯燃玉米秸秆成型燃料时，S02的排放质量浓度较高，但是混燃玉米秸秆成型燃料和苹果树枝成型燃料时．S02的排放质量浓度较低；是否需要脱硫依生物质中的硫含量决定。
(3)使用特殊炉渣作为床料和加入黏土作为添加剂的方法，能够有效抑制由于生物质碱金属含量较高而引起的床料黏结的发生，同时，黏土对于循环流化床的物料循环流化也起到稳定的作用。
