范朋慧，張輝，盛昌棟

（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210096）

生物質(zhì)燃料自加熱、自燃及其防范綜述

范朋慧，張輝，盛昌棟*

（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210096）

基于國外在生物質(zhì)燃料自加熱及自燃方面的研究和工程實(shí)踐現(xiàn)狀，對生物質(zhì)自加熱的機(jī)理、主要影響因素、可能的危害和防范措施及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，以期為國內(nèi)生物質(zhì)燃燒電廠等生物質(zhì)大規(guī)模利用企業(yè)在燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱、自燃及火災(zāi)的防范提供參考。

生物質(zhì)燃料；自加熱；自燃；防范措施

生物質(zhì)燃料資源種類多、分布廣、總量豐富，作為可再生能源，在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用于熱能、電力和液體燃料等的生產(chǎn)［1］。由于生物質(zhì)能量密度低、體積大，且大多數(shù)還具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性，為保證長年運(yùn)行，燃料的大量儲(chǔ)存是其大規(guī)模利用過程的重要環(huán)節(jié)［2－3］。生物質(zhì)燃料的特性決定了其在儲(chǔ)存時(shí)不僅會(huì)有不同程度的干物質(zhì)損失［4－5］，還可能出現(xiàn)一些涉及生產(chǎn)安全和人員健康的問題，包括自加熱、有害氣體釋放和生物有害物質(zhì)感染等［6－7］，其中，自加熱特別是其發(fā)展成自燃導(dǎo)致的火災(zāi)可能造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)甚至生命損失［8］，因而是儲(chǔ)存時(shí)最重要的安全問題之一。人類對生物質(zhì)的自加熱及自燃現(xiàn)象很早就有認(rèn)識(shí)，國外從18世紀(jì)起就對牧草及其它農(nóng)業(yè)剩余物儲(chǔ)存時(shí)的自加熱問題開展了科學(xué)研究［9］。近年來，隨著生物質(zhì)燃料利用規(guī)模和用量的日益增加、商品燃料如木丸等國際貿(mào)易的顯著擴(kuò)大，儲(chǔ)存過程中安全和火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，損失和影響都很大［9］，因此，歐美國家普遍對生產(chǎn)、儲(chǔ)存及運(yùn)輸過程中的自加熱問題及其安全防范非常重視，并進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究［10－11］，積累了豐富的防范經(jīng)驗(yàn)。近年來，隨著我國對生物質(zhì)能源大規(guī)模利用特別是發(fā)電利用的日益重視，新建了大量的生物質(zhì)特別是秸稈燃燒電廠。由于燃料需求量大，且秸稈等燃料生產(chǎn)具有顯著的季節(jié)性，這些電廠均建有或附屬有大型的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，其中自加熱導(dǎo)致燃料質(zhì)量、熱量的大量損失，而自燃也時(shí)有發(fā)生，成為困擾電廠及儲(chǔ)存系統(tǒng)運(yùn)行的重要安全問題［12］。對于生物質(zhì)燃料自加熱及自燃問題，我國也開展了一些研究工作［13］，但與國外相比，研究內(nèi)容還不系統(tǒng)，尚未建立相應(yīng)的規(guī)范體系。作者主要基于國外在生物質(zhì)燃料自加熱及自燃方面的研究現(xiàn)狀，對自加熱及自燃機(jī)理、影響因素、危害性和防范措施等進(jìn)行系統(tǒng)的綜述，以期為國內(nèi)生物質(zhì)大規(guī)模利用企業(yè)在燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱、自燃及火災(zāi)的防范提供參考。

1 自加熱及自燃機(jī)理

生物質(zhì)在一定的環(huán)境溫度下堆積儲(chǔ)存時(shí)，因多種反應(yīng)而產(chǎn)熱，由于其導(dǎo)熱性能一般較差，當(dāng)堆內(nèi)的熱量難以向環(huán)境擴(kuò)散時(shí)，堆內(nèi)溫度會(huì)逐漸升高即發(fā)生自加熱，在一定條件下自加熱過程可能加速，直至燃料的著火溫度而自燃。該過程一般包括內(nèi)部溫度逐漸升高的自加熱、溫度快速升高的自加熱加速和發(fā)生陰燃或產(chǎn)生火焰的自燃3個(gè)階段［14］。目前，對這一過程和現(xiàn)象的定性認(rèn)識(shí)已較一致，但由于其涉及到的產(chǎn)熱機(jī)理多而復(fù)雜，影響因素也多，加之生物質(zhì)種類多且特性差異大，已有的研究對這些機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍有限。因此，對自加熱及自燃過程進(jìn)行理論和定量的描述仍然是困難的。

生物質(zhì)自加熱及自燃涉及多種放熱過程，包括生物過程（主要是真菌、細(xì)菌等微生物的活動(dòng)及新鮮生物質(zhì)的呼吸作用）、化學(xué)過程（氧化反應(yīng)、水解、熱分解、揮發(fā)性成分的氧化等）和物理過程（水分的吸附、凝結(jié)和潤濕）［15］。這3種機(jī)理過程可獨(dú)立發(fā)生，也可同時(shí)發(fā)生［9］，而何種機(jī)理起控制作用則取決于溫度、濕度等條件和燃料特性。

圖1所示為生物質(zhì)燃料的自加熱過程。微生物活動(dòng)導(dǎo)致的溫度升高主要在0～70℃，其中以20～60℃范圍內(nèi)的貢獻(xiàn)最為重要［15］。溫度低于20℃時(shí)主要是嗜冷微生物活動(dòng)產(chǎn)熱；20～50℃范圍內(nèi)以嗜溫微生物活動(dòng)產(chǎn)熱為主，約在40℃達(dá)到峰值；40～70℃以嗜熱微生物活動(dòng)產(chǎn)熱為主，約在60℃達(dá)到峰值。當(dāng)溫度高于70℃時(shí)，大多數(shù)微生物將死亡，微生物活動(dòng)顯著減少，產(chǎn)熱也明顯下降［16］。因此，微生物活動(dòng)產(chǎn)熱所能達(dá)到的溫度很少超過70℃，遠(yuǎn)低于生物質(zhì)燃料的著火溫度，而此后的溫度升高直至著火自燃由化學(xué)氧化放熱所主導(dǎo)。

化學(xué)氧化放熱發(fā)生在相對較高的溫度，與微生物活動(dòng)明顯不同。一般在80℃以上可檢測出氧化反應(yīng)［17］，但在有水分催化作用下氧化反應(yīng)可在更低的溫度下進(jìn)行［18］。有研究認(rèn)為化學(xué)氧化放熱甚至可能開始于40℃，60～70℃時(shí)其作用可超過微生物活動(dòng)產(chǎn)熱。與微生物活動(dòng)產(chǎn)熱一樣，氧化反應(yīng)產(chǎn)熱機(jī)理也十分復(fù)雜，如Walker等［19］發(fā)現(xiàn)，80℃時(shí)纖維素即可與O2反應(yīng)，148～173℃時(shí)纖維素緩慢分解，熱解產(chǎn)物與O2反應(yīng)放熱，182℃時(shí)纖維素不穩(wěn)定，達(dá)到著火點(diǎn)。如果儲(chǔ)存的生物質(zhì)內(nèi)部溫度超過80～ 90℃，則氧化反應(yīng)作用加強(qiáng)導(dǎo)致放熱顯著增加而有發(fā)生自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 生物代謝反應(yīng)和化學(xué)放熱反應(yīng)作用下的生物質(zhì)自加熱過程示意圖［15］Fig.1 Contributions of biological metabolic reactions andchemicalexothermicreactiontothe self-heating process of biomass

大量的實(shí)際觀察［11，15，20－21］表明，除新鮮生物質(zhì)的呼吸作用是最初氧消耗和產(chǎn)熱的主要原因外，細(xì)菌、真菌等微生物活動(dòng)產(chǎn)熱導(dǎo)致溫度快速升高至60～70℃并可維持?jǐn)?shù)周，此后數(shù)月內(nèi)溫度可維持不變?nèi)缓笾饾u降低［20］（圖1中實(shí)線）。或在一定條件下因緩慢氧化反應(yīng)等復(fù)雜過程放熱溫度可逐漸升高，直至快速升高至著火［21］（圖1中虛線）。發(fā)生自燃需要生物質(zhì)的溫度達(dá)到80～90℃以上［21］，此后的氧化放熱足以加熱生物質(zhì)和驅(qū)動(dòng)快速的熱解、氧化反應(yīng)直至自燃［16－17］。這些表明微生物活動(dòng)和氧化反應(yīng)放熱機(jī)理在生物質(zhì)燃料自加熱過程中的重要性，即微生物反應(yīng)提供初始溫度升至足夠高，直至能啟動(dòng)化學(xué)氧化過程以升溫至著火點(diǎn)。

2 影響自加熱及自燃的因素

實(shí)際過程中，生物質(zhì)燃料本身的物理化學(xué)特性（水分含量、堆積尺寸和密度、顆粒尺寸、燃料種類和特性等）和其儲(chǔ)存的環(huán)境條件（氧濃度、溫度、濕度、通風(fēng)條件）等因素都會(huì)不同程度地影響自加熱及自燃過程。

2.1 水分含量

水分含量是生物質(zhì)燃料自加熱的最重要影響因素之一。通常，潮濕的生物質(zhì)具有很強(qiáng)的自加熱傾向，這是因?yàn)?，自加熱的最重要過程是在水分足夠時(shí)的微生物生長和呼吸作用，而水分是微生物活動(dòng)的3個(gè)必要條件之一（其它兩個(gè)是O2和養(yǎng)分）［16］。微生物所需養(yǎng)分主要是水溶性碳水化合物成分，而只有這些成分濃度高于一定值時(shí)才能被微生物利用［22］，因此當(dāng)水分低于某一臨界值時(shí)微生物活動(dòng)減少；當(dāng)水分太高（＞65%）時(shí)，會(huì)因水的浸出作用導(dǎo)致養(yǎng)分流失［23］，還可能因微生物過度生長導(dǎo)致養(yǎng)分和O2相對缺乏［22］，從而抑制微生物活動(dòng)而產(chǎn)熱減少；而當(dāng)水分含量在臨界水分和50%～60%之間時(shí)，隨水分增加，微生物活動(dòng)呈指數(shù)增加［24］，自加熱也顯著加快。

除影響微生物活動(dòng)外，水分還顯著影響化學(xué)氧化反應(yīng)及其產(chǎn)熱和傳熱過程［11，17－18］。前文指出，水分可催化氧化反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，此外，生物質(zhì)中的水分也影響熱擴(kuò)散系數(shù)和比熱，水分蒸發(fā)帶走汽化潛熱，生物質(zhì)吸濕放熱產(chǎn)生吸附熱，水分有利于生物質(zhì)成分的水解反應(yīng)，而水蒸氣運(yùn)動(dòng)還有利于O2向內(nèi)擴(kuò)散等。

2.2 堆積尺寸和密度

生物質(zhì)燃料堆積儲(chǔ)存時(shí)自加熱過程中的熱量和堆內(nèi)溫度的變化取決于堆積尺寸，其中內(nèi)部產(chǎn)熱量正比于堆積體積，而向外傳熱量正比于堆積外表面積，因此自加熱傾向取決于體積／表面積之比（V／A）。增加V／A會(huì)導(dǎo)致自燃的臨界環(huán)境溫度降低。當(dāng)環(huán)境溫度超過臨界值時(shí)，內(nèi)部反應(yīng)放熱超過向外散熱，溫度將持續(xù)升高，最終自燃。相比起來，堆的形狀比堆的高度對溫度的影響更大［20］。

堆積密度主要影響傳熱過程。堆積的生物質(zhì)材料可看作多孔介質(zhì)，其內(nèi)部熱量主要通過導(dǎo)熱及孔隙內(nèi)對流（氣體包括水蒸氣流動(dòng)）形式向外擴(kuò)散。如果燃料堆壓實(shí)，那么其內(nèi)部空氣循環(huán)（對流傳熱）弱，因而熱量不易向外擴(kuò)散而易導(dǎo)致自燃［17］。

2.3 顆粒尺寸

顆粒尺寸對自加熱過程的影響主要有兩方面。小顆粒表面積大，可滋生更多的微生物而導(dǎo)致產(chǎn)熱多［20］；顆粒小或小顆粒多則儲(chǔ)存時(shí)堆積密實(shí)、滲透率低，影響熱量的向外擴(kuò)散，只有顆粒尺寸足夠大（如對于木片，＞100 mm）時(shí)，才能提供足夠的滲透率以通過自然對流的形式向外散熱，因此，小顆粒意味著更高的溫度和更多的微生物生長。此外，小顆粒也因表面積大而有利于氧化反應(yīng)。當(dāng)然，小顆粒導(dǎo)致的低滲透率一定程度上不利于O2向堆內(nèi)擴(kuò)散而降低微生物活動(dòng)和氧化反應(yīng)速度［17］。一般地，小顆粒儲(chǔ)存時(shí)更易發(fā)生自加熱，且自加熱速度快，自燃風(fēng)險(xiǎn)也大［17，20］。

2.4 燃料種類及其特性

微生物活動(dòng)導(dǎo)致自加熱的臨界水分含量隨生物質(zhì)種類而變化［22］，這可能是因生物質(zhì)組成和主導(dǎo)微生物種群不同導(dǎo)致的［17］。如稻草水分低于22%～29%、牧草水分低于25%～30%時(shí)幾乎沒有微生物活動(dòng)［24］，甘蔗渣水分低于29%時(shí)微生物活動(dòng)顯著減弱，而約20%時(shí)則停止［21］。對于氧化反應(yīng)放熱過程，不同的生物質(zhì)熱分解特性一般不同，影響產(chǎn)物的氧化放熱；一些易氧化成分如木質(zhì)生物質(zhì)的脂肪酸含量也不同，因而具有不同的氧化放熱特性；此外不同的生物質(zhì)著火溫度不同，如木質(zhì)生物質(zhì)大致為250℃［25］，而草本生物質(zhì)略低（如麥秸的著火溫度為220℃）［26］。這些都意味著不同生物質(zhì)燃料在自加熱和自燃特性上的差異。

2.5 儲(chǔ)存環(huán)境條件

氧濃度影響微生物的活動(dòng)和氧化反應(yīng)［16－17］。雖然有些細(xì)菌可在厭氧條件下生存，但降低氧濃度可抑制絕大多數(shù)微生物的活動(dòng)；降低氧濃度也可以降低氧化反應(yīng)及其放熱速度［21］，因此采用覆蓋的方式限制O2進(jìn)入生物質(zhì)堆可抑制自加熱及自燃過程。

環(huán)境溫度也會(huì)影響微生物的活動(dòng)，如在冬季，微生物的活動(dòng)及其產(chǎn)熱會(huì)顯著降低。對于氧化反應(yīng)過程，一般只有在環(huán)境溫度高于臨界著火溫度的條件下才能自燃。

環(huán)境濕度主要影響堆積燃料和環(huán)境空氣之間的水分交換。濕度低有利于燃料的水分蒸發(fā)、自然干燥和冷卻；而濕度高時(shí)，燃料易吸附水分而釋放吸附熱有利于自加熱，因而較干燥的生物質(zhì)在潮濕環(huán)境中吸濕過程的物理放熱對自加熱過程起重要作用［9］。

通風(fēng)有利于燃料的干燥和堆積燃料與環(huán)境之間的對流換熱，因此適當(dāng)?shù)耐L(fēng)措施是室內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)防止自加熱和自燃的主要技術(shù)措施之一。

2.6 金屬

生物質(zhì)燃料堆內(nèi)部如果有金屬塊特別是鐵塊的存在則可能導(dǎo)致自燃。這是因?yàn)榻饘偌捌溲趸铮ㄈ玷F銹）對氧化反應(yīng)有催化作用［17］，顯著增加氧化放熱速度而使自加熱過程加速［27］。因此，儲(chǔ)存生物質(zhì)應(yīng)避免其內(nèi)部夾雜有金屬。

3 自加熱及自燃的危害

伴隨著自加熱過程的是各種導(dǎo)致產(chǎn)熱的反應(yīng)過程，如微生物降解、相對較高溫度下氧化和熱分解反應(yīng)等，它們是生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存時(shí)熱量、質(zhì)量損失的主要原因［4，5，8，20，28－29］。有報(bào)道指出，半年到一年的儲(chǔ)存可導(dǎo)致熱量損失10%～24%，干物質(zhì)損失2%～17%。

自加熱及自燃也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的健康和安全問題［9］。微生物生長特別是霉菌等對人體健康有害。自加熱過程會(huì)釋放窒息性氣體（如CO）和刺激性氣體（如醛、酮等）。自加熱及自燃時(shí)的陰燃過程的熱分解、燃燒會(huì)釋放大量的有害、有毒和可燃?xì)怏w，當(dāng)燃料室內(nèi)或封閉儲(chǔ)存（如筒倉儲(chǔ)存木丸燃料）時(shí)，可能有可燃?xì)怏w和粉塵爆炸的危險(xiǎn)［9］。

最嚴(yán)重的危害是因自燃導(dǎo)致的。由于自加熱導(dǎo)致的自燃而引發(fā)火災(zāi)并不少見，自燃嚴(yán)重影響生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存和利用過程的安全，產(chǎn)生巨大的能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，此外自燃釋放的氣體、顆粒物也會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，因此控制燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱過程、防止自燃是生物質(zhì)發(fā)電廠及其儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全生產(chǎn)必須要解決的問題。

4 自加熱及自燃的防范措施

基于大量的研究和工程實(shí)踐，國外在生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱及自燃的防范方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，主要包括儲(chǔ)存、監(jiān)測和自燃火災(zāi)消防等，現(xiàn)簡要綜述如下。值得指出的是，國外公開文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)主要是針對木質(zhì)生物質(zhì)燃料和木丸，而關(guān)于草本生物質(zhì)的相對較少。

4.1 生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存的一般原則

儲(chǔ)存前盡可能干燥，儲(chǔ)存時(shí)保持干燥。對于大多數(shù)生物質(zhì)燃料，當(dāng)水分低于20%時(shí)幾乎沒有微生物活動(dòng)，因此，降低或抑制微生物活動(dòng)和控制自加熱的首選措施是干燥。例如剛收割的稻草水分一般在40%～75%，需要干燥至約18%以下再打捆［24］，并且存放在干燥的地方，做好雨、雪防潮準(zhǔn)備。當(dāng)在室內(nèi)成堆儲(chǔ)存新鮮生物質(zhì)時(shí)，如果存在自然對流，則會(huì)降低燃料的含水量，同時(shí)也會(huì)降低干物質(zhì)損失，因此加強(qiáng)通風(fēng)也是防止自燃的一個(gè)有效措施。

在室外木質(zhì)生物質(zhì)儲(chǔ)存時(shí)的經(jīng)驗(yàn)（一般也適應(yīng)于草本生物質(zhì)）［9］包括：1）如果可能，儲(chǔ)存干燥燃料（水分＜20%）避免微生物生長；2）限制同一堆內(nèi)燃料水分的差異；3）不同種類、質(zhì)量的燃料不應(yīng)混合儲(chǔ)存，而應(yīng)分堆堆放；4）盡可能采用小堆，縮短儲(chǔ)存期，遵循“先進(jìn)先用”的原則；5）采用細(xì)長堆，長度方向沿主風(fēng)向，堆底寬度為堆高的兩倍；6）避免堆積過高（不同木質(zhì)燃料的最大堆積高度見表1），避免長度方向高低不平；7）不要壓實(shí)；8）避免堆內(nèi)有金屬物體。

草類生物質(zhì)儲(chǔ)存的一般經(jīng)驗(yàn)［8］包括：1）打捆的水分要求＜20%，捆的密度越大、尺寸越大，需要越干；2）因干、濕草交界處易自燃，應(yīng)避免，不得已則鮮、濕草堆放在外部而非中間，非常鮮、濕草則不堆；3）小的方捆堆每層之間應(yīng)留一些空氣通道，室內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)保證良好的通風(fēng)；4）實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度監(jiān)測。

表1 不同木質(zhì)燃料的最大堆積高度［9］Table 1 Maximum storage heights for different types of wood fuelsm

4.2 自加熱及自燃的檢測與監(jiān)控

自燃開始通常以陰燃的形式出現(xiàn)在生物質(zhì)堆內(nèi)部。如果通過氣體檢測，則一般是在燃燒較強(qiáng)烈而產(chǎn)生氣體如CO較多時(shí)才能檢測出來，這個(gè)過程需要很長時(shí)間。但是自燃前都有一些跡象，因而一般可通過定期檢測溫度來監(jiān)測［30］。例如草類在儲(chǔ)存兩周到兩個(gè)月時(shí)間內(nèi)都可能發(fā)生自燃，因此在儲(chǔ)存開始兩天之內(nèi)就需要開始溫度檢測，并在10天到兩周時(shí)間內(nèi)進(jìn)行日常的溫度監(jiān)測，監(jiān)測可持續(xù)兩個(gè)月，這取決于儲(chǔ)存條件和草的水分；當(dāng)溫度接近70℃，至少每天檢查溫度以監(jiān)測溫度的變化趨勢；當(dāng)溫度在70～80℃時(shí)，應(yīng)考慮翻堆干燥和冷卻；80～90℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行防火預(yù)警和停止通風(fēng)以減少氧氣供應(yīng)；如果溫度＞100℃時(shí)則要求消防到場，但應(yīng)避免翻動(dòng)草垛，防止遇空氣著火。

當(dāng)在室內(nèi)儲(chǔ)存生物質(zhì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)監(jiān)測溫度和氣體組分。由于生物質(zhì)自加熱會(huì)形成醛、羧酸和CO、CO2、CH4等氣體，可能會(huì)因其濃度過高形成劇毒環(huán)境，對進(jìn)入的人員造成傷害，因此可以采用溫度探頭測量燃料表面或靠近表面的溫度，并且使用CO氣體分析儀或基于氣體傳感器的更先進(jìn)的火災(zāi)探測系統(tǒng)綜合地監(jiān)測儲(chǔ)存堆。目前國外的生物質(zhì)燃料室內(nèi)儲(chǔ)存系統(tǒng)一般還包括強(qiáng)制通風(fēng)和除濕系統(tǒng)，用于控制儲(chǔ)存燃料的熱狀況和水分含量［9］。

4.3 自燃的消防

生物質(zhì)燃料自燃的消防與其它大多數(shù)產(chǎn)品的處理方式不同，一般不宜用水滅火和降低堆的溫度［20］，因而限制了滅火劑的選擇。目前國內(nèi)外常用消防泡沫滅火，泡沫為顆粒表面提供一個(gè)持久的覆蓋面，可降低表面熱輻射和火勢快速蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。只有在較大明火或有增強(qiáng)火勢的塵埃云出現(xiàn)時(shí)才采用水來盡快地抑制火焰和滅火［9］。

5 結(jié)論

生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存時(shí)的自加熱不僅導(dǎo)致熱量、質(zhì)量損失，而且會(huì)釋放大量有害、有毒和污染性氣體，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致自燃和火災(zāi)，是影響生物質(zhì)大規(guī)模應(yīng)用過程安全、經(jīng)濟(jì)性的重要問題。隨著生物質(zhì)大規(guī)模利用技術(shù)在我國的快速發(fā)展和大量生物質(zhì)燃燒電廠及其儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的建立，自加熱及自燃的有效防范顯得十分重要。目前，我國生物質(zhì)電廠大量燃用秸稈等草本生物質(zhì)，這類燃料的自加熱及自燃問題較為突出，而國外較多的研究特別是防范經(jīng)驗(yàn)主要是針對木質(zhì)燃料，關(guān)于草本生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存的公開經(jīng)驗(yàn)相對較少。盡管如此，國外已有的研究成果和經(jīng)驗(yàn)仍可作為我國生物質(zhì)燃燒電廠等生物質(zhì)大規(guī)模利用企業(yè)燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱及自燃防范的參考?？紤]到草本生物質(zhì)在特性、儲(chǔ)存方式上與木質(zhì)燃料有一定的差異，在我國開展和加強(qiáng)生物質(zhì)特別是草本生物質(zhì)燃料自加熱及自燃防范方面的研究是十分重要和必要的。

［1］馬文超，陳冠益，顏蓓蓓，等.生物質(zhì)燃燒技術(shù)綜述［J］.生物質(zhì)化學(xué)工程，2007，41（1）：43－48.

［2］張艷麗，王飛，趙立欣，等.我國秸稈收儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)營模式、存在問題及發(fā)展對策［J］.可再生能源，2009，27（1）：1－5.

［3］胡海濤，李允超，王賢華，等.生物質(zhì)預(yù)處理技術(shù)及其對熱解產(chǎn)物的影響綜述［J］.生物質(zhì)化學(xué)工程，2014，48（1）：44－50.

［4］HE X，LAU A K，SOKHANSANJ S，et al.Dry matter losses in combination with gaseous emissions during the storage of forest residues［J］.Fuel，2012（95）：662－664.

［5］EMERY IR，MOSIER NS.The impact of dry matter loss during herbaceous biomass storage on net greenhouse gas emissions from biofuels production［J］.Biomass and Bioenergy，2012（39）：237－246.

［6］GAUTHIER S，GRASS H，LORY M，et al.Lethal carbon monoxide poisoning in wood pellet store rooms-two cases and a review of the literature［J］.Annals of Occupational Hygiene，2012（56）：755－763.

［7］KUANG X，SHANKAR T J，BI X T，et al.Rate and peak concentrations of off-gas emissions in stored wood pellets—sensitivities to temperature，relative humidity and headspace volume［J］.Annals of Occupational Hygiene，2009，53（8）：789－796.

［8］DARR MJ，SHAH A.Biomass storage：An update on industrial solutions for baled biomass feedstocks［J］.Biofuels，2012，3（3）：321－332.

［9］KOPPEJAN J，LONNERMARK A，PERSSON H，et al.Health and Safety Aspects of Solid Biomass Storage，Transportation and Feeding［R］.Report of International Energy Agency Bioenergy，2013.

［10］BLOMQVIST P，PERSSON B.Spontaneous Ignition of Biofuels——A Literature Survey of Theoretical and Experimental Methods［R］.Sveriges Provnings-och Forskningsinstitut Arbetsrapport，2003：18.

［11］ARMSTRONG J.Spontaneous Combustion of Forest Fuels：A Review［R］.Information Report FF-X-42，F(xiàn)orest Fire Research Institute，Canadian Forestry Service，1973.

［12］陳漢平，李斌，李海平，等.生物質(zhì)燃燒技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.工業(yè)鍋爐，2009（5）：1－7.

［13］戴志宏.秸稈電廠的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析與防范［J］.消防科學(xué)與技術(shù)，2013，32（11）：1295－1297.

［14］FERRERO F，MALOW M，SCHMIDT M，et al.Computational modeling of the self-ignition process to achieve safe storage of biomass［J］.Fire Engineering，2008（12）：1－10.

［15］HOGLAND W，MARQUES M.Physical，biological and chemical processes during storage and spontaneous combustion of waste fuel［J］.Resources，Conservation and Recycling，2003（40）：53－69.

［16］LI X-R，KOSEKI H，Momota M.Evaluation of danger from fermentation-induced spontaneous ignition of wood chips［J］.Journal of Hazardous Materials，2006（135）：15－20.

［17］BUGGELN R，RYNK R.Self-heating in yard trimmings：Conditions leading to spontaneous combustion［J］.Compost Science＆Utilization，2002，10（2）：162－82.

［18］GRAY BF，SEXTON MJ，HALLIBURTON B，et al.Wetting-induced ignition in cellulosic materials［J］.Fire Safety Journal，2002（37）：465－479.

［19］WALKER，HARRISON W，et al.The effect of dry heat on the ignition temperature of cellulose［J］.New England Journal of Science，1969（12）：98－110.

［20］JIRJIS R.Effects of particle size and pile height on storage and fuel quality of comminuted salix viminalis［J］.Biomass and Bioenergy，2005，28（2）：193－201.

［21］DIXON T F.Spontaneous combustion in bagasse stockpiles［J］.Cellulose，1988：53－61.

［22］REZAEI F，VANDERGHEYNST J S.Critical moisture content for microbial growth in dried food-processing residues［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，2010，90（12）：2000－2005.

［23］RYCKEBOER J，MERGAERT J，VAES K，et al.A survey of bacteria and fungi occurring during composting and self-heating processes［J］.Annals of Microbiology，2003，53（4）：349－410.

［24］REDDY A P，JENKINS B M，VANDERGHEYNST JS.The critical moisture range for rapid microbial decomposition of rice straw during storage［J］.Transactions of the Asabe，2009，52（2）：673－677.

［25］BABRAUSKAS V.Ignition of wood：A review of the state of the art［J］.Journal of Fire Protection Engineering，2002，12：163－189.

［26］THOMAS G，JENSEN AD.An experimental study of biomass ignition［J］.Fuel，2003（82）：825－833.

［27］WADSO L.Measuring chemical heat production rates of biofuels by isothermal calorimetry for hazardous evaluation modeling［J］.Fire and Materials，2007（31）：241－255.

［28］CASAL M D，GIL M V，PEVIDA C，et al.Influence of storage time on the quality and combustion behavior of pine woodchips［J］.Energy，2010，35（7）：3066－3071.

［29］PETTERSSON M，NORDFJELL T.Fuel quality changes during seasonal storage of compacted logging residues and young trees［J］.Biomass and Bioenergy，2007，31（11）：782－792.

［30］武深秋.植物堆垛自燃火災(zāi)預(yù)防［J］.浙江消防，2003（2）：27－29.

Review on Self-heating and Spontaneous Combustion of Biomass Fuels and Their Prevention

FAN Peng-hui，ZHANG Hui，SHENG Chang-dong
（School of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing 210096，China）

Based on the overseas researches and experiences of engineering practices，the mechanisms of biomass self-heating，the critical influencing factors，the potential hazards，the protective measures and experience were systematically reviewed.The purpose is suggested for biomass fired power plants as well as other large-scale biomass users to prevent self-heating，spontaneous combustion and fire during fuel storage.

Biomass fuels；Self-heating；Spontaneous Combustion；Preventive measures

TQ35

A

1673-5854（2014）04-0051-06

10.3969／j.issn.1673-5854.2014.04.010

2014-03-28

范朋慧（1988—），女，河南濮陽人，碩士生，從事生物質(zhì)焦低溫下動(dòng)力學(xué)特性研究；E-mail：ff＿0621＠163.com

*通訊作者：盛昌棟（1967—），男，安徽繁昌人，教授，博士，從事煤粉和生物質(zhì)燃燒及其污染防治研究工作；E-mail：c.d.sheng＠seu.edu.cn。