李定青，符 艷

（廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東 湛江 524300）

0 引言

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存過(guò)程中的理化特性變化規(guī)律開展了相關(guān)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作。張中波等［1］在北方地區(qū)對(duì)玉米秸稈和木質(zhì)燃料顆粒進(jìn)行袋裝、半封閉、露天3 種儲(chǔ)存方式開展儲(chǔ)藏試驗(yàn)，結(jié)果表明2 種顆粒在3 種儲(chǔ)存方式下機(jī)械耐久性都保持在94.46%以上，生物質(zhì)顆粒燃料未出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象，全水分和堆積密度變化規(guī)律受氣候變化規(guī)律相吻合，灰分和揮發(fā)分保持則穩(wěn)定狀態(tài)初始狀態(tài)，這為生物質(zhì)顆粒燃料的安全儲(chǔ)存提供理論依據(jù)。劉建輝等［2］開展農(nóng)作物秸稈在遮雨通風(fēng)條件下的儲(chǔ)存研究，結(jié)果表明在四川省2009 年至2011 年的正常年份下，小麥、玉米、油菜和棉花這4 種秸稈捆在遮雨通風(fēng)的自然環(huán)境中均可安全儲(chǔ)存并作燃料，唯有水稻秸稈捆儲(chǔ)存期間發(fā)生霉變，不適合做燃料。田宜水等［3］開展儲(chǔ)存方式對(duì)生物質(zhì)燃料玉米秸稈的儲(chǔ)存特性的影響研究，針對(duì)整株、打捆、粉碎3 種預(yù)處理方式，且分別儲(chǔ)存在露天、覆蓋、密封條件下的秸稈進(jìn)行為期5 個(gè)月試驗(yàn)研究，結(jié)果表明生物質(zhì)燃料玉米秸稈的發(fā)熱量與全水分呈負(fù)相關(guān)變化，與整株和打捆秸稈相比，粉碎秸稈發(fā)熱量下降約1 000 kJ／kg，研究建議秸稈長(zhǎng)期儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇整株或打捆秸稈，露天和覆蓋儲(chǔ)存則需要進(jìn)一步研究確定。蘇俊林等［4］對(duì)生物質(zhì)顆粒燃料灰行為研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，指出生物質(zhì)燃料灰行為問(wèn)題的解決有助于生物質(zhì)燃料成為未來(lái)新能源的重要組成部分?；酐慃惖龋?］對(duì)不同季節(jié)供應(yīng)的生物質(zhì)燃料的物理和熱化學(xué)特性變化進(jìn)行研究，研究結(jié)果建議在生物質(zhì)原料儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、壓縮成型等設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮不同種類原料堆積密度、流動(dòng)特性等物理特性的差異，而生物質(zhì)原料的燃燒過(guò)程，不僅涉及不同種類原料的差異，還應(yīng)考慮不同季節(jié)造成的影響。楊佩旋［6］對(duì)湛江地區(qū)生物質(zhì)直燃發(fā)電相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出推進(jìn)湛江地區(qū)生物質(zhì)直燃發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速有序發(fā)展的合理化建議。廖艷芬等［7］對(duì)我國(guó)南方典型生物質(zhì)燃料進(jìn)行熱解和燃燒實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明草本類燃料由于組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，脫揮和著火過(guò)程性能較好，木質(zhì)類燃料因組成成分不同導(dǎo)致燃燒特性有較大差異。張迪茜［8］對(duì)生物質(zhì)能源研究進(jìn)展和應(yīng)用前景進(jìn)行綜述，建議對(duì)非糧生物質(zhì)資源、農(nóng)林廢棄物重點(diǎn)發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)生物質(zhì)電廠建設(shè)前期調(diào)研和科學(xué)布局規(guī)劃。謝祖琪等［9］對(duì)遮雨通風(fēng)自然環(huán)境和相對(duì)濕度恒定環(huán)境的兩種儲(chǔ)存條件的小麥秸稈進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明無(wú)論是正常年份，還是相對(duì)濕度較大的特殊年份，麥秸捆儲(chǔ)存期間芯部溫度均沒(méi)有超出安全水平線，儲(chǔ)存前后絕干熱值沒(méi)有明顯影響，麥秸捆均可安全儲(chǔ)存并作能源利用。國(guó)內(nèi)其他研究學(xué)者［10－12］開展了生物質(zhì)能利用相關(guān)的試驗(yàn)和研究工作。

1 試驗(yàn)燃料及方法

1.1 試驗(yàn)燃料

選取湛江地區(qū)產(chǎn)量最多的桉樹皮作為試驗(yàn)研究的生物質(zhì)燃料，燃料特性分析見(jiàn)表1 和表2，熱值為5 295 kJ/kg，試驗(yàn)期間通過(guò)測(cè)量料堆內(nèi)部溫度，記錄溫度變化趨勢(shì)，通過(guò)定期采樣、化驗(yàn)分析試驗(yàn)燃料的水分和熱值的變化趨勢(shì)。

表1 燃料（桉樹皮）元素分析 %

表2 燃料（桉樹皮）工業(yè)分析

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)環(huán)境

本試驗(yàn)建立不同的生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)試驗(yàn)環(huán)境，試驗(yàn)分為室內(nèi)和露天（自然環(huán)境下）進(jìn)行。

1.2.2 試驗(yàn)時(shí)間

頸椎按摩操主要是通過(guò)主動(dòng)活動(dòng)鍛煉，達(dá)到疏通血脈和調(diào)暢氣機(jī)的目的，配合其他治療重新恢復(fù)頸椎的活動(dòng)調(diào)節(jié)功能，從而達(dá)到消除緩解頸椎病的臨床癥狀，在治療康復(fù)頸椎病上有其應(yīng)用的理論依據(jù)。頸椎按摩操同時(shí)具有護(hù)士易于指導(dǎo)督促患者正確練習(xí)的特點(diǎn)，且易學(xué)易練，是值得推廣的康復(fù)鍛煉方法。

考慮A 電廠每年3—7 月為燃料的堆儲(chǔ)高峰期，該時(shí)間段電廠所在地區(qū)氣溫、濕度較高對(duì)堆儲(chǔ)燃料的理化特性影響顯著，具有較大的研究?jī)r(jià)值。

試驗(yàn)研究時(shí)間為120 天，試驗(yàn)期間每天對(duì)儲(chǔ)存燃料進(jìn)行1 次測(cè)溫，每周對(duì)試驗(yàn)燃料進(jìn)行1 次采樣化驗(yàn)分析。

1.2.3 試驗(yàn)堆儲(chǔ)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)燃料為電廠從同一燃料供應(yīng)商同一批次采購(gòu)的燃料，燃料的品質(zhì)（水分、熱值）基本保持一致。燃料堆儲(chǔ)按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)分室內(nèi)和露天環(huán)境，分別按15 m×10 m×9 m 規(guī)格進(jìn)行堆垛，燃料堆垛模型見(jiàn)圖1。

圖1 儲(chǔ)存燃料堆垛模型

1.2.4 試驗(yàn)測(cè)定方法

燃料測(cè)溫采用熱電偶測(cè)量?jī)x，測(cè)量?jī)x由測(cè)量棒和儀表組成，為可分離式，避免使用過(guò)程中損壞儀表。根據(jù)燃料堆垛規(guī)格，分別選取3 m 和7 m 長(zhǎng)熱電偶測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。燃料測(cè)溫方法采用網(wǎng)格測(cè)量法，分別在燃料堆垛的上、中、下層進(jìn)行網(wǎng)格測(cè)量，每層測(cè)量16 處溫度點(diǎn)。

燃料取樣按照堆垛的上、中、下層分別采取表層和內(nèi)部樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)取樣不少于2 kg 燃料，所采集樣品采用塑料儲(chǔ)料袋進(jìn)行封裝，送至電廠燃料化驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)分析。

燃料全水分按照GB／T 28733—2012《固體生物質(zhì)燃料全水分測(cè)定方法》測(cè)量，在（105±2）℃的空氣干燥流中，鼓風(fēng)條件下，烘至樣品質(zhì)量恒重，水分修正后計(jì)算全水分。燃料熱值采用彈筒發(fā)熱量測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。

2 試驗(yàn)分析

2.1 表面觀察

露天（自然條件下）試驗(yàn)燃料顏色加深，部分燃料發(fā)黑、輕微腐爛，尤其是料堆底層燃料受潮濕或雨水天氣影響出現(xiàn)發(fā)黑、腐爛的現(xiàn)象較嚴(yán)重。

室內(nèi)試驗(yàn)燃料表面顏色加深，未出現(xiàn)發(fā)霉或腐爛現(xiàn)象。

2.2 溫度變化

不同堆儲(chǔ)環(huán)境下試驗(yàn)燃料內(nèi)部溫度變化規(guī)律如圖2 所示。可以看出，電廠所在地屬于北回歸線以南的低緯度地區(qū)，在試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)，堆場(chǎng)氣溫基本維持在30 ℃，屬于典型亞熱帶季風(fēng)氣候。

露天（自然條件下）和室內(nèi)堆儲(chǔ)燃料內(nèi)部溫度都出現(xiàn)了上升的趨勢(shì)，可能是生物質(zhì)燃料在受生物降解或生化降解產(chǎn)生熱量引起的。

圖2 試驗(yàn)燃料溫度變化

露天（自然條件下）堆儲(chǔ)燃料內(nèi)部溫度隨著時(shí)間增長(zhǎng)，溫度逐漸上升，堆儲(chǔ)大概91 天料堆內(nèi)部溫度達(dá)到80 ℃。而室內(nèi)堆儲(chǔ)燃料內(nèi)部溫度隨著時(shí)間增長(zhǎng)，溫度逐漸上升且上升速度比露天（自然條件下）堆儲(chǔ)燃料要快一些，大概86 天燃料內(nèi)部溫度達(dá)到了80 ℃。

不同堆儲(chǔ)環(huán)境下，堆儲(chǔ)燃料內(nèi)部溫度變化存在差異，主要是由料堆的通風(fēng)形式不一致引起。露天（自然條件下）堆儲(chǔ)燃料暴露在空氣中，自然通風(fēng)條件良好，料堆部分熱量隨著自然通風(fēng)帶走，溫度降低。而室內(nèi)堆儲(chǔ)燃料自然通風(fēng)條件相對(duì)較差，主要靠料堆內(nèi)部和外表面的溫度差形成對(duì)流帶走部分熱量。

2.3 水分變化

不同堆儲(chǔ)環(huán)境下試驗(yàn)燃料全水分（空干基）變化規(guī)律見(jiàn)圖3 所示。隨著燃料堆儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)，不同堆儲(chǔ)環(huán)境的燃料全水分變化具有明顯的區(qū)別，露天（自然條件下）堆儲(chǔ)燃料隨著時(shí)間變化，燃料全水分從54.82%增長(zhǎng)至58.64%，增加了3.82 個(gè)百分點(diǎn)?？紤]到試驗(yàn)期間電廠所在地區(qū)濕度分布在60%～95%，共有9 天雨天，露天堆儲(chǔ)燃料全水分增長(zhǎng)主要受雨水和潮濕天氣影響所致。燃料露天堆儲(chǔ)大概86 天，全水分增長(zhǎng)較緩慢，可認(rèn)為燃料水分基本達(dá)到飽和狀態(tài)。

圖3 試驗(yàn)燃料水分變化

室內(nèi)堆儲(chǔ)燃料隨著時(shí)間變化，燃料全水分從54.82%減少至46.2%，減少了8.62 個(gè)百分點(diǎn)。室內(nèi)燃料堆儲(chǔ)大概84 天后，全水分減少較緩慢，可認(rèn)為室內(nèi)燃料基本達(dá)到自然烘干的平衡狀態(tài)。

2.4 熱值變化

不同堆儲(chǔ)環(huán)境下試驗(yàn)燃料熱值（低位發(fā)熱量）變化規(guī)律如圖4 所示?？梢钥闯觯S著燃料堆儲(chǔ)時(shí)間的變化，不同堆儲(chǔ)環(huán)境的燃料熱值變化趨勢(shì)不同。露天（自然條件下）堆儲(chǔ)燃料隨著時(shí)間變化，燃料熱值從5 358.76 J／g 下降至4 686.45 J／g，下降了12.54%?？紤]到露天堆儲(chǔ)燃料受雨水和潮濕天氣影響，燃料全水分增加直接影響熱值。此外，長(zhǎng)期堆儲(chǔ)的高水分燃料由于生物降解造成干物質(zhì)和熱量損失也是造成燃料熱值下降的另一主要原因。

室內(nèi)堆儲(chǔ)燃料隨著時(shí)間變化熱值由5 358.76 J／g增加至7 281.56 J／g，增加了35.89%，室內(nèi)堆儲(chǔ)大概85 天后，燃料熱值基本保持不變。室內(nèi)堆儲(chǔ)燃料熱值增加主要受燃料全水分下降影響，此外，值得注意的是室內(nèi)燃料在自然烘干過(guò)程中生物降解造成的干物質(zhì)和熱值損失逐漸減少，對(duì)室內(nèi)儲(chǔ)存燃料的影響相對(duì)較小。

圖4 試驗(yàn)燃料熱值變化

2.5 降解損耗差異變化

生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)過(guò)程的熱值損失一是由于生物質(zhì)燃料全水分變化，二是由于堆儲(chǔ)過(guò)程中生物降解造成。試驗(yàn)已對(duì)生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)過(guò)程的水分和熱值進(jìn)行了測(cè)定，考慮利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)不同堆儲(chǔ)環(huán)境下的生物質(zhì)燃料的降解損耗進(jìn)行評(píng)估。門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式［13］估算固體或液體燃料熱值適用性廣，結(jié)果較為準(zhǔn)確，因此在分析生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)降解損耗差異值時(shí)利用門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算生物質(zhì)燃料降解損耗差異值：

式中：Q0為未考慮降解損耗的燃料低位熱值，J／g；ρC為應(yīng)用基含碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ρH為應(yīng)用基氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ρO為應(yīng)用基氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ρS為應(yīng)用基硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ρW為應(yīng)用基水分，%；Q1為生物降解損耗熱值，J／g；Q2為考慮生物降解損耗的燃料低位熱值，J／g。

綜合門捷列夫經(jīng)驗(yàn)公式（1）、式（2）對(duì)室內(nèi)、室外堆儲(chǔ)生物質(zhì)燃料的降解損耗差異進(jìn)行估算，變化規(guī)律如圖5 所示。

圖5 試驗(yàn)燃料降解差值變化

由圖5 可以看出，隨著燃料堆儲(chǔ)時(shí)間變化，室外與室內(nèi)堆儲(chǔ)燃料的生物降解損耗差值逐漸增大，增大速率逐漸變緩。根據(jù)圖5 估算數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)燃料生物降解損耗差值與時(shí)間具有正相關(guān)性，利用Origin 軟件對(duì)降解損耗差值變化采取二元回歸方法進(jìn)行曲線擬合，設(shè)立二元回歸方程式：

式中：ΔQ1為室內(nèi)外堆儲(chǔ)燃料生物降解損耗差值；t為試驗(yàn)時(shí)間；a、b、c 為二元回歸方程常數(shù)。

對(duì)降解損耗差值變化數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，結(jié)果如圖5（紅色曲線）所示，擬合結(jié)果曲線方程為

其中，曲線擬合相關(guān)系數(shù)R＝0.993 94，R 絕對(duì)值接近1，說(shuō)明相關(guān)性較高。

結(jié)果表明，利用不同堆儲(chǔ)環(huán)境的試驗(yàn)燃料的水分、熱值變化預(yù)測(cè)燃料的降解損耗差異值是可行的，降解損耗差異值是逐漸增大，但增大速率逐漸變緩，該預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)為生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)性具有重要的參考和指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)過(guò)程中，不同的堆儲(chǔ)環(huán)境會(huì)引起燃料的理化特性發(fā)生變化，從而對(duì)生物質(zhì)燃料的使用安全性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大的影響，通過(guò)試驗(yàn)研究得出以下結(jié)論：

1）露天堆儲(chǔ)的生物質(zhì)燃料全水分增加3.82 個(gè)百分點(diǎn)，而室內(nèi)堆儲(chǔ)的生物質(zhì)全水分隨著時(shí)間變化下降8.62 個(gè)百分點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果表明氣候?qū)儆诙嘤瓿睗竦貐^(qū)的生物質(zhì)燃料不適合露天長(zhǎng)期堆儲(chǔ)。

2）露天堆儲(chǔ)的生物質(zhì)燃料熱值下降12.54%，室內(nèi)堆儲(chǔ)的生物質(zhì)燃料熱值增加35.89%，試驗(yàn)結(jié)果表明生物質(zhì)燃料在室內(nèi)堆儲(chǔ)過(guò)程中自然烘干效應(yīng)明顯，熱值增加，有利于提高生物質(zhì)燃料的使用效率，而露天堆儲(chǔ)的生物質(zhì)燃料受雨水潮濕天氣影響，熱值降低，且高水分生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)過(guò)程受生物降解效應(yīng)明顯，干物質(zhì)和熱值損失也不容忽視。

3）露天（自然條件下）和室內(nèi)堆儲(chǔ)生物質(zhì)燃料內(nèi)部溫度都出現(xiàn)了上升的趨勢(shì)，且室內(nèi)堆儲(chǔ)環(huán)境下的生物質(zhì)燃料內(nèi)部溫度上升更快。露天堆儲(chǔ)超過(guò)91 天燃料內(nèi)部溫度上升超過(guò)80 ℃，室內(nèi)堆儲(chǔ)超過(guò)86 天燃料內(nèi)部溫度上升超過(guò)80 ℃。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物質(zhì)燃料長(zhǎng)期堆儲(chǔ)過(guò)程中受生物降解和通風(fēng)形式影響，燃料內(nèi)部溫度升高，露天和室內(nèi)堆儲(chǔ)超過(guò)86 天燃料內(nèi)部溫度都超過(guò)了80 ℃，應(yīng)及時(shí)使用避免燃料自燃發(fā)生火災(zāi)事故。

4）通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試及統(tǒng)計(jì)分析，利用不同堆儲(chǔ)環(huán)境的試驗(yàn)燃料的水分、熱值變化預(yù)測(cè)室內(nèi)外堆儲(chǔ)燃料的降解損耗差異值是可行的，結(jié)果表明，降解損耗差異值是逐漸增大，但增大速率逐漸變緩，該預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)為生物質(zhì)燃料堆儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)性具有重要的參考和指導(dǎo)意義。

綜上所述，考慮生物質(zhì)燃料使用安全性和經(jīng)濟(jì)性，電廠對(duì)長(zhǎng)期堆儲(chǔ)的生物質(zhì)燃料采取室內(nèi)堆儲(chǔ)方式，建立燃料存放使用臺(tái)賬，堅(jiān)持每日測(cè)溫和燃料定期輪換使用規(guī)定，燃料堆儲(chǔ)時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)90天，一旦燃料內(nèi)部溫度超過(guò)80 ℃立即置換使用，通過(guò)采取以上措施后電廠燃料堆儲(chǔ)損耗下降，發(fā)電效益提升，同時(shí)有效避免了生物質(zhì)燃料自燃發(fā)生火災(zāi)事故。