文献综述
1.背景
近年来，我国能源的消耗迅速增长，供求关系日益紧张，特别是石油能源的消费增加尤其迅猛，形势不容乐观。 能源紧缺以及由其产生的生态环境恶化，使得当今能源和环境科学研究的一个重要领域是寻找新的替代能源。生物质资源因资源量大、可获得性好越来越受到关注。开发生物质资源可以缓解我国的能源危机，减少污染物的排放，而且生物质资源都含有大量富含碳素的纤维素、半纤维素和木质素等特殊结构的大分子物质，是制备各种碳材料的丰富原料。由于生物质原料分布分散，质地疏松，能量密度小，给采集储运和使用造成了极大地不便，未处理的生物质原料只能当做低品位能源使用，在这种情况下，生物质固化成型技术应运而生。加工后的压块燃料粒度均匀，密度和强度增加，运输和储存方便，是国家大力提倡的秸秆处理与能源化利用的技术路径，但由于秸秆压块燃料不适合在工业锅炉上直接燃烧，造成了产业链条的断裂。寻求秸秆压块燃料在工业锅炉上使用的可行技术路径，是生物能源领域当前的重要专题。因此选择合理的处理方式解决秸秆燃料利用中存在的瓶颈问题已成为当前的研究重点[4,15]。
水煤浆作为一种新型洁净环保煤基流体燃料，它由68％左右的煤粉、32％左右的水和1％的添加剂组成的，既保留了煤的物理化学性能，又能像液体燃料那样易于储存、管道输送和雾化燃烧，有着代油、节能和环保等多种效益，受到工业界的高度重视。但是存在着原料煤硬度大，需要细磨的煤粉导致磨机生产负荷过高，能耗大[6]。
我国生物质资源十分丰富，生物质干馏技术已经成为生物质能利用的一个重要方向。2006年3月,郭继平教授在吉林省辽源市惠宇能源公司建成了生物质连续干馏制气工业试验装置。随后进行了大量的工业试验研究，取得了阶段性成果，2007年该 项目被国家发改委列为全国示范项目。干馏过程中固态产物炭占总产品的30～40％。目前仅用来制备高品质活性炭或作为高炉喷吹煤粉的替代物。希望开发出这部分炭的一种新用途。利用生物质干馏炭粉制成液体燃料水炭浆的可行性亟待研究[6]。
大多数研究者主要关注秸秆炭化和烘焙的技术研究，对秸秆成型燃料炭化后的制浆研究较少，鉴于此，在实验室中完成秸秆压块燃料的炭化、制粉、制浆等过程，并完成原料样品、炭化样品、浆体样品的工业分析、热分析、灰成分分析等，在此基础上比较三种样品的燃烧性能指标，对秸秆压块燃料在工业锅炉上使用的可行技术路径研究具有重要意义。文献[7]中报道某木材加工厂的锅炉使用本厂的木屑为燃料，木粉以悬浮燃烧的方式进行燃烧。但是由于木粉的流动性差，在粉仓中易起拱，给粉机很难做到给粉均匀，因此燃烧设备中易出现灭火事故。虽经改造，仍然不能解决燃烧效率低、易积碳、负荷调节困难等弊病，使原本理化特性很好的木粉不能很好地被利用。设想将木粉制成浆体后使用，就可以彻底解决燃料供应不均匀的问题，灭火和积碳的事故隐患完全消除，而且燃烧效率和负荷适应性等指标可以大幅度提高。可见，对于用作锅炉燃料的生物质而言，从技术上看，浆体燃料是一种很好的选择 。
2.生物质炭化制浆的研究现状
生物质浆体燃料技术就是用生物质为原料经过干燥制粉成浆等流程最终制成浆体。生物质制浆在技术上并不复杂作为液体燃料使用时除了热值稍低(8336-16672kJ/kg)之外其余性能基本等同于燃料油由于它突出的低污染性能用 它来替代轻质柴油作为大气污染控制较严的城市和地区工业锅炉的燃料技术上 和经济上都是可行的除了存贮与运输成本略高于燃料油以外消防安全性和价格 方面都具有竞争力,尤其与同等热值的柴油相比，生物质浆体燃料的价格只为前 者的50%，占有较强的市场优势[11]。
2.1炭化、制浆原理
生物质主要组成成份是纤维素、半纤维素及木质素，而生物质的炭化主要是这三种成分的热分解。生物质炭化是指将生物质通过一定的工艺加工、化学反应生成产品及副产品的过程。对于秸秆，秸秆炭化技术把农作物秸秆有机质纤维素、半纤维素和木质素在200～300℃下软化， 再将其粉碎后，添加适量的粘结剂和水混合， 施加一定的压力使其固化成型， 即得到棒状或颗粒状“秸秆炭”， 若再利用炭化炉可将其进一步加工处理成为具有一定机械强度的“生物煤”。生物质在无空气等氧化气氛情形下发生的不完全热降解，以生成炭、并且可冷凝液体等产物的过程。相比于其他利用方式，生物质炭化具有以下几个优点：生物质炭化技术发展较早，技术较为成熟，对原料要求低，炭化工艺耗能少；生物质经适宜的炭化，可制备替代燃料，相比未炭化的生物质，生物质炭的能量密度大幅度提高；与煤相比，生物质炭通常含有很低的灰分，氮硫元素含量少；由于生物质生长过程中吸收的C02与其燃烧利用中排放的C02是相等的，在C02总量上实现了零排放；生物质炭还可用于制备吸附材料、仿生材料、导电材料和电磁屏蔽材料等；所得生物质炭还可以施到土壤，不仅增加土壤有机物质提高肥力，而且耐降解，提高碳在土壤中的封存时间。近年来，研究者对秸秆、玉米杆、油菜籽、甘蔗渣、木屑、稻壳等生物质进行了大量炭化实验，研究的影响因素主要有温度、升温速率、停留时间、含水率、颗粒尺寸等方面[18]。
炭化燃料制浆[7]就是用生物质为原料，制备炭化秸秆粉体，进一步制备浆体燃料。技术含量较低，流程如图1。
2.1.1制备浆体燃料流程图
2.2生物质炭化燃烧性能研究现状
2.2.1国内研究现状
近年来，我国生物质炭化设备的开发取得重要进展，尤其是移动床生物质炭化设备以其连续生产性能好和生产效率高等优点，成为该领域研究的热点。横流移动床炭化设备包括链条式碳化设备、回转式碳化设备和螺旋式炭化设备。目前相关领域的研究主要集中在技术与设备开发等方面，对生物质炭化机理与技术研究明显不足[10]。
国内也有很多关于生物质炭化过程的研究，其研究对象主要是木炭和竹炭，如福建林学院余玮等通过在氧气气氛中的DTA/TG 分析和炭化，初步对马尾松等8 种原料进行了热解过程中化学成分和结构上的变化研究。中南林学院的胡云楚等通过TG-DTA热分析联用技术，测定了4种常用木材的TG-DTA-T 曲线，得出各种木材在干燥阶段和锻烧阶段的热性质大致相似，而炭化阶段的热性质则因木材的化学组成不同而有较大差异的结论。南京林业大学的左宋林等则对竹炭的炭化进行了相关的研究[9]。
