33. 75 33. 58 32. 18
氮 0. 13 1. 16 0. 92
硫 0. 42 0. 50 0. 43
低位发热量 / （ kJ·kg － 1 ）
18977 15966 16048
1. 2 仪器与设备 1. 2. 1 生物质固体成型燃料燃烧试验平台
生物质固体成型燃料燃烧试验平台是以生物质 燃烧器和锅炉为核心，集料仓，进料装置，控制箱，风 机和记录 软 件 等 为 一 体 的 科 研 平 台［6］。 其 中，进 料 的速度以及燃烧时配风量的大小均可通过操作软件 来进行调控，在燃烧运行时，可以实现自动点火和配 风，自动进 料 和 清 渣 的 功 能［7］。 其 中 燃 烧 器 采 用 的 是农业部规划设计研究院研发的生物质自动高效燃 烧器，是一种上进料式的燃烧器，结构如图 1 所示。
环境工程
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Environmental Engineering
2. 2 不同种类生物质颗粒的 NO 排放分析 2. 2. 1 燃烧器负荷对 NO 排放影响
燃烧器负荷的不同导致 NO 排放的体积分数很 大的差异，3 种成型燃料在不同燃烧器负荷下的 NO 排放特性如图 2 所示。对于生物质成型燃料来说，燃 烧生成的燃料型 NOx 占 NOx 总排放的 65% ～ 80% ， 此外生物质燃料在燃烧时既有挥发分的均相燃烧，又 有残焦的多相燃烧，形成挥发分 NOx 和焦炭 NOx［10］。 产生 NOx 的主要影响因素为温度、氧浓度、燃料 性 质，本文主要从以下几个方面来进行分析。
大气污染防治
Air Pollution Control
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方面的差异使得燃烧特性和排放也不一致，需要针对 其特性进行研究［5］。
供理论基础，从而达到减排的目的。 1 试验部分
本文运用农业部规划设计研究院研制的 PB-20 1. 1 试验燃料
型生物质燃烧器，使用 3 种生物质颗粒燃料，在不同
我国的生物颗粒燃料主要以农作物秸秆为主，
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Environmental Engineering
生物质固体成型燃料燃烧的 NO 和 CO 排放研究*
赵 欣1 李 慧1 胡乃涛1 余 鹏1 张学敏1 姚宗路2
（ 1． 中国农业大学 工学院，北京 100083； 2． 农业部规划设计研究院 农业部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京 100125）
图 2b 玉米秸秆颗粒的 NO 排放显示出总体情况 是 NO 生成量随着进料量的增加先增大后减小。当 燃烧器负荷 处 于 中 小 阶 段 时，过 量 空 气 系 数 都 大 于
燃烧器负荷和空气流速下进行燃烧，监测烟道气体排 本次试验选择木质、玉米秸秆和棉杆 3 种成型生物质
放状况，分析生物质颗粒燃料的主要气态排放物特性 燃料进行对比分析。3 种颗粒燃料均被压缩成圆柱
以及设备进料进风等控制参数对气态排放物的影响。 型，长度 10 ～ 30 mm，直径 8 mm 左右。对 3 种生物质
0引言 目前的能源消耗量中，生物质能耗约占世界总能
耗的 14% ，仅次于煤、石油、天然气，居第四位［1］。我 国的生物质资源也非常丰富，随着经济的发展，农作 物秸秆产 量 也 在 逐 年 递 增［2］，在 我 国 生 物 质 资 源 中 占据十分重要的地位。现阶段很多地区都没有专门 用来燃用生物质燃料的设备，造成大量未完全燃烧的 CO 及 NOx 等有害气体排放到大气中，不仅造成环境 污染，还对人类的身体造成很大的危害。
原料
木质 棉杆 玉米秸秆
水分 7. 44 5. 06 7. 13
工业分析 /%
灰分 挥发分
0. 93
87. 64
11. 91
72. 28
11. 88
73. 81
固定碳 3. 99 10. 75 7. 18
碳 49. 35 40. 77 40. 47
氢 7. 98 7. 04 7. 00
元素分析 /% 氧
针对相应生物质颗粒燃料优选燃烧设备的最佳控制 颗粒燃料进行工业分析、元素分析、热值测量，结果如
参数，为改进气态排放状况，减少 CO、NO 的排放提 表 1 所示。
表 1 3 种生物质颗粒燃料的成分分析、元素分析和发热量
Table 1 Component analysis，elemental analysis，and calorific value of three kinds pellets
Abstract： The gaseous emission of solid biomass briquette in the process of combustion in domestic has not been analyzed clear，and the effect of the feed rate and intake air on gaseous emissions and other issues of biomass fuel combustion test have been under-researched． The paper used Testo350 flue gas analyzer equipment to test the gaseous emissions of wood，cotton stalk and cornstalk in the process of combustion，and focused on the NO and CO emissions of three kinds of biomass briquette under different feeding quantity of intake air and under different circumstances． The results showed that，NO emissions of three kinds of biomass fuel was less than 0. 05% ，the amount of CO was less than 1% ． The amount of NO and CO emissions increased with the increase of the feed rate． The content of the gaseous emissions reduce when the intake air increased． The research could be used to guide the actual operation of the boiler fuel and provide a reference for optimizing the combustion and emissions biomass modeling fuel． Keywords： solid modeling fuel； flue gas； excess air coefficient
本试验所测的参数为烟道气体中主要气态排放 物的体积分数，燃烧过程中炉膛的温度，由此可以计 算出燃烧时的过量空气系数和燃烧效率，并对 NO 和 CO 形成的因素进行分析。 1. 3. 2 试验设计
在生物质燃烧试验平台上分别燃烧 3 种生物质 成型燃料，通过改变进料量来控制燃烧器负荷，高中 低三种负荷对应的进料量分别为 3，4，5 kg / h。试验 通过调整风机转速来改变空气流速，所用的风机转速 可以从 0 调到 90，但是风机采用正弦波调速，50 级以 下时风速过小，不能用于燃料的正常燃烧，因此选择 50、70、90 级三种风速，用风速仪可测得空气流速为 6，7，8 m / s。 2 试验结果 2. 1 三种生物质成型燃料的气态排放物成分
* 中国农业大学大北农教育基金（ 1071 － 2413003） 。 收稿日期： 2014 － 10 － 29
生物质固体成型燃料燃烧产生的烟气种类和排 放量由燃料的元素含量及燃烧工况决定。生物质燃 料的元素以 C、H、O 为主，含有少量的 N、S，并且 N、S 含量与煤等燃料相比，几乎可以忽略不计，排放的烟 气中主要包括 CO、NO，SO2 和 NO2 较少［3］。近年来 国内外均有一些对生物质成型燃料气态排放物相关 的研究，其中国外学者大多是对木质成型燃料进行研 究，而国内研究较多的是稻壳、小麦秸秆和林业废弃 物等的燃烧排放情况，对玉米秸秆、棉杆等生物质成 型燃料燃烧的气态排放物研究较少［4］。我国的生物 质成型燃料与国外的燃料在元素含量和工业分析等
由试验所测得的气态排放物各成分含量可知，气 态排放物的成分主要是 CO 和 NOx，H2 S、SO2 等有害 气体成分的含量很少，原因是生物质燃料本身的 S 含 量很少，SO2 的排放量会很低［8］。燃烧产生的 NOx 通 常是指 NO 和 NO2 ，大量试验结果表明燃烧设备中产 生的 NOx 中 90% 约为 NO，NO2 的含量仅占 5%［9］，所 以本文主要研究 CO 和 NO 的排放规律。
a—木质； b—玉米秸秆； c—棉杆。 —◆—3 kg / h； —■—4 kg / h； —▲—5 kg / h。
图 2 三种生物质成型燃料的 NO 排放 Fig． 2 NO emission from three kinds of biomass briquette
图 2a 木质颗粒的 NO 排放说明，进料量增多时 燃烧器负荷增大，NO 的排放量也相应增大。原因是 进料量增大时，挥发分析出量变多，然而木质颗粒燃 料在几种工况下的过量空气系数均在 1. 6 以上，燃烧 所需要的氧气量充足，这段时间内产生的 NO 增多。
DOI： 10. 13205 / j． hjgc． 201510012
ＲESEAＲCH ON THE COMBUSTION EMISSIONS OF NO AND CO FＲOM BIOMASS SOLID FUEL
Zhao Xin1 Li Hui1 Hu Naitao1 Yu Peng1 Zhang Xuemin1 Yao Zonglu2 （ 1． College of Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China； 2． Key Laboratory of Energy Ｒesource Utilization from Agricultural Ｒesidues，Ministry of Agriculture，Chinese Academy of Agricultural Engineering，Beijing 100125，China）