燃烧特性和排放对比：生物油VS重质燃料油

生物油可以作为锅炉、柴油发动机和燃气轮机的燃料，这比直接燃烧生物质要高效、清洁得多。

生物油是可燃的，但不易燃。由于生物油中含有大量的不可挥发和不可燃成分，因此需要大量的能量来点火，一旦点火，它就会以稳定的自持火焰燃烧。有研究人员在美国桑地亚进行了单液滴生物油燃烧的广泛实验室研究。这项研究显示了生物油燃烧的独特多步骤过程，包括以下阶段：

（1）点火；

（2）静态燃烧；

（3）液滴微爆炸；

（4）雾滴碎片的破坏性烟熏燃烧（亮黄色）；

（5）微珠颗粒的形成与燃尽。

在相同的条件下，传统化石燃料油从着火到燃尽只表现出静止的、发黑的燃烧火焰。在相同条件下，生物油的燃烧时间与化石燃料油的燃烧时间相当，生物油的绝热火焰温度在1400～1700℃之间，相对较高，而传统化石燃料油的绝热火焰温度在1900～2000℃之间。这是由于生物油的化学计量空燃比明显较低（约为7，而传统化石燃料油的为14）。

锅炉和窑炉等热力设备对燃料的要求比较低，开发生物油作为锅炉和窑炉燃料的燃烧技术难度相对较小，能在短时间内实现。通过对生物油燃烧供热、发电和热电联供三种应用方式在欧洲应用前景的研究发现，燃烧供热是最具竞争力的。在许多应用中，生物油可以替代燃料油或柴油，用于锅炉、熔炉、发动机和发电涡轮机。(www.xing528.com)

生物油最有价值的应用之一是作为一种可再生的运输燃料。未来，即使随着电动汽车的进一步发展，重型运输和航空业对液体燃料的需求仍将很大，生物油非常适合填补这个市场缺口。

不同的生物油在燃烧特性和排放方面存在明显的差异，黏度、水和固体含量较高的劣质生物油表现出明显较差的性能。随着生物质热解液化技术以及生物油雾化燃烧技术的逐渐成熟，污染物的排放将会是一个重要的问题。由于生物油基本不含S，所以需要考虑的燃烧污染物主要是CO、NOx和固体颗粒物。就目前而言，由于各个研究单位使用的生物油性质各不相同，因此污染物的排放也不尽相同。然而大量的实验结果都表明，采用性质较好的生物油，在合适的燃烧条件下，各种污染物的排放都完全能够符合各个国家的排放标准。除颗粒物外，生物油污染物排放量普遍低于燃烧重质燃料油的污染物排放量。生物油的高效燃烧强烈依赖于对生物油的适当处理（最佳预热到501℃，并通过压缩空气雾化）及生物油自身的品质。例如，较高的含水量导致烟气中的NOx较低，但颗粒物排放量较高。当生物油具有一致的特性，排放水平较低，且燃烧过程经济可行时，生物油也可作为一种合适的锅炉燃料。

在专用锅炉中直接燃烧生物油已有一定的经验。威斯康星州（美国）红箭公司拥有的商业运营的5 MW工业锅炉，是唯一一个经常使用生物油来产生热量的商业系统，该系统已经运行了近二十年。该厂使用旋流燃烧器，采用的燃料是不同的副产物混合物、生物油的水不溶性组分（热解木质素）、食用香料厂的煤焦和煤气。

在直接燃烧生物油的过程中，与生物油接触的燃烧器和锅炉需要进行调整，以应对产品的腐蚀性、颗粒含量和黏性。生物油的运动黏度为18×10-6～25×10-6 m2/s，与燃料油相似。注射前加热可降低黏度，但不得加热至90℃以上，以避免化学分解。与乙醇混合也可以降低黏度。80%生物油和20%乙醇的混合物具有与喷气燃料相似的燃烧性能。这种燃料具有合理的燃烧热量以及低硫、氮和灰分含量。

生物油在柴油发动机中也成功地进行了燃烧试验，在发动机参数和排放方面，生物油的性能与柴油的性能相似。柴油发动机具有热效率高、经济性能好、燃料适用性广等优点，特别是中型、低速柴油发动机甚至可以使用质量较差的燃料。虽然在柴油发动机中生物油一旦被点燃可以实现稳定燃烧，但生物油的腐蚀性、含较多固体杂质和碳沉积对柴油发动机的喷嘴、排气阀等部件有较大的损坏作用，导致柴油发动机很难长期稳定运转。因此，一些研究机构和柴油发动机企业联手开发以生物油为燃料的柴油发动机系统，并进行大规模生物油燃烧试验，以解决生物油燃烧的一些关键技术问题。在今后的研究中，通过对现有中速至低速柴油发动机的结构和材质进行必要的改动，并配合生物油的精制改性，可望实现生物油的柴油发动机应用。生物油的热值约为柴油的59%，但由于生物油的成本较低，因此其当量能耗仍较低。生物油的主要问题是污染物，如碱、灰分、焦和焦油。总之，在商业化、大规模的应用中，以有吸引力的价格提供稳定且质量更好的生物油是必要的。通过优化储存、泵送、过滤、雾化和燃烧器/锅炉设计，以提高系统性能和减少排放的技术，只需要对现有设备进行相对较小的改造。

燃气轮机一般以石油馏分或天然气为燃料，如果对燃气轮机的结构进行一定的改进，完全可以使其应用各种低品位的燃料包括生物油。加拿大OrendaAerospace公司将生物油应用于燃气轮机的研究，选用了一种能够燃用低品位燃料的OGT2500型燃气轮机（2.5 MW），对供油系统和雾化喷嘴等部件的结构进行了改进以适应生物油的性质，并在所有的高温部件上都涂上了防护层以防止高温下碱金属引起的腐蚀作用。燃烧试验结果表明，经柴油点火之后，生物油可以单独稳定地燃烧，其燃烧特性和柴油燃烧时基本相同，CO和固体颗粒的排放高于柴油，但NOx的排放仅为柴油的一半，SO2基本检测不到。

生物油也可用于共燃应用。共燃具有较大的吸引力，因为它能够实现较大规模的应用，并减少与产品质量和清洁相关的问题。目前通常的做法是在煤炭中混合大约为总能源需求的5%的生物油。已经在进行的共燃的例子包括美国威斯康星州Manitowac的一个20 MW弗雷德燃煤发电站和荷兰Harculo的一个50 MW联合循环天然气厂。对生物油燃烧的大规模调查表明，生物油是清洁的，对锅炉运行或排放水平没有不利影响。此外，Yang等人还研究了将富含钙的生物油直接注入燃煤电厂燃烧后部分，用于烟气脱硫。