生物质燃料的品位是由生物质的物理性质和热化学性质决定的。这些性质对生物质燃料加工转换技术和产品性能影响极大。无论是直接燃烧或是加工转换为固体、气体或液体燃料，都必须了解生物质燃料的基本性质。

8.2.1.1　生物质燃料的物理性质

1.密度

所谓密度是指有生物质燃料单位体积的质量，其单位为g/cm3或t/m3。由于生物质为多空隙的非均相固体，所以其密度会因种类、含水率等的不同而异。将生物质细胞腔内和细胞孔隙中的自由水全部除去后，以其外观体积与质量所测得的密度称为真密度。它不受生物质种类的影响，但由于测定方法的不同，其值亦有所不同。木材的真密度在1.45～1.54t/m3之间，一般采用1.50；农作物秸秆的真密度在1.1～1.3之间。

2.含水率

所谓含水率是指生物质燃料中水分重量与生物质重量之比值，常用百分比表示。生物质燃料所含的水分，一部分存在于细胞腔内和细胞之间，称为自由水；另一部分为细胞壁的物理化学结合水，称为生物质结合水。结合水在生物质燃料中含量一般比较稳定，约占5%；自由水含量可以在5%～60%之间变化，依干燥状态而定。除去自由水后，木材细胞壁的结合水达到饱和状态时的含水率称作纤维饱和点，一般在25%～35%之间。当自由水达到饱和时的含水率称作生物质的最大含水率。

按含水率的不同，生物质分为生材、气干材和烘干材三种，生材是指新采伐的木材和新收获的农作物秸秆等，它保留了生物质活体的水分。气干材是指在自然状态下，风干的生物质。烘干材是指在100～150℃条件下干燥，达到恒重的生物质，亦称绝干材。

含水率分湿基含水率（也称相对含水率）和干基含水率（也称绝对含水率），其计算公式分别为

8.2.1.2　生物质燃料的化学性质

1.生物质燃料的组成成分

生物质燃料中除含有少量的无机物和一定量的水分外，大部分是可以燃烧的有机质，称为可燃质。生物质燃料可燃质的基本组成是C、H、N、S、P、K等元素。

（1）C。C是燃料中的主要元素，其含量的多少决定燃料发热值的大小。在烘干的柴草中，C的含量一般在40%左右。C燃烧后变成CO2和CO，并放出大量的热。1kg纯C完全燃烧约放出33913kJ的热量，不过，纯C是不易燃烧的，所以含C量越高的燃料，它的燃点就越高，点火就越困难。燃烧中，C的存在形式有两种：一种是化合碳，即C与H、N等元素组成不稳定的碳氢化合物，燃烧是以挥发物析出燃烧；另一种是固定碳，挥发物析出后在更高温度下才能燃烧，这部分碳往往不易燃烧。在柴草中，固定碳的含量比煤炭要少（柴草12%～20%，煤炭80%～90%），而挥发物的含量要多，因此，容易点燃，也容易烧尽。

（2）H。H是仅次于C的主要可燃物质，柴草中含量约6%，常以碳氢化合物的形式存在，燃烧时以挥发气体析出。1kg H燃料可放出142300kJ的热量。但H的燃烧产物是水蒸气，水蒸气的气化潜热（约22600kJ/kg）要带走一部分热量，故实际上H燃烧放出的热量比上述数值要低（约119700kJ）。H容易着火燃烧，所以柴草中含的H越多，越容易燃烧。

（3）S。S也是可燃物质。每千克S燃烧的热量为9210kJ。其燃烧产物是SO2和SO3，它们在高温下与烟气中的水蒸气发生化学反应，生成H 2 SO3和H 2 SO4。这些物质对金属有强烈的腐蚀作用，污染大气，危害人体，也影响动植物的生长。所以，S是一种有害的物质。但它在柴草中含量不大，一般为0.1%～0.2%。

（4）P和K。P和K是生物质燃料中特有的成分，都是可燃物质。柴草中P的含量不多，一般为0.2%～0.3%；而K的含量较大，一般在11%～20%，磷燃烧后变成P2 O5，K燃烧后变成K 2 O，它们就是草木灰中的磷肥和钾肥。(www.daowen.com)

（5）N和O。燃料中的有机质含有N和O。N不能燃烧产生热量，O可以增强燃烧反应，但它本身不放出热量。它们的存在只会降低燃料的发热量。柴草中N的含量一般为0.5%～1.5%，O的含量为20%～25%。

（6）灰分。灰分是燃料中不可燃的矿物质，其成分如SiO2、Al2 O3、CaO、Fe2 O3等。灰分对燃料发热量有较大的影响，灰分多，发出的热量就少，燃烧的温度就低。如稻草的灰分高达13.86%，发热量为13980kJ/kg。豆秸含灰分仅3.13%，发热量为16156kJ/kg。另外，灰分过大，还会沉积烟道，污染大气。

2.生物质燃料组成成分的表示方法

燃料的组成成分常用各种组成成分质量的百分数来表示。在燃料分析计算时，由于取样的含水基准不同，各成分的重量比也就不同，因而表示方法有应用基、分析基、干燥基和工业分析法之分。

（1）应用基。应用基是按实际进入炉灶的燃料取样分析计算所得到组成成分的质量百分数，表示时在该成分符号右上角加“y”字码，如Cy、Hy等。由于燃料中的自由水的变化幅度很大，故各种组成成分的百分数值变化也很大，所以，这种表示方法仅在具体做测试计算时用之，不便于作为手册、资料上的数据查用。

（2）分析基。分析基是以风干燃料为基准，分析化验计算后所得的各元素组成成分的百分数值，这是一般资料上给出的数据。由于燃料中自然水经风干后大都失掉了，剩下的水分基本稳定下来，组成成分比较稳定，所以，数据比较稳定，分析基用在成分右上角加“f”字码表示，如Cf、H f等。

（3）干燥基。干燥基是以完全干燥的燃料为基准，进行测定计算的，它是在元素右上角加字码“g”来表示，如Cg、Hg等。

（4）工业分析法。工业分析法也称为近似分析法，它不是测定各元素的含量，而是测定燃料的水分（W）、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（C）的含量，以表示燃料的主要燃烧特性指标。其中挥发分是指燃料在点火或在炉膛被加热时，随着温度的升高而分解释放出的大量可燃气体，包括CO、H 2和各种简单的碳氢化合物，如CH 4、C2 H 2等，也有少量不可燃的CO2、N等其他气体。固定碳是指挥发分逸出后所剩余的可燃碳，即燃料中除去水分，挥发分和灰分后所剩下的部分。

3.生物质的发热量

发热量又称热值，它是表示燃料品位的一种重要指标，指单位重量的燃料完全燃烧时所放出的反应热，其国际单位为kJ/kg。

（1）高位热值（Q GW）。柴草等生物质热量的测定，是将一定重量的生物质试样，放在一个密闭的容器（通称氧弹）中，在有过剩氧气［（2.2～3.5）×106 Pa］存在的条件下使其完全燃烧，用水吸收放出的热量，然后由水温的升高计算出该生物质的发热量。用这种方法测定的发热量为高位热值（Q GW），它是生物质燃料完全燃烧释放出的全部热量，包括燃烧时的显热和所含水分的气化潜热。

（2）低位热值（Q DW）。把在大气状况下完全燃烧单位重量的生物质所得到的热量称为低位热值（Q DW）。它等于从高位热值中减去水蒸气的气化潜热后的热量，也就是燃料实际所放出的热量。由于高位热值和低位热值测定条件不同，反应的生成物不同，以及反应终了时的温度不同，因而两者在数值上是有差异的。由于低位热值接近于生物质在大气压下完全燃烧时所放出的热量，所以在计算热效率时都用低位热值。

（3）发热量的计算。在燃料所含各种元素的成分测定之后，可根据门捷列夫公式计算其低位发热量。

由式（8.7）可以看出，生物质燃料的发热量除了与它们的种类有关外，与其含水率的关系较大，含水率越高，燃烧时摄取的热量也越多，净得热量就越少，即发热量也就越低。潮湿的柴草不但损失热量，同时还导致柴草的不完全燃烧，产生大量黑烟，潮湿的柴草存放时间久了，还会发热、发酵和腐朽，亦使热值降低。