生物質(zhì)燃料自加熱、自燃及其防范綜述

范朋慧，張輝，盛昌棟

（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210096）

生物質(zhì)燃料自加熱、自燃及其防范綜述

范朋慧，張輝，盛昌棟*

（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210096）

基于國(guó)外在生物質(zhì)燃料自加熱及自燃方面的研究和工程實(shí)踐現(xiàn)狀，對(duì)生物質(zhì)自加熱的機(jī)理、主要影響因素、可能的危害和防范措施及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，以期為國(guó)內(nèi)生物質(zhì)燃燒電廠等生物質(zhì)大規(guī)模利用企業(yè)在燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱、自燃及火災(zāi)的防范提供參考。

生物質(zhì)燃料；自加熱；自燃；防范措施

生物質(zhì)燃料資源種類(lèi)多、分布廣、總量豐富，作為可再生能源，在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用于熱能、電力和液體燃料等的生產(chǎn)［1］。由于生物質(zhì)能量密度低、體積大，且大多數(shù)還具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性，為保證長(zhǎng)年運(yùn)行，燃料的大量?jī)?chǔ)存是其大規(guī)模利用過(guò)程的重要環(huán)節(jié)［2－3］。生物質(zhì)燃料的特性決定了其在儲(chǔ)存時(shí)不僅會(huì)有不同程度的干物質(zhì)損失［4－5］，還可能出現(xiàn)一些涉及生產(chǎn)安全和人員健康的問(wèn)題，包括自加熱、有害氣體釋放和生物有害物質(zhì)感染等［6－7］，其中，自加熱特別是其發(fā)展成自燃導(dǎo)致的火災(zāi)可能造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)甚至生命損失［8］，因而是儲(chǔ)存時(shí)最重要的安全問(wèn)題之一。人類(lèi)對(duì)生物質(zhì)的自加熱及自燃現(xiàn)象很早就有認(rèn)識(shí)，國(guó)外從18世紀(jì)起就對(duì)牧草及其它農(nóng)業(yè)剩余物儲(chǔ)存時(shí)的自加熱問(wèn)題開(kāi)展了科學(xué)研究［9］。近年來(lái)，隨著生物質(zhì)燃料利用規(guī)模和用量的日益增加、商品燃料如木丸等國(guó)際貿(mào)易的顯著擴(kuò)大，儲(chǔ)存過(guò)程中安全和火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，損失和影響都很大［9］，因此，歐美國(guó)家普遍對(duì)生產(chǎn)、儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程中的自加熱問(wèn)題及其安全防范非常重視，并進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究［10－11］，積累了豐富的防范經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)生物質(zhì)能源大規(guī)模利用特別是發(fā)電利用的日益重視，新建了大量的生物質(zhì)特別是秸稈燃燒電廠。由于燃料需求量大，且秸稈等燃料生產(chǎn)具有顯著的季節(jié)性，這些電廠均建有或附屬有大型的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，其中自加熱導(dǎo)致燃料質(zhì)量、熱量的大量損失，而自燃也時(shí)有發(fā)生，成為困擾電廠及儲(chǔ)存系統(tǒng)運(yùn)行的重要安全問(wèn)題［12］。對(duì)于生物質(zhì)燃料自加熱及自燃問(wèn)題，我國(guó)也開(kāi)展了一些研究工作［13］，但與國(guó)外相比，研究?jī)?nèi)容還不系統(tǒng)，尚未建立相應(yīng)的規(guī)范體系。作者主要基于國(guó)外在生物質(zhì)燃料自加熱及自燃方面的研究現(xiàn)狀，對(duì)自加熱及自燃機(jī)理、影響因素、危害性和防范措施等進(jìn)行系統(tǒng)的綜述，以期為國(guó)內(nèi)生物質(zhì)大規(guī)模利用企業(yè)在燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱、自燃及火災(zāi)的防范提供參考。

1 自加熱及自燃機(jī)理

生物質(zhì)在一定的環(huán)境溫度下堆積儲(chǔ)存時(shí)，因多種反應(yīng)而產(chǎn)熱，由于其導(dǎo)熱性能一般較差，當(dāng)堆內(nèi)的熱量難以向環(huán)境擴(kuò)散時(shí)，堆內(nèi)溫度會(huì)逐漸升高即發(fā)生自加熱，在一定條件下自加熱過(guò)程可能加速，直至燃料的著火溫度而自燃。該過(guò)程一般包括內(nèi)部溫度逐漸升高的自加熱、溫度快速升高的自加熱加速和發(fā)生陰燃或產(chǎn)生火焰的自燃3個(gè)階段［14］。目前，對(duì)這一過(guò)程和現(xiàn)象的定性認(rèn)識(shí)已較一致，但由于其涉及到的產(chǎn)熱機(jī)理多而復(fù)雜，影響因素也多，加之生物質(zhì)種類(lèi)多且特性差異大，已有的研究對(duì)這些機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍有限。因此，對(duì)自加熱及自燃過(guò)程進(jìn)行理論和定量的描述仍然是困難的。

生物質(zhì)自加熱及自燃涉及多種放熱過(guò)程，包括生物過(guò)程（主要是真菌、細(xì)菌等微生物的活動(dòng)及新鮮生物質(zhì)的呼吸作用）、化學(xué)過(guò)程（氧化反應(yīng)、水解、熱分解、揮發(fā)性成分的氧化等）和物理過(guò)程（水分的吸附、凝結(jié)和潤(rùn)濕）［15］。這3種機(jī)理過(guò)程可獨(dú)立發(fā)生，也可同時(shí)發(fā)生［9］，而何種機(jī)理起控制作用則取決于溫度、濕度等條件和燃料特性。

圖1所示為生物質(zhì)燃料的自加熱過(guò)程。微生物活動(dòng)導(dǎo)致的溫度升高主要在0～70℃，其中以20～60℃范圍內(nèi)的貢獻(xiàn)最為重要［15］。溫度低于20℃時(shí)主要是嗜冷微生物活動(dòng)產(chǎn)熱；20～50℃范圍內(nèi)以嗜溫微生物活動(dòng)產(chǎn)熱為主，約在40℃達(dá)到峰值；40～70℃以嗜熱微生物活動(dòng)產(chǎn)熱為主，約在60℃達(dá)到峰值。當(dāng)溫度高于70℃時(shí)，大多數(shù)微生物將死亡，微生物活動(dòng)顯著減少，產(chǎn)熱也明顯下降［16］。因此，微生物活動(dòng)產(chǎn)熱所能達(dá)到的溫度很少超過(guò)70℃，遠(yuǎn)低于生物質(zhì)燃料的著火溫度，而此后的溫度升高直至著火自燃由化學(xué)氧化放熱所主導(dǎo)。

化學(xué)氧化放熱發(fā)生在相對(duì)較高的溫度，與微生物活動(dòng)明顯不同。一般在80℃以上可檢測(cè)出氧化反應(yīng)［17］，但在有水分催化作用下氧化反應(yīng)可在更低的溫度下進(jìn)行［18］。有研究認(rèn)為化學(xué)氧化放熱甚至可能開(kāi)始于40℃，60～70℃時(shí)其作用可超過(guò)微生物活動(dòng)產(chǎn)熱。與微生物活動(dòng)產(chǎn)熱一樣，氧化反應(yīng)產(chǎn)熱機(jī)理也十分復(fù)雜，如Walker等［19］發(fā)現(xiàn)，80℃時(shí)纖維素即可與O2反應(yīng)，148～173℃時(shí)纖維素緩慢分解，熱解產(chǎn)物與O2反應(yīng)放熱，182℃時(shí)纖維素不穩(wěn)定，達(dá)到著火點(diǎn)。如果儲(chǔ)存的生物質(zhì)內(nèi)部溫度超過(guò)80～ 90℃，則氧化反應(yīng)作用加強(qiáng)導(dǎo)致放熱顯著增加而有發(fā)生自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 生物代謝反應(yīng)和化學(xué)放熱反應(yīng)作用下的生物質(zhì)自加熱過(guò)程示意圖［15］Fig.1 Contributions of biological metabolic reactions andchemicalexothermicreactiontothe self-heating process of biomass

大量的實(shí)際觀察［11，15，20－21］表明，除新鮮生物質(zhì)的呼吸作用是最初氧消耗和產(chǎn)熱的主要原因外，細(xì)菌、真菌等微生物活動(dòng)產(chǎn)熱導(dǎo)致溫度快速升高至60～70℃并可維持?jǐn)?shù)周，此后數(shù)月內(nèi)溫度可維持不變?nèi)缓笾饾u降低［20］（圖1中實(shí)線）。或在一定條件下因緩慢氧化反應(yīng)等復(fù)雜過(guò)程放熱溫度可逐漸升高，直至快速升高至著火［21］（圖1中虛線）。發(fā)生自燃需要生物質(zhì)的溫度達(dá)到80～90℃以上［21］，此后的氧化放熱足以加熱生物質(zhì)和驅(qū)動(dòng)快速的熱解、氧化反應(yīng)直至自燃［16－17］。這些表明微生物活動(dòng)和氧化反應(yīng)放熱機(jī)理在生物質(zhì)燃料自加熱過(guò)程中的重要性，即微生物反應(yīng)提供初始溫度升至足夠高，直至能啟動(dòng)化學(xué)氧化過(guò)程以升溫至著火點(diǎn)。

2 影響自加熱及自燃的因素

實(shí)際過(guò)程中，生物質(zhì)燃料本身的物理化學(xué)特性（水分含量、堆積尺寸和密度、顆粒尺寸、燃料種類(lèi)和特性等）和其儲(chǔ)存的環(huán)境條件（氧濃度、溫度、濕度、通風(fēng)條件）等因素都會(huì)不同程度地影響自加熱及自燃過(guò)程。

2.1 水分含量

水分含量是生物質(zhì)燃料自加熱的最重要影響因素之一。通常，潮濕的生物質(zhì)具有很強(qiáng)的自加熱傾向，這是因?yàn)?，自加熱的最重要過(guò)程是在水分足夠時(shí)的微生物生長(zhǎng)和呼吸作用，而水分是微生物活動(dòng)的3個(gè)必要條件之一（其它兩個(gè)是O2和養(yǎng)分）［16］。微生物所需養(yǎng)分主要是水溶性碳水化合物成分，而只有這些成分濃度高于一定值時(shí)才能被微生物利用［22］，因此當(dāng)水分低于某一臨界值時(shí)微生物活動(dòng)減少；當(dāng)水分太高（＞65%）時(shí)，會(huì)因水的浸出作用導(dǎo)致養(yǎng)分流失［23］，還可能因微生物過(guò)度生長(zhǎng)導(dǎo)致養(yǎng)分和O2相對(duì)缺乏［22］，從而抑制微生物活動(dòng)而產(chǎn)熱減少；而當(dāng)水分含量在臨界水分和50%～60%之間時(shí)，隨水分增加，微生物活動(dòng)呈指數(shù)增加［24］，自加熱也顯著加快。

除影響微生物活動(dòng)外，水分還顯著影響化學(xué)氧化反應(yīng)及其產(chǎn)熱和傳熱過(guò)程［11，17－18］。前文指出，水分可催化氧化反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，此外，生物質(zhì)中的水分也影響熱擴(kuò)散系數(shù)和比熱，水分蒸發(fā)帶走汽化潛熱，生物質(zhì)吸濕放熱產(chǎn)生吸附熱，水分有利于生物質(zhì)成分的水解反應(yīng)，而水蒸氣運(yùn)動(dòng)還有利于O2向內(nèi)擴(kuò)散等。

2.2 堆積尺寸和密度

生物質(zhì)燃料堆積儲(chǔ)存時(shí)自加熱過(guò)程中的熱量和堆內(nèi)溫度的變化取決于堆積尺寸，其中內(nèi)部產(chǎn)熱量正比于堆積體積，而向外傳熱量正比于堆積外表面積，因此自加熱傾向取決于體積／表面積之比（V／A）。增加V／A會(huì)導(dǎo)致自燃的臨界環(huán)境溫度降低。當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)臨界值時(shí)，內(nèi)部反應(yīng)放熱超過(guò)向外散熱，溫度將持續(xù)升高，最終自燃。相比起來(lái)，堆的形狀比堆的高度對(duì)溫度的影響更大［20］。

堆積密度主要影響傳熱過(guò)程。堆積的生物質(zhì)材料可看作多孔介質(zhì)，其內(nèi)部熱量主要通過(guò)導(dǎo)熱及孔隙內(nèi)對(duì)流（氣體包括水蒸氣流動(dòng)）形式向外擴(kuò)散。如果燃料堆壓實(shí)，那么其內(nèi)部空氣循環(huán)（對(duì)流傳熱）弱，因而熱量不易向外擴(kuò)散而易導(dǎo)致自燃［17］。

2.3 顆粒尺寸

顆粒尺寸對(duì)自加熱過(guò)程的影響主要有兩方面。小顆粒表面積大，可滋生更多的微生物而導(dǎo)致產(chǎn)熱多［20］；顆粒小或小顆粒多則儲(chǔ)存時(shí)堆積密實(shí)、滲透率低，影響熱量的向外擴(kuò)散，只有顆粒尺寸足夠大（如對(duì)于木片，＞100 mm）時(shí)，才能提供足夠的滲透率以通過(guò)自然對(duì)流的形式向外散熱，因此，小顆粒意味著更高的溫度和更多的微生物生長(zhǎng)。此外，小顆粒也因表面積大而有利于氧化反應(yīng)。當(dāng)然，小顆粒導(dǎo)致的低滲透率一定程度上不利于O2向堆內(nèi)擴(kuò)散而降低微生物活動(dòng)和氧化反應(yīng)速度［17］。一般地，小顆粒儲(chǔ)存時(shí)更易發(fā)生自加熱，且自加熱速度快，自燃風(fēng)險(xiǎn)也大［17，20］。

2.4 燃料種類(lèi)及其特性

微生物活動(dòng)導(dǎo)致自加熱的臨界水分含量隨生物質(zhì)種類(lèi)而變化［22］，這可能是因生物質(zhì)組成和主導(dǎo)微生物種群不同導(dǎo)致的［17］。如稻草水分低于22%～29%、牧草水分低于25%～30%時(shí)幾乎沒(méi)有微生物活動(dòng)［24］，甘蔗渣水分低于29%時(shí)微生物活動(dòng)顯著減弱，而約20%時(shí)則停止［21］。對(duì)于氧化反應(yīng)放熱過(guò)程，不同的生物質(zhì)熱分解特性一般不同，影響產(chǎn)物的氧化放熱；一些易氧化成分如木質(zhì)生物質(zhì)的脂肪酸含量也不同，因而具有不同的氧化放熱特性；此外不同的生物質(zhì)著火溫度不同，如木質(zhì)生物質(zhì)大致為250℃［25］，而草本生物質(zhì)略低（如麥秸的著火溫度為220℃）［26］。這些都意味著不同生物質(zhì)燃料在自加熱和自燃特性上的差異。

2.5 儲(chǔ)存環(huán)境條件

氧濃度影響微生物的活動(dòng)和氧化反應(yīng)［16－17］。雖然有些細(xì)菌可在厭氧條件下生存，但降低氧濃度可抑制絕大多數(shù)微生物的活動(dòng)；降低氧濃度也可以降低氧化反應(yīng)及其放熱速度［21］，因此采用覆蓋的方式限制O2進(jìn)入生物質(zhì)堆可抑制自加熱及自燃過(guò)程。

環(huán)境溫度也會(huì)影響微生物的活動(dòng)，如在冬季，微生物的活動(dòng)及其產(chǎn)熱會(huì)顯著降低。對(duì)于氧化反應(yīng)過(guò)程，一般只有在環(huán)境溫度高于臨界著火溫度的條件下才能自燃。

環(huán)境濕度主要影響堆積燃料和環(huán)境空氣之間的水分交換。濕度低有利于燃料的水分蒸發(fā)、自然干燥和冷卻；而濕度高時(shí)，燃料易吸附水分而釋放吸附熱有利于自加熱，因而較干燥的生物質(zhì)在潮濕環(huán)境中吸濕過(guò)程的物理放熱對(duì)自加熱過(guò)程起重要作用［9］。

通風(fēng)有利于燃料的干燥和堆積燃料與環(huán)境之間的對(duì)流換熱，因此適當(dāng)?shù)耐L(fēng)措施是室內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)防止自加熱和自燃的主要技術(shù)措施之一。

2.6 金屬

生物質(zhì)燃料堆內(nèi)部如果有金屬塊特別是鐵塊的存在則可能導(dǎo)致自燃。這是因?yàn)榻饘偌捌溲趸铮ㄈ玷F銹）對(duì)氧化反應(yīng)有催化作用［17］，顯著增加氧化放熱速度而使自加熱過(guò)程加速［27］。因此，儲(chǔ)存生物質(zhì)應(yīng)避免其內(nèi)部夾雜有金屬。

3 自加熱及自燃的危害

伴隨著自加熱過(guò)程的是各種導(dǎo)致產(chǎn)熱的反應(yīng)過(guò)程，如微生物降解、相對(duì)較高溫度下氧化和熱分解反應(yīng)等，它們是生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存時(shí)熱量、質(zhì)量損失的主要原因［4，5，8，20，28－29］。有報(bào)道指出，半年到一年的儲(chǔ)存可導(dǎo)致熱量損失10%～24%，干物質(zhì)損失2%～17%。

自加熱及自燃也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的健康和安全問(wèn)題［9］。微生物生長(zhǎng)特別是霉菌等對(duì)人體健康有害。自加熱過(guò)程會(huì)釋放窒息性氣體（如CO）和刺激性氣體（如醛、酮等）。自加熱及自燃時(shí)的陰燃過(guò)程的熱分解、燃燒會(huì)釋放大量的有害、有毒和可燃?xì)怏w，當(dāng)燃料室內(nèi)或封閉儲(chǔ)存（如筒倉(cāng)儲(chǔ)存木丸燃料）時(shí)，可能有可燃?xì)怏w和粉塵爆炸的危險(xiǎn)［9］。

最嚴(yán)重的危害是因自燃導(dǎo)致的。由于自加熱導(dǎo)致的自燃而引發(fā)火災(zāi)并不少見(jiàn)，自燃嚴(yán)重影響生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存和利用過(guò)程的安全，產(chǎn)生巨大的能源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，此外自燃釋放的氣體、顆粒物也會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，因此控制燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱過(guò)程、防止自燃是生物質(zhì)發(fā)電廠及其儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全生產(chǎn)必須要解決的問(wèn)題。

4 自加熱及自燃的防范措施

基于大量的研究和工程實(shí)踐，國(guó)外在生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱及自燃的防范方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，主要包括儲(chǔ)存、監(jiān)測(cè)和自燃火災(zāi)消防等，現(xiàn)簡(jiǎn)要綜述如下。值得指出的是，國(guó)外公開(kāi)文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)主要是針對(duì)木質(zhì)生物質(zhì)燃料和木丸，而關(guān)于草本生物質(zhì)的相對(duì)較少。

4.1 生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存的一般原則

儲(chǔ)存前盡可能干燥，儲(chǔ)存時(shí)保持干燥。對(duì)于大多數(shù)生物質(zhì)燃料，當(dāng)水分低于20%時(shí)幾乎沒(méi)有微生物活動(dòng)，因此，降低或抑制微生物活動(dòng)和控制自加熱的首選措施是干燥。例如剛收割的稻草水分一般在40%～75%，需要干燥至約18%以下再打捆［24］，并且存放在干燥的地方，做好雨、雪防潮準(zhǔn)備。當(dāng)在室內(nèi)成堆儲(chǔ)存新鮮生物質(zhì)時(shí)，如果存在自然對(duì)流，則會(huì)降低燃料的含水量，同時(shí)也會(huì)降低干物質(zhì)損失，因此加強(qiáng)通風(fēng)也是防止自燃的一個(gè)有效措施。

在室外木質(zhì)生物質(zhì)儲(chǔ)存時(shí)的經(jīng)驗(yàn)（一般也適應(yīng)于草本生物質(zhì)）［9］包括：1）如果可能，儲(chǔ)存干燥燃料（水分＜20%）避免微生物生長(zhǎng)；2）限制同一堆內(nèi)燃料水分的差異；3）不同種類(lèi)、質(zhì)量的燃料不應(yīng)混合儲(chǔ)存，而應(yīng)分堆堆放；4）盡可能采用小堆，縮短儲(chǔ)存期，遵循“先進(jìn)先用”的原則；5）采用細(xì)長(zhǎng)堆，長(zhǎng)度方向沿主風(fēng)向，堆底寬度為堆高的兩倍；6）避免堆積過(guò)高（不同木質(zhì)燃料的最大堆積高度見(jiàn)表1），避免長(zhǎng)度方向高低不平；7）不要壓實(shí)；8）避免堆內(nèi)有金屬物體。

草類(lèi)生物質(zhì)儲(chǔ)存的一般經(jīng)驗(yàn)［8］包括：1）打捆的水分要求＜20%，捆的密度越大、尺寸越大，需要越干；2）因干、濕草交界處易自燃，應(yīng)避免，不得已則鮮、濕草堆放在外部而非中間，非常鮮、濕草則不堆；3）小的方捆堆每層之間應(yīng)留一些空氣通道，室內(nèi)儲(chǔ)存時(shí)保證良好的通風(fēng)；4）實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。

表1 不同木質(zhì)燃料的最大堆積高度［9］Table 1 Maximum storage heights for different types of wood fuelsm

4.2 自加熱及自燃的檢測(cè)與監(jiān)控

自燃開(kāi)始通常以陰燃的形式出現(xiàn)在生物質(zhì)堆內(nèi)部。如果通過(guò)氣體檢測(cè)，則一般是在燃燒較強(qiáng)烈而產(chǎn)生氣體如CO較多時(shí)才能檢測(cè)出來(lái)，這個(gè)過(guò)程需要很長(zhǎng)時(shí)間。但是自燃前都有一些跡象，因而一般可通過(guò)定期檢測(cè)溫度來(lái)監(jiān)測(cè)［30］。例如草類(lèi)在儲(chǔ)存兩周到兩個(gè)月時(shí)間內(nèi)都可能發(fā)生自燃，因此在儲(chǔ)存開(kāi)始兩天之內(nèi)就需要開(kāi)始溫度檢測(cè)，并在10天到兩周時(shí)間內(nèi)進(jìn)行日常的溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)可持續(xù)兩個(gè)月，這取決于儲(chǔ)存條件和草的水分；當(dāng)溫度接近70℃，至少每天檢查溫度以監(jiān)測(cè)溫度的變化趨勢(shì)；當(dāng)溫度在70～80℃時(shí)，應(yīng)考慮翻堆干燥和冷卻；80～90℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行防火預(yù)警和停止通風(fēng)以減少氧氣供應(yīng)；如果溫度＞100℃時(shí)則要求消防到場(chǎng)，但應(yīng)避免翻動(dòng)草垛，防止遇空氣著火。

當(dāng)在室內(nèi)儲(chǔ)存生物質(zhì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和氣體組分。由于生物質(zhì)自加熱會(huì)形成醛、羧酸和CO、CO2、CH4等氣體，可能會(huì)因其濃度過(guò)高形成劇毒環(huán)境，對(duì)進(jìn)入的人員造成傷害，因此可以采用溫度探頭測(cè)量燃料表面或靠近表面的溫度，并且使用CO氣體分析儀或基于氣體傳感器的更先進(jìn)的火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)綜合地監(jiān)測(cè)儲(chǔ)存堆。目前國(guó)外的生物質(zhì)燃料室內(nèi)儲(chǔ)存系統(tǒng)一般還包括強(qiáng)制通風(fēng)和除濕系統(tǒng)，用于控制儲(chǔ)存燃料的熱狀況和水分含量［9］。

4.3 自燃的消防

生物質(zhì)燃料自燃的消防與其它大多數(shù)產(chǎn)品的處理方式不同，一般不宜用水滅火和降低堆的溫度［20］，因而限制了滅火劑的選擇。目前國(guó)內(nèi)外常用消防泡沫滅火，泡沫為顆粒表面提供一個(gè)持久的覆蓋面，可降低表面熱輻射和火勢(shì)快速蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。只有在較大明火或有增強(qiáng)火勢(shì)的塵埃云出現(xiàn)時(shí)才采用水來(lái)盡快地抑制火焰和滅火［9］。

5 結(jié)論

生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存時(shí)的自加熱不僅導(dǎo)致熱量、質(zhì)量損失，而且會(huì)釋放大量有害、有毒和污染性氣體，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致自燃和火災(zāi)，是影響生物質(zhì)大規(guī)模應(yīng)用過(guò)程安全、經(jīng)濟(jì)性的重要問(wèn)題。隨著生物質(zhì)大規(guī)模利用技術(shù)在我國(guó)的快速發(fā)展和大量生物質(zhì)燃燒電廠及其儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的建立，自加熱及自燃的有效防范顯得十分重要。目前，我國(guó)生物質(zhì)電廠大量燃用秸稈等草本生物質(zhì)，這類(lèi)燃料的自加熱及自燃問(wèn)題較為突出，而國(guó)外較多的研究特別是防范經(jīng)驗(yàn)主要是針對(duì)木質(zhì)燃料，關(guān)于草本生物質(zhì)燃料儲(chǔ)存的公開(kāi)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少。盡管如此，國(guó)外已有的研究成果和經(jīng)驗(yàn)仍可作為我國(guó)生物質(zhì)燃燒電廠等生物質(zhì)大規(guī)模利用企業(yè)燃料儲(chǔ)存時(shí)自加熱及自燃防范的參考?？紤]到草本生物質(zhì)在特性、儲(chǔ)存方式上與木質(zhì)燃料有一定的差異，在我國(guó)開(kāi)展和加強(qiáng)生物質(zhì)特別是草本生物質(zhì)燃料自加熱及自燃防范方面的研究是十分重要和必要的。

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Review on Self-heating and Spontaneous Combustion of Biomass Fuels and Their Prevention

FAN Peng-hui，ZHANG Hui，SHENG Chang-dong
（School of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing 210096，China）

Based on the overseas researches and experiences of engineering practices，the mechanisms of biomass self-heating，the critical influencing factors，the potential hazards，the protective measures and experience were systematically reviewed.The purpose is suggested for biomass fired power plants as well as other large-scale biomass users to prevent self-heating，spontaneous combustion and fire during fuel storage.

Biomass fuels；Self-heating；Spontaneous Combustion；Preventive measures

TQ35

A

1673-5854（2014）04-0051-06

10.3969／j.issn.1673-5854.2014.04.010

2014-03-28

范朋慧（1988—），女，河南濮陽(yáng)人，碩士生，從事生物質(zhì)焦低溫下動(dòng)力學(xué)特性研究；E-mail：ff＿0621＠163.com

*通訊作者：盛昌棟（1967—），男，安徽繁昌人，教授，博士，從事煤粉和生物質(zhì)燃燒及其污染防治研究工作；E-mail：c.d.sheng＠seu.edu.cn。