2.2　生物能源含有量

以生物質為原料制造能源和燃料時，生物能源含有量是重要影響因素。生物能源含有量的指標常用發熱量來表示，發熱量是生物質完全燃燒產生的熱量，也稱為燃燒熱。發熱量取決于生物質中含有成分的組成比、構成元素的種類及比例（特別是碳元素的含量）。一般地，有機物含油率、含碳率越高，發熱量也越高。而無機成分與能量值無關。另外，用含有水分的生物質能源時，不僅要考慮發熱量，還必須考慮有效發熱量。

由碳、氫、氧元素組成的纖維素、半纖維素和木質素等有機物為主要組成成分的生物質，在完全燃燒后主要生產二氧化碳和水。這些生成的水（水蒸氣）中含有大量的潛熱，在水分凝結時，這些潛熱會釋放出來。一般把包含潛熱在內的發熱量稱為高位發熱量（higher heating value，HHV，也稱為總發熱量），而不包括潛熱在內的發熱量稱為低位發熱量（lower heating value，LHV，也稱為真發熱量）。

發熱量Q₀是單位物質量在標準狀態下完全燃燒時生成的熱量。而實際的生物質是以含有較多水分和灰分的狀態存在的，在用這些生物質為原料生產能量時，其中含有的水分和灰分是必須考慮的。如果以生物質存在狀態的物質是否自燃為指標，僅考察上述的低位發熱量是不夠的，還必須考慮加熱周圍空氣以維持火焰溫度所需要的能量以及灰分所吸收的熱能。有效發熱量可通過下式求得：

有效發熱量Q=Q₀（1-w）-1000w-排煙吸熱-灰分吸熱

式中，w為含水率。

2.2.1　各種生物質的發熱量

在利用生物能源時，生物質的發熱量是重要的評價指標。根據生物質概念，生物質是由纖維素、木質素和蛋白質等主要成分，和其他無機物、微量成分構成的。發熱量隨著這些成分的種類和組成比例的不同而不同。表2-4中列出了代表性生物質的含水率、有機物含量、灰分含量和高位發熱量。一般地，含水量通過在1atm（1atm=1.01325×10⁵Pa）下100～105℃放置時的質量減少量求得。生物質含水率的變化幅度很大，低至2％～3％（木炭和紙），高至98％（濃縮污泥），樹木（采伐加工后的木料）的含水率在50％～70％。當希望通過物質燃燒獲得能量（熱）時，有效發熱量為正值是燃燒成立的最低條件。一般對生物質而言，含水率超過2/3時有效發熱量為負值，因此，即使生物質自身含有較高的發熱量，自然存在狀態下的高含水率造成的低有效熱值也會使其不適于燃燒（例如剩余污泥在干燥狀態下發熱量較高，但收獲時的含水率為90％左右，是不適合燃燒的）。所以在選擇能量轉化工藝時，含水率是十分重要的考查因素。

總有機物含量（表2-4中的有機物含量）是100減去灰分含量（灰分比率）的值，灰分含量是通過將生物質加熱灰化后殘余的殘渣求得的?；一^程中灰分（金屬）與氧結合，形成的全是氧化物，因此與生物質中存在的初始形態是不可能一致的?；曳值哪芰績r值為0，所以灰分含量高的生物質不適于作能源生產原料。

至于生物質中所含的有機物，其構成元素種類和組成比是重要因素。一般來說，生物質的有機物含量與發熱量的關系是：有機物含量越高（碳元素含量越高），生物質的發熱量就越高。表2-5列出了代表性的生物質和其他有機燃料的元素分析結果。生物質與煤、石油相比氧元素含量較高，而碳、氫元素含量分別為45％～50％和5％～6％，其有機物中的碳、氫元素變化幅度很小是因為生物質的主要構成成分為纖維素和木質素等有限的幾種物質。表2-6列出了構成生物質主要成分的碳元素含量及其高位發熱量，纖維素、半纖維素是糖（己糖和戊糖等單糖）的高聚物，其碳元素含量、發熱量大致與多糖類相同。

2.2.2　根據計算公式得到的推算方法

根據元素分析數據，可以嘗試通過計算方法來推算發熱量。表2-5列出的各種生物質的發熱量可通過下面公式計算求得：

高位發熱量［以干物質計/（MJ/kg）］=0.4571×碳干燥基準的質量分數-2.70

表2-7是根據上式計算得到的部分生物質的發熱量與實測值的比較，除了生物固體（污泥固化物）以外，均表現出較好的一致性。

以煤炭為例，根據Dulong公式可以求得其高位發熱量：

高位發熱量（MJ/kg）=33.8C+144.2（H-O/7.94）+9.414S

式中，C、H、O、S為碳、氫、氧、硫4種元素含量分析數據。

根據該方法推算得到的煤炭發熱量值，其誤差在2％～3％。而對于生物質，除了和煤炭的元素組成比差異較大的大型海帶外，大多數生物質都可以用上述公式求得發熱量。