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生物质颗粒化虽改善燃料性能，但粒径和成型压力对其挥发分燃烧特性及钾（K）释放影响不明。研究人员用多波长成像比色法和辐射光谱法，研究不同粒径和成型压力的稻壳（RHP）等颗粒，发现影响各异，为生物质颗粒利用和设备开发提供依据。
在能源领域，生物质作为一种可再生能源，其颗粒化技术近年来备受关注。生物质颗粒化，就是把原材料通过干燥、粉碎、压缩等操作，制成特定形状和大小的燃料，这一过程解决了生物质原本堆积密度低、热值不高的问题，让生物质颗粒成为热解、气化、燃烧等能源转化过程的重要原料。
不过，在生物质颗粒的应用过程中，仍存在一些待解难题。在燃烧时，挥发分燃烧阶段是生物质重量减少的主要阶段，会产生大量热量，其燃烧特性不仅影响着火温度和燃烧速率，还关系到后续碳的燃烧。而且，生物质中的碱金属，尤其是钾（K），在燃烧过程中会释放出来，引发积灰、结渣和腐蚀等问题，严重影响生物质锅炉的安全稳定运行。目前，颗粒粒径和成型压力对生物质颗粒挥发分燃烧特性以及钾释放的影响还未被完全了解，这就像在优化颗粒质量和燃烧效率的道路上设置了重重障碍，阻碍了生物质颗粒在能源领域的高效应用。
为了攻克这些难题，来自国内的研究人员开展了一项深入研究。他们开发了一套利用多波长成像比色法和辐射光谱法的燃烧系统，对不同粒径（210–420μm、125–210μm、<125μm）和成型压力（14.2kN、42.7kN）的稻壳颗粒（RHP）、玉米秸秆颗粒（CSP）和杨木颗粒（PWP）进行研究。研究结果为我们揭开了许多重要的发现，对生物质能源的发展意义重大。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上。
研究人员在这项研究中用到的主要关键技术方法包括：采用多波长成像比色法和辐射光谱法搭建生物质颗粒燃烧系统。多波长成像比色法可用于分析火焰的相关特性，辐射光谱法则能帮助监测钾释放情况 。实验材料选取了来自中国黑龙江省哈尔滨市某农场的稻壳（RH）、玉米秸秆（CS）和杨木（PW），通过国家标准方法对这些材料进行元素分析和工业分析。
实验材料分析
研究选用稻壳（RH）、玉米秸秆（CS）和杨木（PW）作为研究材料，这些材料均来自中国黑龙江省哈尔滨市某农场。研究人员依据国家标准 GB/T 28734 - 2012、GB/T 28732 - 2012、GB/T 30728 - 2014 进行元素分析，按照 GB/T 28731 - 2012 和 GB/T 30727 - 2014 进行工业分析，分析结果为后续实验提供了基础数据。
温度测量原理及校准
研究采用基于辐射的温度测量方法，虽文档未详细说明具体原理，但从整体研究流程可知，该方法在后续火焰温度分布等实验数据测量中起到关键作用。同时，对光谱仪进行了校准，实验所用黑体炉发射率为 0.99，光谱仪采集范围是 200–1100nm，通过普朗克辐射定律将相对光谱辐射强度转换为绝对强度，确保了实验数据的准确性。
不同颗粒的燃烧特性研究
- 稻壳颗粒（RHP）：较高的成型压力（42.7kN）能加速 RHP 挥发分的释放，使火焰高度峰值提前 3.4 秒出现，侧面最高温度升高 114K。而且，RHP 呈现出独特的规律，粒径减小会使火焰高度增加，从 74 - 79mm 提升到 100 - 102mm。
- 玉米秸秆颗粒（CSP）和杨木颗粒（PWP）：与 RHP 不同，CSP 和 PWP 随着粒径细化，火焰高度降低，分别下降 25 - 43mm。小粒径的 PWP 燃烧时间缩短 15 - 22 秒，但其最高火焰温度保持稳定，在 1415 - 1453K 之间；小粒径的 CSP 虽然火焰高度降低，但最高温度却升高了 43 - 19K。
钾释放规律研究
不同粒径的生物质颗粒，钾释放模式也有所不同。大粒径的 RHP 和 CSP 释放的钾辐射比小粒径的高 1.34 - 2.71 倍；而对于 PWP，中等粒径的颗粒表现出最高的钾辐射强度，是大粒径 PWP 的 1.57 倍，小粒径 PWP 的 1.37 倍 。
研究结论与讨论
这项研究系统地分析了生物质类型、粒径和成型压力对热解挥发阶段火焰燃烧特性和钾释放的影响。研究结果为优化生物质颗粒成型条件提供了科学依据，有助于找到最佳的颗粒制备方案，提高生物质颗粒的燃烧效率。同时，对燃烧过程中碱金属钾释放和控制的研究，也为解决生物质锅炉运行过程中的积灰、结渣和腐蚀问题提供了方向，对生物质能源设备的开发和改进具有重要的指导意义。通过深入了解这些因素的影响，科研人员可以进一步优化生物质能源的利用方式，推动生物质能源在能源领域更广泛、更高效的应用，助力实现可持续能源发展目标。
