能源植物芦竹燃烧利用研究进展

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.24176

能源植物芦竹燃烧利用研究进展

汪义财¹, 喻鑫², 于敦喜²

1.华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院，湖北省武汉市 430074

2.煤燃烧与低碳利用全国重点实验室(华中科技大学)，湖北省武汉市 430074

Research Progress on Utilization of Arundo Donax L. Combustion

WANG Yicai¹, YU Xin², YU Dunxi²

1.China-EU Institute for Clean and Renewable Energy, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China

2.State Key Laboratory of Coal Combustion (Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China

收稿日期: 2024-08-05 修回日期: 2024-11-20

基金资助:

国家自然科学基金项目.  52476115
中国博士后科学基金项目.  2024M751003
华中科技大学研究生创新基金项目.  YCJJ20242209

Received: 2024-08-05 Revised: 2024-11-20

作者简介 About authors

汪义财(1998)，男，硕士研究生，研究方向为生物质燃烧特性、排放特性及沾污腐蚀特性，M202271370@hust.edu.cn；

喻鑫(1990)，男，博士，助理研究员，研究方向为固体燃料清洁高效利用，本文通信作者，xinyu@hust.edu.cn；

于敦喜(1975)，男，博士，教授，研究方向为煤/生物质等含碳能源、氢/氨等富氢能源的清洁高效利用理论与技术，yudunxi@hust.edu.cn。

摘要

目的芦竹作为一种单位面积产量高、可集中种植的能源植物，具有大规模替代煤炭燃烧发电和降低CO₂排放的广阔前景。在“双碳”目标和煤电机组低碳化改造的要求下，大力发展基于芦竹这一能源植物的清洁高效燃烧技术，是十分适合我国国情的一种重要低碳能源利用途径。为此综述了芦竹燃烧利用的研究进展，旨在为生物质能的规模化利用提供参考。方法通过文献研究法对芦竹的燃烧利用进行了全面调研，对现有研究成果进行了归纳分析。总结了芦竹的燃料特性、预处理方法及效果、燃烧和污染物排放特性以及芦竹燃烧工业试验研究，并介绍了芦竹栽培的环境效应。结论芦竹具有大规模替代煤炭供热和发电的巨大潜力，结合我国煤电机组低碳化改造的要求，电厂掺烧芦竹具有广阔的前景。

关键词： 双碳 ; 低碳 ; 生物质 ; 可再生能源 ; 芦竹 ; 燃烧 ; 减排 ; 燃煤发电

Abstract

Objectives Arundo donax L., as a high-yield energy crop suitable for intensive cultivation, shows great potential for large-scale replacement of coal in power generation and CO₂ emission reduction. Under China’s “dual-carbon” goals and the requirements of low-carbon transformation for coal-fired power units, vigorously developing clean and efficient combustion technologies using Arundo donax L. as an energy crop offers an important low-carbon energy pathway well-suited to China’s national conditions. Understanding the current research status of Arundo donax L. combustion is crucial for guiding the utilization of its combustion in China. To this end, the research progress on the combustion and utilization of Arundo arundo is reviewed, aiming to provide reference for the large-scale utilization of biomass energy. Methods The study conducts a comprehensive investigation into the utilization of Arundo donax L. combustion through literature research methodology, systematically summarizing and analyzing existing research findings. It summarizes the fuel characteristics of Arundo donax L., pre-treatment methods and performance, the characteristics of combustion and pollutant emissions, and industrial-scale tests of Arundo donax L. combustion. Additionally, the study discusses the environmental effects of its cultivation. Conclusions Arundo donax L. shows significant potential for large-scale replacement of coal in heating and power generation. Given the requirements of low-carbon transformation for coal-fired power units in China, co-firing Arundo donax L. in power plants shows great potential.

Keywords： dual-carbon ; low-carbon ; biomass ; renewable energy ; Arundo donax L. ; combustion ; emission reduction ; coal-fired power generation

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汪义财, 喻鑫, 于敦喜. 能源植物芦竹燃烧利用研究进展. 发电技术[J], 2025, 46(3): 570-578 DOI:10.12096/j.2096-4528.pgt.24176

WANG Yicai, YU Xin, YU Dunxi. Research Progress on Utilization of Arundo Donax L. Combustion. Power Generation Technology[J], 2025, 46(3): 570-578 DOI:10.12096/j.2096-4528.pgt.24176

0 引言

生物质是储量巨大的“零碳”可再生能源，其大规模利用对于能源结构绿色低碳转型、实现“双碳”战略目标具有重要意义^[1-6]，其中，部分或全部替代燃煤发电是重要路径之一。但是传统生物质利用存在收、储、运难度大及成本高等问题，限制了生物质能源的规模化利用，因此，集中式种植能源植物(如芦竹等)成为新的破局思路。

芦竹又称巨芦苇，禾本科，属多年生草本植物，气候/环境适应性极强，且具有产量大(每公顷干生物质产量高达37.7 t)、热值高等特点，具备大面积种植及应用潜力^[7-10]。美国通用电气公司研究^[11]表明：以烘焙芦竹替代煤炭燃烧发电可以建立一个接近闭环的碳循环，芦竹生长过程封存的CO₂略高于芦竹生长、收割、运输、烘焙和燃烧等过程CO₂的排放量，因而产生净正碳封存。因此，芦竹的大规模利用对实现“双碳”战略目标具有现实意义。

迄今为止，围绕芦竹燃烧利用已开展较多研究，但是，缺乏系统性的归纳总结。基于此，本文通过文献调研全面回顾了芦竹燃烧利用的现有研究成果，包括芦竹的燃料特性、预处理方式、燃烧特性、污染物生成排放特性及工业试验研究；同时，还介绍了芦竹种植的环境效应。

1 芦竹燃料特性

燃料特性是影响其燃烧行为的决定性因素之一，其中，工业/元素分析、发热量、灰的化学组成等是与燃烧行为密切相关的重要参数。

1.1 工业/元素分析及发热量

表1系统总结了现有研究芦竹和常规生物质的工业/元素分析及其高位发热量。

表1 芦竹的工业与元素分析及高位发热量

Tab. 1 Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

注：A为灰分质量分数；V为挥发分质量分数；F_C为固定碳质量分数；C_d 为碳质量分数；H_d 为氢质量分数；O_d为氧质量分数；N_d为氮质量分数；S_d为硫质量分数； *表示未在参考文献中找到该项数据。

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1）发热量对比。芦竹的高位发热量在17.00~24.30 MJ/kg，略高于玉米秆和木屑，通过烘焙预处理后，其高位发热量进一步提升，与中发热量煤(21.30~24.30 MJ/kg)干燥基高位发热量相当^[21]。

2）工业/元素分析对比。灰分是影响生物质燃料品质的重要因素之一，灰分含量与燃料发热量呈负相关，且较高灰分易引起灰的沉积、腐蚀和颗粒物排放等问题。芦竹灰分质量分数在3%~8%(与叶、茎比例关联)，比玉米秆和木屑低，而挥发分质量分数高于玉米秆和木屑，在73%~88%，这表明芦竹具有更好的燃烧特性。碳元素的含量在一定程度上代表了燃烧所能放出的热量，芦竹的碳质量分数在42%~51%，高于玉米秆，略高于木屑。氮、硫元素被认为是造成空气污染的原因之一，芦竹中氮含量低于玉米秆，略高于木屑，硫含量高于玉米秆和木屑。

芦竹的工业分析、元素分析及发热量表明，芦竹相比于传统生物质(玉米秆、木屑)具有更大的应用潜力。

1.2 灰成分分析

生物质中的无机元素对燃烧过程中的沉积、腐蚀等问题具有重要影响，尤以Cl、S、K、Na、Ca、Si和P为甚^[22]。

表2总结了现有研究芦竹灰成分分析，可见结果差异较大。芦竹中碱/碱土金属(如K、Ca)易与Si结合形成低熔点的碱性硅酸盐，加剧结渣风险。此外，芦竹所含K和Cl在燃烧时可能生成KCl蒸汽，加剧燃烧器的腐蚀。

表2 芦竹灰成分分析 (Arundo donax L.)

Tab. 2 Ash composition analysis of

来源	物质质量分数/%
来源	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	K₂O	CaO	Fe₂O₃
文献[23]	0.01	6.04	0.41	35.47	4.29	2.05	29.54	11.61	0.25
文献[24]	—	4.72	2.97	18.59	—	5.21	52.16	1.31	0.41
文献[15](叶)	0.20	4.70	3.30	49.80	5.30	0.32	16.20	2.80	2.40
文献[15](茎)	0.10	4.80	3.50	43.00	3.90	0.21	20.20	3.00	3.30

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表1表明芦竹不同部位的灰分含量及成分差异较大。Paya等^[23]研究表明，芦竹中Si元素主要富集在鞘和叶，K、Cl元素则主要富集在茎。燃料中的氯碱比可预测灰沉积倾向，氯碱相当的燃料与碱高/氯低的燃料相比沉积倾向更为严重，芦竹各部位Cl/K质量比在0.24~0.36，沉积倾向相对较弱。燃料中的Si/K或Ca/K质量比则可预测结渣倾向，高Si/K或Ca/K质量比可减少结渣^[25]，芦竹Si/K质量比较低，各部位Si/K质量比在0~0.68，可预见芦竹有较强的结渣倾向。因此，为了减轻芦竹燃烧过程的沉积和结渣风险，有效控制燃料中的K元素含量至关重要。

2 芦竹的预处理

生物质预处理是指通过一系列物理、化学或生物学方法，改善生物质理化特性，减少因生物质自身缺陷给其收储运和燃烧利用带来的不利影响。目前，针对芦竹预处理的方法主要包括烘焙预处理和水洗预处理。

2.1 烘焙预处理

烘焙是指将生物质在缺氧、常压、低温(200~320 ℃)条件下进行的等温部分热解过程。在此过程中，纤维素结构被破坏^[26-27]，生物质可磨性得到明显改善，此外，还可破坏生物质半纤维素中大量的羟基，从而提高其疏水性，使其更易于储存及运输。

烘焙温度和时间是影响烘焙预处理效果的关键因素。众多研究表明，生物质烘焙固体产率与烘焙温度、烘焙时间呈负相关，但与热值呈正相关。Garcia-Perez等^[28]发现，芦竹在310 ℃下烘焙8 min，其高位热值从18.4 MJ/kg增加至23.8 MJ/kg，相当于中发热量煤。通过适配烘焙温度与烘焙时间，可以获取不同应用目的下的最佳产率和热值。

此外，烘焙过程还能有效促进生物质中部分致渣、致腐元素的释放，Matyas等^[29]发现，经过烘焙后，芦竹半焦颗粒中的Ca、Mg、P、K、S、Cl含量均明显降低，同时，还在芦竹半焦颗粒表面检测到明显的KCl和K₂SO₄，该结果有力地证明了这一观点。因此，生物质烘焙在一定程度上可有效缓解其后续燃烧利用过程中沾污、腐蚀等问题。

2.2 水洗预处理

水洗预处理可以有效去除生物质中水溶性无机元素，降低生物质灰分含量，从而缓解生物质燃烧利用中的灰相关问题。Coulson等^[16]检测了芦竹水洗前后碱/碱土金属质量比，如表3所示，经过水洗，K质量比降低54.8%，Na质量比降低33%，Ca质量比降低15.2%，Mg质量比降低22.3%，表明水洗对碱金属的脱除作用明显。

表3 水洗前后碱金属含量

Tab. 3 Alkali metal contents before and after washing

测试项目	元素质量比/(mg/kg)
测试项目	K	Na	Ca	Mg
水洗前	11 187	61	838	626
水洗后	5 052	41	711	486

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另外，水洗效果也受液固比、水洗时间、水温、原料粒径等诸多因素影响。Coulson等^[16]发现，芦竹水洗1 h内脱灰效果显著。Chandler等^[30]研究表明，温水条件下芦竹粒径小于1.5 mm时无机物脱除效率更佳。

对比其他生物质(玉米秆、木屑等)相关处理条件^[20]，发现不同生物质并无统一处理标准，需综合考虑多方面因素。

水洗预处理还可以与烘焙预处理等其他预处理方式耦合。Matyas等^[29]对干燥芦竹和烘焙芦竹分别进行了水洗测试，结果如表4所示。无论是干燥芦竹还是烘焙芦竹，水洗均能进一步降低芦竹中无机元素的含量，尤其是K，其综合去除率均可达90%以上。但是，干燥芦竹水洗效果比烘焙芦竹水洗效果更好，主要是水溶态K在烘焙过程中发生了迁移转化，从水溶态转化为其他形态。

表4 耦合水洗结果对比

Tab. 4 Comparison of coupled washing results

芦竹种类	元素质量比/(mg/kg)
芦竹种类	Ca	Mg	P	K	Na	S	Cl
干燥芦竹	2 750	2 110	1 590	22 500	256	3 230	4 950
水洗后干燥芦竹	1 330	458	321	368	76	801	113
烘焙芦竹	2 540	2 060	1 695	25 050	238	3 095	6 045
水洗后烘焙芦竹	2 150	1 230	756	2 340	282	886	200

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3 芦竹燃烧与污染物排放特性

为实现芦竹的清洁高效利用，需要了解其燃烧特性及污染物排放特性。迄今，国内外主要关注了芦竹单独燃烧和与煤混烧的行为。

3.1 芦竹单独燃烧

与其他生物质类似，吴艳等^[31]和BA等^[14]将芦竹燃烧过程分为3个阶段，第1阶段：0~160 ℃，主要是水分析出，失重率约5%。第2阶段：160~320 ℃，主要是挥发分的析出和燃烧，失重率在50%以上。第3阶段：320~500 ℃，主要是半焦燃烧阶段，失重率在30%~35%。500 ℃以上，样品质量不再随温度变化。

芦竹燃烧速率受升温速率显著影响，较高升温速率下TG和DTG曲线整体向高温区移动，最大反应速率几乎倍增，同时，第2阶段和第3阶段最大失重峰界限逐渐模糊，温度迟滞现象是引起这一变化的主要原因。

田红等^[32]对比研究了芦竹与柳枝稷、芒草、象草及玉米秆的综合燃烧性能，由高到低的顺序为：芒草>柳枝稷>芦竹>象草>玉米秆。芦竹在第2阶段的失重速率高于玉米秆，这是因为其挥发分更高，具有更好的助燃作用。

3.2 芦竹与煤混烧

生物质-煤耦合直燃发电是煤电低碳化的重要方向之一。相比于煤，生物质因较高的挥发分含量而具有相对较低的着火温度，在混合燃烧时燃料间可能会存在协同效应，因此，需关注芦竹-煤混烧特性变化。

马莹^[33]基于芦竹与云南褐煤开展了详细的混烧特性研究，燃料单烧实验也证实了芦竹相比于煤具有更低的着火温度(比云南褐煤低100 ℃左右)，挥发分燃烧阶段也更为剧烈。混合燃烧时，则观察到明显的正协同效应，且正协同效应主要发生在芦竹挥发分燃烧阶段，芦竹挥发分燃烧有助于促进煤粉颗粒着火，显著降低云南褐煤着火温度。进一步地，基于Coats-Redfern积分法计算了混合燃料不同阶段的反应动力学参数，混合燃料在挥发分/半焦燃烧阶段活化能明显降低，充分证实了混合燃料中芦竹的促进作用。

3.3 芦竹燃烧污染物排放特性

受环保政策限制，燃料燃烧须满足污染物排放标准，充分了解芦竹燃烧利用过程中的污染物排放特性对于其大规模利用至关重要。

Jeguirim等^[34]对比分析了相同燃烧条件下能源植物芦竹与芒草燃烧气态污染物(CO₂、CO、挥发性有机化合物VOC)、颗粒物排放特性，结果分别如表5、6所示。针对气态污染物，两者CO₂排放量大致相当，芦竹CO排放量更少，VOC排放更高。针对颗粒物，两者燃烧时，70%以上的颗粒物直径都小于0.1 μm，99%的颗粒物直径都小于1 μm。PM₁₀排放量的数量级相同，但是不同阶段的粒度分布结果不同。芦竹颗粒物排放集中在焦燃烧阶段，占总过程的87%，其中残余物的燃烧阶段释放了大量的PM_0.1，占焦氧化阶段的72%。

表5 污染物排放对比

Tab. 5 Comparison of pollutant emissions

种类

污染物

二氧化碳/(mmol/g)

一氧化碳/ (mmol/g)

挥发性有机物/(mmol/g)

二氧化碳/

一氧化碳/

挥发性有机物/

芒草

22.4

3.38

0.94

61.5

9.2

2.6

芦竹

23.4

1.69

1.75

70.3

5.1

5.6

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表6 颗粒物排放对比

Tab. 6 Comparison of particle emissions

生物质

种类

颗粒物质量分数/%

PM_0.1

PM_0.1~1

PM_1~2.5

PM_2.5~10

芒草

73.7

26.2

0.1

芦竹

70.4

29.5

0.1

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Bilgin等^[35]则对芦竹在家用斗式炉(bucket type stove)中的燃烧污染物排放特性进行了研究。其中，NO _x 含量较低，平均排放体积分数为2.19×10^-6。烟气中的污染物以CO为主(峰值体积分数高达6×10^-3)，燃烧初期O₂的快速消耗导致CO的大量排放；燃烧中期趋于稳定，几乎不产生CO排放；燃烧后期可能是由于芦竹表层燃尽，生成的灰壳体阻碍了O₂与内部可燃物的接触，促进了CO的二次排放。CO的排放受燃烧技术和工艺条件的影响，当燃烧温度低、氧气不足、燃料与氧气接触不良、反应停留时间短时，都会导致CO的排放增加。而NO _x 排放与生物质含氮量、过量空气系数和燃烧温度成正相关^[36]。

4 芦竹燃烧中试试验与工程应用

除了实验室研究之外，已有针对芦竹燃烧利用的中试试验和工程应用研究，可为芦竹的工程应用提供相应的参考。

4.1 芦竹燃烧中试试验

Dahl等^[37]基于150 kW∙h旋转炉排炉开展了包含芦竹在内的3种生物质燃烧中试试验，研究了污染物排放和灰沉积特性。运行参数^[37]如表7所示。芦竹体积密度和能量密度远低于柳枝稷和木屑，因此，芦竹燃烧运行负荷低于柳枝稷和木屑，平均负荷为71 kW，仅为额定负荷的47%。

表7 芦竹燃烧试验数据

Tab. 7 Experimental data of Arundo donax L. combustion

参数	生物质种类
参数	芦竹	柳枝稷	木屑
水分质量分数/%	22	9	8
平均负荷/kW	71	93	223
运行时间/h	45	19	7
平均初始燃烧温度/℃	990	850	1 043
能量密度/(MJ/m³)	2 068	9 620	12 090
体积密度/(kg/m³)	116	585	644

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表8为芦竹燃烧各污染物排放量数据^[37]。NO _x 排放与柳枝稷相当，远高于木屑，而PM₁、HCl、SO₂、CO、总颗粒物的排放水平均在柳枝稷和木屑之上。NO _x 、HCl、SO₂排放与燃料中的N、S、Cl的含量有关。而CO和颗粒物的排放与芦竹能量密度较低有关：维持合理的负荷需要更高的燃料流层，由于切碎的燃料颗粒非常轻，加上燃料层的提高使得燃料颗粒被烟气挟带增多，减少了烟气燃烧率，CO排放提升，同时也增加了颗粒物排放。

表8 芦竹燃烧污染物平均排放量

Tab. 5 Average pollutant emissions from Arundo donax L. combustion

种类	污染物质量浓度/(mg/m³)
种类	PM1	NO _x	HCl	SO₂	CO	总颗粒物
芦竹	67	363	67	278	443	102
柳枝稷	50	368	18	91	145	58
木屑	16	106	3	3	1	21

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Dahl等^[37]还发现，芦竹燃烧会产生较高的灰沉积速率，取样探针上灰沉积量2.5 h达到40 mg，12 h达到80 mg。取2 h的沉积物样品进行扫描电镜与能谱仪分析，其主要成分为KCl，还有少量的S和Na(2%~4%)。沉积物松散地附着在换热表面，如果锅炉安有自动清灰装置，则不会造成严重问题。但是，由于沉积物中Cl含量较高，而且烟气中具有较高浓度的HCl和SO₂(表8)，存在很高的腐蚀风险。

由上述研究可知，芦竹燃烧利用时，要特别关注污染物排放、灰沉积和腐蚀等问题。

4.2 芦竹燃烧工程应用

目前，关于芦竹燃烧的工程应用研究十分缺乏，仅有美国波特兰通用电气公司(PGE)在其博德曼(Boardman)燃煤电厂进行了尝试。该电厂燃烧怀俄明PRB亚烟煤，额定负荷为600 MW，原定于2020年关停退役。但是，为使电厂能继续运行，PGE公司探究烘焙生物质完全替代煤炭的可行性^{[11,28-29, 38-40]}，广泛评价了不同生物质作为代煤燃料的可能性。芦竹因其高产优势也被作为备选燃料受到了高度关注。PGE公司研究了芦竹的燃料特性、烘焙预处理、生物煤的制备和燃烧测试及其在大型电力锅炉上的燃烧试验。这里将重点介绍其在工程应用上的研究。

4.2.1 芦竹生物煤/成型燃料的制备

为改善生物质特性，并最大限度利用电厂原有设施，通过烘焙工艺生产生物煤。整个工艺包括芦竹切碎、矿物杂质分离、干燥、烘焙和压块等过程。其中，需要考虑烘焙过程的安全性，同时，如何保证烘焙无氧环境也是一个重要挑战。生物煤的具体生产流程如下：1）生物质两级破碎，即粗粉碎和细粉碎；2）干燥至完全状态；3）快速加热至烘焙温度(300 ℃左右)；4）烘焙至所需状态(固定碳、挥发分、热值)；5）烘焙样品研磨；6）研磨后烘焙生物质压块、成型。博德曼的烘焙生产经验表明，可以控制生物煤的性质使其在固定碳、挥发分和热值方面与煤匹配；同时，还观察到烘焙和研磨之后，生物质某些矿物质与碳结构分离，从而降低燃烧灰的负面影响。

4.2.2 芦竹生物煤燃烧

经过一系列处理制得的生物煤具有与煤相似的性质。Mody等^[39]对芦竹等制备的生物煤的燃烧特性进行了实验研究，并耦合流体力学模拟，探究了生物煤在锅炉中的燃烧行为，结果显示生物煤燃烧的温度、气体浓度分布与煤类似。NO _x 排放显著低于煤燃烧排放，SO₂排放很低，沉积很少，CO₂排放显著降低。生物煤中矿物质与碳颗粒分离，可通过常用结渣指数来预测结渣倾向。总体而言，生物质在锅炉中的燃烧行为与煤相似，但NO _x 和SO₂排放量更低。

4.2.3 芦竹在博德曼电厂的燃烧应用

目前，世界上尚无大型电厂100%燃用芦竹的公开报道。不过，美国博德曼电厂首次开展了全烧烘焙生物质的工程示范研究，其中，入炉燃料包括1%的烘焙芦竹和99%的烘焙木材。该研究实施过程中，获得了许多有关生物质生产、处理、储存、粉碎、燃烧和排放等的经验^[41]，可为芦竹的大规模燃烧利用提供重要参考。

1）生物质的供应是其替代规模大小的决定性因素。供应量的不足是博德曼电厂无法实现芦竹完全替代煤炭的根本原因之一。替代煤炭所需要的生物质供应量巨大，当地无法提供足够的种植面积；同时，当地烘焙设施也无法提供足够的烘焙芦竹颗粒燃料。此外，不同烘焙设施提供的燃料品质不一，大型商业烘焙设施供应的燃料在热值和颜色上比小型设施生产的产品更均匀。

2）生物质颗粒储存过程中燃料品质变化需要注意。长期的储存会使燃料水分含量上升，热值降低，且芦竹颗粒同样具有高反应性，在长期储存的过程中需要预防其自燃。

3）生物质的可磨性问题是限制其在燃煤机组大规模利用的关键。虽然烘焙可以分解生物质中的半纤维素，提高生物质的可磨性，但试验中磨煤机仍然难以将烘焙芦竹研磨至煤粉粒径。因此，实际试验中需要对磨煤机进行调整，将静态分级器打开至完全状态，且需提高一次风流量以防止堵塞。此外，磨煤机能耗也需要关注。

4）燃烧系统需作出一定调整以适应生物质燃料。为防止芦竹自燃，需使用冷一次风，高一次风流量会推动火焰前锋远离燃烧器，这会干扰锅炉火焰检测或火焰扫描系统，因此火焰扫描仪必须做出相应调整。更高的空燃比产生氧化性更高的火焰，因此NO _x 排放相对于燃煤有一定程度的增加。

5）燃烧生物质存在沾污和腐蚀风险。芦竹K、Cl含量比煤和传统生物质(木材)更高，可能增加锅炉内壁及管道的腐蚀风险。

5 芦竹的生态环境效益

芦竹有非常高的光合作用水平，这使其生物质产量非常高，超过C4能源植物芒草，每公顷达到21~49 t^[41]。芦竹生长过程中吸收CO₂的速度是同等面积森林的数倍，可大量捕获大气中的CO₂。与其他能源植物在种植过程中加剧土壤侵蚀不同，芦竹可在边际土地上生长，能有效预防土壤侵蚀和养分流失，富集重金属，促进土壤中微生物生长，提高土壤有机碳的含量。目前，国内有公司对芦竹进行改良并培育出了新型芦竹，其具有更高的生物质产量和吸碳量，如能大规模发展，将是推动燃煤发电行业低碳化发展的重要举措。

大规模芦竹种植的生态环境影响曾是令人担忧的问题，因为芦竹被列为世界上100个需关注的外来物种，曾有大量入侵美国南部地区的历史。不过，芦竹并不在中国外来入侵和归化植物名录中。实际上，一些生态控制方法可以减少人们的担忧。有研究发现，芦竹在富氮地区具有更大的入侵性，而芦竹根茎碎片的扩散通常发生在洪水期间，洪水将植物运送到新的地点^[42]。此外，大火后的快速再生也帮助芦竹战胜其他物种^[43]。因此，对芦竹入侵的生态控制包括：1）防止其种植场地的洪水泛滥；2）对其周边地区进行严格的营养管理；3）将其从易着火的生态系统中移除。

6 结论

1）芦竹存在含水量高、能量密度低、破碎研磨困难的问题。生物质预处理技术(如水洗、烘焙)可用于改善芦竹的物理化学特性，是推动其大规模利用的重要措施。

2）芦竹中K、Cl含量高，灰分较多，容易造成沾污、腐蚀和燃烧不充分，烘焙可以改善部分问题，但水洗预处理更加有效。

3）芦竹燃烧主要排放污染物为NO _x 和CO，其次是SO₂，因此，除应提高脱硝、脱硫装置的效率之外，CO的排放应特别关注。

4）芦竹具有高挥发分和高氧含量，在生产、运输和储存等过程中需要特别注意其自燃特性。

5）芦竹燃烧利用的中试和工程示范研究还很少，有关中试及大试规模燃烧应用的污染物排放、结渣、沾污和腐蚀等问题亟待深入研究。

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... 芦竹又称巨芦苇，禾本科，属多年生草本植物，气候/环境适应性极强，且具有产量大(每公顷干生物质产量高达37.7 t)、热值高等特点，具备大面积种植及应用潜力^[7-10].美国通用电气公司研究^[11]表明：以烘焙芦竹替代煤炭燃烧发电可以建立一个接近闭环的碳循环，芦竹生长过程封存的CO₂略高于芦竹生长、收割、运输、烘焙和燃烧等过程CO₂的排放量，因而产生净正碳封存.因此，芦竹的大规模利用对实现“双碳”战略目标具有现实意义. ...

Research and prospect of cellulosic herbaceous energy plant

2014

5种菌草苗期抗盐性的评价

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Assessment on salt resistance at seedling stage of 5 species of Juncao under NaCl stress

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Physiological responses and alkaline-tolerance evaluation on 5 species of Juncao under alkaline stress during seedling stage

2013

低温胁迫5种菌草的抗寒性评价

2013

Cold-tolerance of 5 species of Juncao under low temperature stress

2013

Using closed-loop biomass to displace coal at Portland general electric’s boardman power plant carbon implications

... 目前，关于芦竹燃烧的工程应用研究十分缺乏，仅有美国波特兰通用电气公司(PGE)在其博德曼(Boardman)燃煤电厂进行了尝试.该电厂燃烧怀俄明PRB亚烟煤，额定负荷为600 MW，原定于2020年关停退役.但是，为使电厂能继续运行，PGE公司探究烘焙生物质完全替代煤炭的可行性^{[11,28-29, 38-40]}，广泛评价了不同生物质作为代煤燃料的可能性.芦竹因其高产优势也被作为备选燃料受到了高度关注.PGE公司研究了芦竹的燃料特性、烘焙预处理、生物煤的制备和燃烧测试及其在大型电力锅炉上的燃烧试验.这里将重点介绍其在工程应用上的研究. ...

Biomass valorisation of Arundo donax L．，Miscanthus×giganteus and Sida hermaphrodita for biofuel production

2017

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

注：A为灰分质量分数；V为挥发分质量分数；F_C为固定碳质量分数；C_d 为碳质量分数；H_d 为氢质量分数；O_d为氧质量分数；N_d为氮质量分数；S_d为硫质量分数； *表示未在参考文献中找到该项数据. ...

Pyrolysis characteristics of Arundo donax harvested from a reclaimed mine land

2019

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

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文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

Pyrolysis of C3 energy plant (Arundo donax)：thermogravimetry，mechanism，and potential evaluation

2020

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

... 与其他生物质类似，吴艳等^[31]和BA等^[14]将芦竹燃烧过程分为3个阶段，第1阶段：0~160 ℃，主要是水分析出，失重率约5%.第2阶段：160~320 ℃，主要是挥发分的析出和燃烧，失重率在50%以上.第3阶段：320~500 ℃，主要是半焦燃烧阶段，失重率在30%~35%.500 ℃以上，样品质量不再随温度变化. ...

Effects of heating rate and water leaching of perennial energy crops on pyrolysis characteristics and kinetics

2011

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

... 文献[15](茎)3.1068.4028.5044.806.3045.100.600.0824.30文献[16]|(叶<15%)5.08**45.555.70*0.24*18.02文献[17](整株)5.7981.2012.7945.906.7839.671.64*17.14文献[18-19](茎)4.6071.3024.1047.035.7242.360.29**文献[20](玉米秆)15.0569.9714.9839.745.5238.011.400.2616.72文献[20](木屑)8.2874.3217.4045.235.7639.730.700.3118.15

... Ash composition analysis of

Tab. 2

来源	物质质量分数/%
来源	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	K₂O	CaO	Fe₂O₃
文献[23]	0.01	6.04	0.41	35.47	4.29	2.05	29.54	11.61	0.25
文献[24]	—	4.72	2.97	18.59	—	5.21	52.16	1.31	0.41
文献[15](叶)	0.20	4.70	3.30	49.80	5.30	0.32	16.20	2.80	2.40
文献[15](茎)	0.10	4.80	3.50	43.00	3.90	0.21	20.20	3.00	3.30

表1表明芦竹不同部位的灰分含量及成分差异较大.Paya等^[23]研究表明，芦竹中Si元素主要富集在鞘和叶，K、Cl元素则主要富集在茎.燃料中的氯碱比可预测灰沉积倾向，氯碱相当的燃料与碱高/氯低的燃料相比沉积倾向更为严重，芦竹各部位Cl/K质量比在0.24~0.36，沉积倾向相对较弱.燃料中的Si/K或Ca/K质量比则可预测结渣倾向，高Si/K或Ca/K质量比可减少结渣^[25]，芦竹Si/K质量比较低，各部位Si/K质量比在0~0.68，可预见芦竹有较强的结渣倾向.因此，为了减轻芦竹燃烧过程的沉积和结渣风险，有效控制燃料中的K元素含量至关重要. ...

... 文献[15](茎)0.104.803.5043.003.900.2120.203.003.30

Fast pyrolysis of annually harvested crops for bioenergy applications

2004

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

... 水洗预处理可以有效去除生物质中水溶性无机元素，降低生物质灰分含量，从而缓解生物质燃烧利用中的灰相关问题.Coulson等^[16]检测了芦竹水洗前后碱/碱土金属质量比，如表3所示，经过水洗，K质量比降低54.8%，Na质量比降低33%，Ca质量比降低15.2%，Mg质量比降低22.3%，表明水洗对碱金属的脱除作用明显. ...

... 另外，水洗效果也受液固比、水洗时间、水温、原料粒径等诸多因素影响.Coulson等^[16]发现，芦竹水洗1 h内脱灰效果显著.Chandler等^[30]研究表明，温水条件下芦竹粒径小于1.5 mm时无机物脱除效率更佳. ...

Perennial grass (Arundo donax L．) as a feedstock for thermo-chemical conversion to energy and materials

2015

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

Arundo donax cane as a precursor for activated carbons preparation by phosphoric acid activation

2002

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

Thermochemical conversion of Arundo donax into useful solid products

2005

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

烘焙生物质-煤混烧中灰生成及沉积规律研究

2020

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

... 文献[20](木屑)8.2874.3217.4045.235.7639.730.700.3118.15

... 对比其他生物质(玉米秆、木屑等)相关处理条件^[20]，发现不同生物质并无统一处理标准，需综合考虑多方面因素. ...

Study on ash formation and deposition in baking biomass-coal mixed combustion

2020

... Proximate and ultimate analyses and higher heating values of Arundo donax L.

Tab. 1

来源	工业分析			元素分析
来源	A/%	V/%	F_C/%	C_d/%	H_d/%	O_d/%	N_d/%	S_d/%	高位发热量/(MJ/kg)
文献[12](整株)	3.91	83.59	12.50	43.88	5.93	45.29	0.71	0.28	19.19
文献[13](整株)	1.78	79.70	18.52	41.71	6.17	49.13	0.64	0.57	18.96
文献[14](整株)	7.00	77.12	15.88	46.28	5.46	40.00	0.80	0.47	20.14
文献[15](叶)	8.00	76.10	15.90	42.80	6.40	42.00	0.60	0.12	21.70
文献[15](茎)	3.10	68.40	28.50	44.80	6.30	45.10	0.60	0.08	24.30
文献[16]\|(叶<15%)	5.08	*	*	45.55	5.70	*	0.24	*	18.02
文献[17](整株)	5.79	81.20	12.79	45.90	6.78	39.67	1.64	*	17.14
文献[18-19](茎)	4.60	71.30	24.10	47.03	5.72	42.36	0.29	*	*
文献[20](玉米秆)	15.05	69.97	14.98	39.74	5.52	38.01	1.40	0.26	16.72
文献[20](木屑)	8.28	74.32	17.40	45.23	5.76	39.73	0.70	0.31	18.15

... 文献[20](木屑)8.2874.3217.4045.235.7639.730.700.3118.15

... 对比其他生物质(玉米秆、木屑等)相关处理条件^[20]，发现不同生物质并无统一处理标准，需综合考虑多方面因素. ...

2022

... 1）发热量对比.芦竹的高位发热量在17.00~24.30 MJ/kg，略高于玉米秆和木屑，通过烘焙预处理后，其高位发热量进一步提升，与中发热量煤(21.30~24.30 MJ/kg)干燥基高位发热量相当^[21]. ...

2022

Influence of fertilisation and harvest time on fuel quality of giant reed (Arundo donax L．) in central Italy

2010

... 生物质中的无机元素对燃烧过程中的沉积、腐蚀等问题具有重要影响，尤以Cl、S、K、Na、Ca、Si和P为甚^[22]. ...

An approach to a new supplementary cementing material：Arundo donax straw ash

2018

... Ash composition analysis of

Tab. 2

来源	物质质量分数/%
来源	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	K₂O	CaO	Fe₂O₃
文献[23]	0.01	6.04	0.41	35.47	4.29	2.05	29.54	11.61	0.25
文献[24]	—	4.72	2.97	18.59	—	5.21	52.16	1.31	0.41
文献[15](叶)	0.20	4.70	3.30	49.80	5.30	0.32	16.20	2.80	2.40
文献[15](茎)	0.10	4.80	3.50	43.00	3.90	0.21	20.20	3.00	3.30

... 表1表明芦竹不同部位的灰分含量及成分差异较大.Paya等^[23]研究表明，芦竹中Si元素主要富集在鞘和叶，K、Cl元素则主要富集在茎.燃料中的氯碱比可预测灰沉积倾向，氯碱相当的燃料与碱高/氯低的燃料相比沉积倾向更为严重，芦竹各部位Cl/K质量比在0.24~0.36，沉积倾向相对较弱.燃料中的Si/K或Ca/K质量比则可预测结渣倾向，高Si/K或Ca/K质量比可减少结渣^[25]，芦竹Si/K质量比较低，各部位Si/K质量比在0~0.68，可预见芦竹有较强的结渣倾向.因此，为了减轻芦竹燃烧过程的沉积和结渣风险，有效控制燃料中的K元素含量至关重要. ...

热解制备芦竹半焦基础性能分析

2019

... Ash composition analysis of

Tab. 2

来源	物质质量分数/%
来源	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	K₂O	CaO	Fe₂O₃
文献[23]	0.01	6.04	0.41	35.47	4.29	2.05	29.54	11.61	0.25
文献[24]	—	4.72	2.97	18.59	—	5.21	52.16	1.31	0.41
文献[15](叶)	0.20	4.70	3.30	49.80	5.30	0.32	16.20	2.80	2.40
文献[15](茎)	0.10	4.80	3.50	43.00	3.90	0.21	20.20	3.00	3.30

Analysis of basic characteristics of Arundo donax char prepared by pyrolysis

2019

... Ash composition analysis of

Tab. 2

来源	物质质量分数/%
来源	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	K₂O	CaO	Fe₂O₃
文献[23]	0.01	6.04	0.41	35.47	4.29	2.05	29.54	11.61	0.25
文献[24]	—	4.72	2.97	18.59	—	5.21	52.16	1.31	0.41
文献[15](叶)	0.20	4.70	3.30	49.80	5.30	0.32	16.20	2.80	2.40
文献[15](茎)	0.10	4.80	3.50	43.00	3.90	0.21	20.20	3.00	3.30

Mineral composition and ash content of six major energy crops

2008

Torrefaction of wood part 1：weight loss kinetics

2006

... 烘焙是指将生物质在缺氧、常压、低温(200~320 ℃)条件下进行的等温部分热解过程.在此过程中，纤维素结构被破坏^[26-27]，生物质可磨性得到明显改善，此外，还可破坏生物质半纤维素中大量的羟基，从而提高其疏水性，使其更易于储存及运输. ...

Torrefaction of wood

2006

Arundo donax sample preparation， torrefaction and analyses

... 烘焙温度和时间是影响烘焙预处理效果的关键因素.众多研究表明，生物质烘焙固体产率与烘焙温度、烘焙时间呈负相关，但与热值呈正相关.Garcia-Perez等^[28]发现，芦竹在310 ℃下烘焙8 min，其高位热值从18.4 MJ/kg增加至23.8 MJ/kg，相当于中发热量煤.通过适配烘焙温度与烘焙时间，可以获取不同应用目的下的最佳产率和热值. ...

Characterization of dried and torrefied Arundo donax biomass for inorganic species prior to combustion

2012

... 此外，烘焙过程还能有效促进生物质中部分致渣、致腐元素的释放，Matyas等^[29]发现，经过烘焙后，芦竹半焦颗粒中的Ca、Mg、P、K、S、Cl含量均明显降低，同时，还在芦竹半焦颗粒表面检测到明显的KCl和K₂SO₄，该结果有力地证明了这一观点.因此，生物质烘焙在一定程度上可有效缓解其后续燃烧利用过程中沾污、腐蚀等问题. ...

... 水洗预处理还可以与烘焙预处理等其他预处理方式耦合.Matyas等^[29]对干燥芦竹和烘焙芦竹分别进行了水洗测试，结果如表4所示.无论是干燥芦竹还是烘焙芦竹，水洗均能进一步降低芦竹中无机元素的含量，尤其是K，其综合去除率均可达90%以上.但是，干燥芦竹水洗效果比烘焙芦竹水洗效果更好，主要是水溶态K在烘焙过程中发生了迁移转化，从水溶态转化为其他形态. ...

Effects of warm water washing on the fast pyrolysis of Arundo donax

2018

芦竹燃烧动力学不同反应机理的研究

2016

Combustion kinetics of donax linn

2016

纤维素类草本能源植物燃烧动力学研究

2016

... 田红等^[32]对比研究了芦竹与柳枝稷、芒草、象草及玉米秆的综合燃烧性能，由高到低的顺序为：芒草>柳枝稷>芦竹>象草>玉米秆.芦竹在第2阶段的失重速率高于玉米秆，这是因为其挥发分更高，具有更好的助燃作用. ...

Combustion kinetics of cellulosic energy-herbs

2016

能源植物与褐煤混燃特性

2017

... 马莹^[33]基于芦竹与云南褐煤开展了详细的混烧特性研究，燃料单烧实验也证实了芦竹相比于煤具有更低的着火温度(比云南褐煤低100 ℃左右)，挥发分燃烧阶段也更为剧烈.混合燃烧时，则观察到明显的正协同效应，且正协同效应主要发生在芦竹挥发分燃烧阶段，芦竹挥发分燃烧有助于促进煤粉颗粒着火，显著降低云南褐煤着火温度.进一步地，基于Coats-Redfern积分法计算了混合燃料不同阶段的反应动力学参数，混合燃料在挥发分/半焦燃烧阶段活化能明显降低，充分证实了混合燃料中芦竹的促进作用. ...

Co-combustion characteristics of energy plants and lignite

2017

Thermogravimetric analysis and emission characteristics of two energy crops in air atmosphere：Arundo donax and Miscanthus giganthus

2010

... Jeguirim等^[34]对比分析了相同燃烧条件下能源植物芦竹与芒草燃烧气态污染物(CO₂、CO、挥发性有机化合物VOC)、颗粒物排放特性，结果分别如表5、6所示.针对气态污染物，两者CO₂排放量大致相当，芦竹CO排放量更少，VOC排放更高.针对颗粒物，两者燃烧时，70%以上的颗粒物直径都小于0.1 μm，99%的颗粒物直径都小于1 μm.PM₁₀排放量的数量级相同，但是不同阶段的粒度分布结果不同.芦竹颗粒物排放集中在焦燃烧阶段，占总过程的87%，其中残余物的燃烧阶段释放了大量的PM_0.1，占焦氧化阶段的72%. ...

A study on flue gas emissions of different reed plants as briquetted fuelwood

... Bilgin等^[35]则对芦竹在家用斗式炉(bucket type stove)中的燃烧污染物排放特性进行了研究.其中，NO _x 含量较低，平均排放体积分数为2.19×10^-6.烟气中的污染物以CO为主(峰值体积分数高达6×10^-3)，燃烧初期O₂的快速消耗导致CO的大量排放；燃烧中期趋于稳定，几乎不产生CO排放；燃烧后期可能是由于芦竹表层燃尽，生成的灰壳体阻碍了O₂与内部可燃物的接触，促进了CO的二次排放.CO的排放受燃烧技术和工艺条件的影响，当燃烧温度低、氧气不足、燃料与氧气接触不良、反应停留时间短时，都会导致CO的排放增加.而NO _x 排放与生物质含氮量、过量空气系数和燃烧温度成正相关^[36]. ...

Thermal behaviour and emission characteristics of Arundo donax L．as potential biofuel

2023

Evaluation of the combustion characteristics of four perennial energy crops (Arundo donax，Cynara cardunculus， Miscanthus x giganteus and Panicum virgatum)

2004

... Dahl等^[37]基于150 kW∙h旋转炉排炉开展了包含芦竹在内的3种生物质燃烧中试试验，研究了污染物排放和灰沉积特性.运行参数^[37]如表7所示.芦竹体积密度和能量密度远低于柳枝稷和木屑，因此，芦竹燃烧运行负荷低于柳枝稷和木屑，平均负荷为71 kW，仅为额定负荷的47%. ...

... [37]如表7所示.芦竹体积密度和能量密度远低于柳枝稷和木屑，因此，芦竹燃烧运行负荷低于柳枝稷和木屑，平均负荷为71 kW，仅为额定负荷的47%. ...

... 表8为芦竹燃烧各污染物排放量数据^[37].NO _x 排放与柳枝稷相当，远高于木屑，而PM₁、HCl、SO₂、CO、总颗粒物的排放水平均在柳枝稷和木屑之上.NO _x 、HCl、SO₂排放与燃料中的N、S、Cl的含量有关.而CO和颗粒物的排放与芦竹能量密度较低有关：维持合理的负荷需要更高的燃料流层，由于切碎的燃料颗粒非常轻，加上燃料层的提高使得燃料颗粒被烟气挟带增多，减少了烟气燃烧率，CO排放提升，同时也增加了颗粒物排放. ...

... Dahl等^[37]还发现，芦竹燃烧会产生较高的灰沉积速率，取样探针上灰沉积量2.5 h达到40 mg，12 h达到80 mg.取2 h的沉积物样品进行扫描电镜与能谱仪分析，其主要成分为KCl，还有少量的S和Na(2%~4%).沉积物松散地附着在换热表面，如果锅炉安有自动清灰装置，则不会造成严重问题.但是，由于沉积物中Cl含量较高，而且烟气中具有较高浓度的HCl和SO₂(表8)，存在很高的腐蚀风险. ...

Production and characterization of biocoal for coal-fired boilers

2014

Firing tests of biocoal

2014

... 经过一系列处理制得的生物煤具有与煤相似的性质.Mody等^[39]对芦竹等制备的生物煤的燃烧特性进行了实验研究，并耦合流体力学模拟，探究了生物煤在锅炉中的燃烧行为，结果显示生物煤燃烧的温度、气体浓度分布与煤类似.NO _x 排放显著低于煤燃烧排放，SO₂排放很低，沉积很少，CO₂排放显著降低.生物煤中矿物质与碳颗粒分离，可通过常用结渣指数来预测结渣倾向.总体而言，生物质在锅炉中的燃烧行为与煤相似，但NO _x 和SO₂排放量更低. ...

100% test burn of torrefied wood pellets at a full-scale pulverized coal fired utility steam generator

2018

Giant reed：a competitive energy crop in comparison with miscanthus

2016

... 目前，世界上尚无大型电厂100%燃用芦竹的公开报道.不过，美国博德曼电厂首次开展了全烧烘焙生物质的工程示范研究，其中，入炉燃料包括1%的烘焙芦竹和99%的烘焙木材.该研究实施过程中，获得了许多有关生物质生产、处理、储存、粉碎、燃烧和排放等的经验^[41]，可为芦竹的大规模燃烧利用提供重要参考. ...

... 芦竹有非常高的光合作用水平，这使其生物质产量非常高，超过C4能源植物芒草，每公顷达到21~49 t^[41].芦竹生长过程中吸收CO₂的速度是同等面积森林的数倍，可大量捕获大气中的CO₂.与其他能源植物在种植过程中加剧土壤侵蚀不同，芦竹可在边际土地上生长，能有效预防土壤侵蚀和养分流失，富集重金属，促进土壤中微生物生长，提高土壤有机碳的含量.目前，国内有公司对芦竹进行改良并培育出了新型芦竹，其具有更高的生物质产量和吸碳量，如能大规模发展，将是推动燃煤发电行业低碳化发展的重要举措. ...

Shoot cuttings propagation of giant reed (Arundo donax L．) in water and moist soil：the path forward？

2010

... 大规模芦竹种植的生态环境影响曾是令人担忧的问题，因为芦竹被列为世界上100个需关注的外来物种，曾有大量入侵美国南部地区的历史.不过，芦竹并不在中国外来入侵和归化植物名录中.实际上，一些生态控制方法可以减少人们的担忧.有研究发现，芦竹在富氮地区具有更大的入侵性，而芦竹根茎碎片的扩散通常发生在洪水期间，洪水将植物运送到新的地点^[42].此外，大火后的快速再生也帮助芦竹战胜其他物种^[43].因此，对芦竹入侵的生态控制包括：1）防止其种植场地的洪水泛滥；2）对其周边地区进行严格的营养管理；3）将其从易着火的生态系统中移除. ...

Factors influencing invasion of giant reed (Arundo donax) in riparian ecosystems of Mediterranean-type climate regions

2007

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