烘焙对生物质热化学转化特性影响的研究进展*

胡双清，王亚琢，刁兴兴，顾 菁†，袁浩然

（1. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640；2. 中国科学院可再生能源重点实验室，广州 510640；3. 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广州 510640；4. 广东工业大学，广州 511400；5. 深圳市利赛实业发展有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

生物质能是绿色植物吸收太阳能和CO2，经光合作用将其转化成化学能，长久贮藏在生物质体内的一种能量形式。相比于煤、石油等化石燃料，生物质所产生的 NOx和 SO2排放量更低，所含重金属和有毒物质的量也相对较少，特别是生物质吸收的 CO2量可以与燃烧后排放出的 CO2含量相互抵消，在碳总量上实现零排放，对实现低碳经济和减排环保有着极大的贡献，被视为理想的绿色可再生能源[1-2]。

目前，对生物质的高效处理研究方法较多，直接燃烧、热解和气化这3种热化学转化利用方式最为常见。但生物质热化学转化存在以下问题[3]：高含水量导致燃烧不充分并产生大量烟气及灰渣；高研磨系数导致耗电量大；高含氧量和低能量密度使热解气化所得的液体、气体产物热值较低。因此，筛选出合理的、操作可控的和经济效率高的预处理方式对提高生物质利用率尤为重要[4]。大量实验研究表明，烘焙预处理技术是一种极具应用潜力的提升生物质燃料品质的方法[5-7]。该方法可使大部分的水脱除，大幅度提高烘焙后生物质的能量密度和疏水性，达到改善能源品质和储运特性的效果，同时其燃烧、热解和气化特性都得到了明显的改善。

1 烘焙预处理技术

1.1 烘焙过程及特点

烘焙（低温热解）是指一种在低温（200 ～300℃）、常压和惰性气氛（通常是 N2）下提升生物质燃料品质的热预处理方式；在烘焙预处理过程中，生物质中的水分和易挥发性物质相继析出，生成以水、含氧烃类为主的液体产物和以 CO、CO2为主的气体产物，收率约为30%。但这些挥发物仅带走了生物质中10%的能量。因此，烘焙后生物质质量产率一般可保持在70%，能量产率为90%左右，且烘焙后生物质具有更低的O/C和H/C原子比，具有更高的能量密度，燃料特性明显优于未处理的原料[8]。此外，在研磨、运输和存储等方面，生物质经烘焙预处理后成本大幅度降低。

生物质烘焙过程主要包括加热、烘焙恒温以及冷却等[9-12]。

（1）加热阶段是样品从室温以一定的升温速率加热至设定的烘焙温度，当温度升高至 105℃左右，原料中的自由水蒸发脱除；温度持续升高到200℃后，半纤维素开始分解，将脱羟基反应生成的结合水脱除，少量的轻质挥发分也相继析出。

（2）烘焙恒温阶段是指样品在烘焙温度恒温停留一段时间的过程，该阶段失重较大，半纤维素大量分解，部分纤维素发生解聚脱氧反应，生物质燃料品质得到较大提升。

（3）冷却阶段是指烘焙恒温阶段结束后，样品冷却至室温的过程。

1.2 烘焙过程能耗分析

整个生物质烘焙过程所要提供的热量包含两部分：样品在加热和烘焙恒温过程所需热量。部分研究者[13-15]利用差示扫描量热分析仪（DSC）确定生物质在低温热解过程中的吸热量。胡晨等[10]利用DSC曲线对玉米秸秆在低温烘焙过程的热效应情况进行了准确监测，同时也对所观测的热效应规律进行相应分析，通过对DSC曲线积分，提出玉米秸秆在整个低温烘焙过程中所需的热量如式（1）：

式中：ms,0为实验中原样品质量，kg；ms为实验（DSC）样品质量，kg；Cp,s为实验原料比热容，kJ/(kg·℃)；T为实验样品温度，℃；Hp为烘焙反应热效应产生的热流，kJ/(kg·℃)。

由式（1）可知，在热解速率为20℃/min时，1 kg玉米秸秆在240℃、260℃、280℃和300℃四个温度下烘焙停留30 min后，所需热量供应分别为451 kJ、535 kJ、652 kJ和 809 kJ。

陈勇等[16]对玉米秸秆进行烘焙实验，得出在220℃、250℃、280℃下恒温30 min后其固体产率和能量产率随烘焙温度的变化规律：生物质在240℃、260℃、280℃和300℃四个温度下的固体产率分别为 86%、76%、64%和 50%，能量产率分别为 94%、85%、72%和 62%。CHEW 等[17]和PHANPHANICH等[18]通过研究发现未处理过的1 kg生物质研磨耗能高达720 kJ以上，但烘焙过后的生物质研磨耗能可降低至36 ～ 217 kJ，烘焙温度越高，所需研磨耗能量越少。

以1 kg玉米秸秆原料为例，综合文献[10,17-18]的研究结果，对其进行烘焙过程中相关耗能分析，如图1所示。通过比较1 kg玉米秸秆在烘焙过程中的吸热量与烘焙前后玉米秸秆研磨耗能发现，与烘焙前后生物质研磨节省的能量相比，生物质烘焙所消耗能量非常少，理论上两者可相互抵消。同时，烘焙后生物质燃料热值至少提升5%，达到20 ～ 21 MJ/kg的平均水平，与电厂燃煤热值（22 ～ 23 MJ/kg）接近，且水分含量的降低，缩减了在存储和干燥预处理阶段的成本[17-19]。可见，烘焙预处理技术是一种节能、高效和经济性好的预处理方式。

图1 1 kg玉米秸秆烘焙过程能量平衡分析示意图[10,17-18]Fig. 1 Energy balance analysis of the torrefaction process for 1 kg corn straw[10,17-18]

对烘焙后固体产物的质量产率和能量产率分析结果可知，生物质在进行烘焙预处理时，烘焙温度不宜太高，虽然烘焙温度越高对提升热值和降低研磨能耗越有利，但所需能量也会不断增加；温度过高时，难挥发性物质从生物质内部大量析出，造成原料能量损失和浪费，使其质量产率及能量产率降低，不利于后续热化学处理。因此，合理选择烘焙温度对烘焙能量供给至关重要。

1.3 生物质烘焙标准

在烘焙过程中，烘焙预处理可通过调节烘焙温度、升温速率和烘焙时间等参数，优化烘焙过程中的质量产率、能量产率及固体产物的含水量、氧碳比和热值，实现生物质燃料品质提升。综合文献[9,17-18,20-22]，将烘焙后生物质中的氧碳比降低至0.7左右、研磨能耗和含水量降低50%作为较为理想的烘焙标准，对一些常见的、不同类型的生物质烘焙工艺进行归纳总结，拟确定较为理想的生物质烘焙标准列于表1。

由表1可知，烘焙预处理解决了生物质含水量高、热值低和研磨能耗大等问题。处理后生物质的燃料理化特性有了明显改善，有利于烘焙生物质后续的热化学处理，对实现生物质高效热转化率有很大帮助。

表1 生物质烘焙标准Table 1 Torrefaction standard for the biomass

2 烘焙预处理对生物质燃烧特性的影响

目前，生物质在直燃发电应用上较为广泛，直接燃烧也是最早、最便捷的对生物质进行资源化利用的方式。生物质的燃烧过程主要为预热干燥（水分脱除）、轻质挥发分（CH4、CO、CO2等）析出和残留焦炭颗粒（固定碳）燃烧等过程。生物质在直接燃烧过程中主要存在如下问题：①生物质含水量高，在燃烧时需较长时间干燥和较高温度预热，燃烧不充分产生烟气量较多，致使排烟热损失增加，炉膛和蒸发受热面腐蚀较大；②生物质析出的轻质挥发分含量高，但热值相对较低，燃烧后炉内温度场偏低，致使其较难稳定燃烧；③挥发分燃尽后，灰烬将焦炭颗粒包围，空气与焦炭颗粒接触难，出现燃烧速度变缓和燃尽困难等问题。

由于生物质在直接燃烧时存在上述缺点，严重制约了生物质的燃烧效率，不利于生物质燃烧推广利用。因此，可采用“烘焙-燃烧”结合方式改善生物质燃料品质来提高其燃烧性能。图 2为“烘焙-燃烧”的原理图[24-25]。

为解决生物质因含水量高产生大量烟气造成排烟热损失增加和受热面腐蚀较大等问题，研究者利用烘焙预处理方式进行了大量的研究。凌云逸等[21]对不同种类生物质烘焙实验进行了综合分析发现，烘焙预处理对降低生物质中H、O含量极为有效，水分和氧能很好地脱除，这与COUHERT等[23]的研究结果相一致。PRINS等[24]对落叶松等多种木屑进行烘焙实验研究，发现生物质中C含量随烘焙温度上升不断增加，水分脱除和挥发分析出使H和O元素含量不断减少，同时，烘焙生物质与原料相比，燃烧产生的烟气排放量明显降低。PENTANANUNT等[25]研究烘焙前后木材的燃烧特性结果表明，烘焙木材含水量减少，燃烧更充分，所产生烟气和飞灰量减少，排烟热损失更低。朱波等[26]对烘焙秸秆燃烧特性的研究结果表明：烘焙产物中生物炭结构发生了改变，小颗粒粒径更为集中，疏水性增强，燃烧时对炉膛和后续受热面不易造成腐蚀，使其能够适应更多的炉型。

图2 烘焙-燃烧技术相结合的原理图[24-25]Fig. 2 Schematic diagram of the torrefaction-combustion combination technology[24-25]

针对生物质自身能量密度和热值低，导致燃烧后炉内温度场偏低和燃烧不稳定等问题，学者们对烘焙生物质燃烧也进行大量研究。PHANPHANICH等[18]对木屑烘焙后发现，烘焙温度越高，木屑中H/C和O/C原子比最终可降至与褐煤相当；此外，随着烘焙温度的升高，热值呈上升趋势（18.46 MJ/kg ～25 MJ/kg），烘焙生物质与褐煤的特性类似，几乎能达到煤燃烧水平（22 MJ/kg ～ 23 MJ/kg）。CHEN等[27]利用滴管炉对烘焙生物质进行燃烧实验，结果表明，烘焙生物质在燃烧时，挥发分和生物炭快速燃尽使炉内温度场升高，大量热能的释放实现炉内燃烧的稳定。烘焙生物质O和S元素含量降低，减少了SO2等污染物排放量。JANUSZ等[28]对烘焙柳树燃烧的研究很好地印证了这一点。BRIDGEMAN等[29]通过差热分析（DTA）法研究烘焙后的柳树燃烧情况，烘焙后柳树能量密度和固定碳含量大幅度提升，所含能量高达原始能量的90%；而且烘焙后的柳树能更快地被点燃，挥发分燃烧速度和炉膛温度上升更快，产生的热量值更高。

此外，生物质中挥发分燃尽后，生物炭颗粒受灰烬包围而与空气接触不足，使之燃烧困难。为加快焦炭颗粒的燃烧，使其快速燃尽，BRIDGEMAN等[29]对烘焙后柳树进行燃烧发现，烘焙柳树的挥发分燃尽后，生物炭在燃烧后期能迅速充分燃烧且燃尽速率更快，燃烧所产生的灰烬量减少，释放的热量增加。朱波等[26]和 BRIDGEMAN 等[30]对烘焙后生物质的燃烧特性进行了分析，与生物质原料相比，烘焙生物质的燃烧特性有明显提升，主要体现在燃烧着火点温度降低，挥发分快速燃尽使炉内温度升高，生物炭快速进入燃烧阶段，燃烧时间变长、燃烧更为充分并放出更多热量。BERGMAN等[31]借助实验分析方法及模拟（ASPEN PLUS）手段，对烘焙木屑的结构以及与煤掺烧后热化学转化效率进行了分析和热效率评估，结果表明，烘焙使生物炭呈现疏松多孔结构，其比表面积随烘焙温度升高而增大；同时，煤中掺混一定量烘焙生物质后，燃烧效果更好，且燃烧热效率最高可达96%。LI等[32]在煤粉炉中让煤粉与烘焙生物质进行不同配比的掺烧，锅炉热效率随着掺烧比例的增大而提高，CO2和NOx等污染物的排放量明显降低。

综上，生物质烘焙对其燃烧特性的影响可总结如下：生物质经烘焙后，着火点降低，燃烧时间延长，燃烧更充分，炉内升温更快，燃烧放热量增大；同时，有害物质排放量明显减少，并能得到有效控制。由此可见，烘焙预处理能够很大程度地改善烘焙生物质的燃烧特性。

3 烘焙预处理对生物质热解特性的影响

生物质热解是指在隔绝氧气或缺氧条件下，通过加热使生物质中的有机大分子分解转化成小分子化合物的过程。生物质慢速热解过程分为三个主要阶段：第一阶段为原料干燥脱水，外部水分在此阶段脱除，物料组分特性几乎不变；第二阶段为原料热裂解，原料中轻质挥发分析出，由于供氧不足，挥发分在达到着火点后，火焰并不明显；第三阶段为生物质炭化阶段，温度继续升高，生物质中较难挥发物析出，原料表面结构遭受破坏，最终得到疏松多孔的生物炭[33]。

生物质热解技术是目前应用较为广泛的热化学转化方式之一，生物质热解得到大量生物质焦油和少量生物炭及热解气。但焦油存在酸性大、含水量高、热值低和氧含量高等问题限制了其高效利用。为解决上述缺陷，得到更优质的生物质焦油，“烘焙-热解技术”成为了研究者所热衷的方法之一。图3为烘焙-热解技术结合原理图[34-35]。

图3 烘焙与热解技术结合原理图[34-35]Fig. 3 Schematic diagram of the torrefaction-pyrolysis combination technology[34-35]

为解决焦油中含水量大、热值低等问题，MENG等[5]利用烘焙木材进行热解实验，发现烘焙预处理虽然使生物质焦油产率降低，但与原料热解产物相比，焦油中氧碳原子比得到了改善，成分显著变化，含水量降低，热值增加，焦油品质得到明显改善。ZHENG等[36]利用螺旋反应器分级热解烘焙松树片也发现，烘焙预处理对生物质焦油水分脱除有很好的效果，一方面归因于生物质外部水分的脱除，另一方面是生物质内部结构（半纤维素）发生脱羟基等反应，使烘焙生物质羟基数目减少，结合水含量降低。WIGLEY等[37]使用软化和烘焙预处理方式改善生物质热解焦油的品质，随着烘焙温度的升高，生物质焦油中的水含量减少，酚类含量增加，含氧量降低使其热值增加，品质得到提升。

生物质焦油的物理、化学性质存在不稳定因素，热稳定性差导致长时间贮存会存在相分离或有沉淀的现象出现，焦油酸性大并具有腐蚀性，限制了其利用和储存。针对生物质焦油酸性大、热稳定性差而出现相分离等问题，杨晴等[38]研究了烘焙温度对生物质焦油的影响，生物质焦油中乙酸含量随烘焙温度升高而逐渐减少，酚类产物含量明显增加，焦油酸性减弱、水分含量降低（最大可减少48%）使其热稳定性增强。这一结论与YANG等[39]和郑安庆等[40]的研究结果相符。CHEN 等[41]采用 TGA 和Py-GC/MS分析方法研究不同烘焙温度对生物质热解产物特性的影响研究表明，烘焙温度越高，生物质焦油中的乙酸含量越低，这是由于乙酸的生成源自于半纤维素脱酰基反应，烘焙时半纤维素发生了大量的分解，使得生物质焦油乙酸含量明显降低，这有利于焦油酸性成分的减少和腐蚀性的降低；糠醛含量呈先下降后上升趋势，原因是较低烘焙温度下（低于 230℃）半纤维素分解使糠醛量减少，但随着烘焙温度升高，半纤维素大量减少，纤维素的大量富集使得糠醛量增加；苯酚类化合物含量的增加源于高温下木质素的大量分解。总之，烘焙预处理对热解工艺而言是关键的一步，不仅提升了生物质焦油品质，还提高了其热稳定性。

同时，烘焙预处理也会影响生物炭和热解气的生成。CHEN等[42-43]和ZHANG等[44-45]探究了烘焙对秸秆和稻壳热解产物产率与品质的影响，发现烘焙生物质焦油和生物炭的产率受烘焙温度的影响较大，随着烘焙温度升高，半纤维素和部分纤维素含量明显减少，木质素的含量变化较小，烘焙生物质的挥发分含量减少；在后续热解过程中，所得焦油产率明显减少，生物炭产率增加；不凝性气体产量变化不大，但CH4和H2产率提高，增加了气体的热值。陈涛等[46]以稻壳为原料，探究酸洗-烘焙预处理对生物质热解产物的影响，经酸洗烘焙后的生物质产物中碱金属和碱土金属含量降低，生物炭收率随烘焙温度升高逐渐提高；不凝性气体中CO2的含量减少，且可燃气体成分体积分数达到了 73.1%，比原稻壳增加9%。施勇[47]发现，烘焙温度对热解产物产率及品质的影响很大，高温得到的生物炭热值较大，但产率较低。CHEN等[43]对烘焙松木热解发现，烘焙预处理减少了稻草和松木的氧含量，增加了水稻和松木秸秆的高位热值，也改善了生物炭的高位热值。杨晴等[38]研究了烘焙温度对生物质热解产物的影响，结果表明烘焙可改善热解气体品质，低烘焙温度下生物质热解所得CO浓度较高，可达48%，但随着烘焙温度升高，CO浓度逐渐降低至34%；而CH4和H2浓度随着烘焙温度升高不断增加，其中H2含量最高可至77.4%。

烘焙预处理不仅影响热解产物产率和品质的影响，也会影响热解过程和反应活化能。KIM等[48]对不同烘焙秸秆进行热解研究发现，随着烘焙预处理温度升高，热解初始温度都逐渐升高，这主要是由于易分解的物质在烘焙过程中逐渐析出；另外，从综合特性指数来看，其热解反应性能随着烘焙预处理温度的升高都有一个先增大后减小的过程。BROSTROM和WANNAPEERA等[49-50]研究表明，烘焙预处理对热解过程的热失重行为产生了比较大的影响，烘焙温度越高，烘焙样品在热解过程中的热失重行为与原样的差别越大，具体表现在当烘焙预处理温度提高到 260℃以后，其热解固体产率相对于原样有了很大提高，这主要是烘焙预处理有利于生物质热解过程交联反应的发生。宋春财等[51]在研究棉杆热解动力学机理时发现，烘焙对棉杆热解动力学机理影响甚微，烘焙前后棉杆主反应都与一级反应级数模型相符合；但烘焙对热解反应活化能有一定影响，主要表现在烘焙温度低于260℃时，烘焙温度的提高使活化能较低、受热易裂解的半纤维素含量减少，难分解的纤维素（活化能较高）含量增大，致使烘焙生物质在热解反应中的活化能升高。

综上可知，烘焙预处理对生物质热解影响较大。烘焙生物质经热解后固体产率明显增加，生物质焦油产率显著降低，但生物质焦油中水分以及酸性物质含量降低，稠环化合物含量增加，生物质焦油稳定性得到提升，降低了后续的利用成本。

4 烘焙预处理对生物质气化特性的影响

生物质气化技术是指生物质原料与气化剂（水蒸气、CO2和O2）在气化炉高温（800 ～ 900℃）环境下，混合接触后发生的复杂物化反应，将生物质全部转化为高热值气态燃料（H2、CH4和CO）的热解过程。气化技术不仅具备燃烧和热解双重优势，而且具有清洁无污染、适用性广、成本较低和能源利用率高等优点，被认为是一种更为高效化和大众化的生物质大规模推广利用途径[52-54]。

针对生物质因含水量大、能量密度低、破碎难度大等缺点导致的气化气产率和品质较低、热经济价值差，PRINS等[55]提出“烘焙-气化技术”方式有效避免有机质丢失，使生成的产品全部被有效集成在气化系统中，贡献于合成气的生成，使烘焙生物质气化后合成气质量得到进一步提高；同时，该方法还可以降低研磨和高温热解过程中的能耗量[23]。图4为生物质烘焙与气化技术相结合流程图[55]。

图4 烘焙-气化技术相结合原理图[55]Fig. 4 Schematic diagram of the torrefaction-gasification combination technology[55]

植物自身纤维结构的坚韧性增大了生物质在气化前的机械研磨破碎难度。为解决上述问题，王贵军等[56]选用4种生物质（稻秆、棉秆、小麦秆和油菜杆）进行烘焙实验研究，烘焙后生物质在疏水特性上有了明显增强，可磨性得到了很大改善，利于生物质储存运输，制粉能耗降低。PHANPHANICH等[18]以林业废弃物为研究对象，进一步指出烘焙预处理除了改善原料的疏水性和可磨性，还能使样品粉碎粒径更均匀，粉碎能耗由原样的 237 kW·h/t降为23 ～ 78 kW·h/t，接近烟煤粉碎能耗水平；同时烘焙生物质颗粒粒径均一化有利于后续气化处理。朱波等[26]研究了烘焙预处理对秸秆表面结构的影响，指出烘焙预处理能使秸秆表面组织结构遭受大面积破坏，表面整体结构聚合度降低，呈现较为松散的结构骨架，秸秆脆性的增强减少了研磨阻力，节省了研磨能耗。赵辉等[57]用稻壳、红松、樟木松和水曲柳等4种生物质进行烘焙预处理，结果也表明烘焙温度和时间的增加不仅有利提升生物质热值，而且使生物质纤维结构更易被破坏，烘焙生物质易磨性更高，小粒径颗粒分布更均匀。邓剑等[58]利用烘焙后的稻草杆做非等温气化实验发现，烘焙生物质可磨性受烘焙温度影响较大，烘焙温度越高易磨性越好，更易于制细粉用于气流床气化。SAEED等[59]用烘焙预处理技术对生物质的含水量、堆积密度和发热量的影响进行研究，发现生物质内半纤维素和部分纤维素在低温下快速分解，水分和大量轻质挥发性物质脱除，使固定碳含量增加，木质素含量增加，提升了烘焙生物质堆积密度和热值。

高O/C原子比值的原料在气化过程中产生的合成气品质较低，可燃性气体含量较少。对此，PRINS等[60]和 CRNOMARKOVIC等[61]开展了研究，结果表明烘焙是一种有效降低生物质O/C原子比的简易手段，提高了烘焙生物质的气化效率。COUHERT等[23]利用气流床对烘焙前后山毛榉材进行气化对比实验，烘焙山毛榉材生成的气化气中 CO（约提高20%）和 H2的含量（约提高 7%）明显增加。陈青等[62]探究烘焙预处理对木屑气化工艺的影响，实验表明烘焙改善了原料的理化特性，对气化工艺中原料储存运输有很大帮助，同时也有助于物料压块和气化给料；烘焙温度越高，烘焙生物质气化生成的CO2量越少，可燃性气体H2和CO量越多，这对气化合成气的品质有较大的改善。而PRINS等[55]在循环流化床和气流床两个实验系统上对木屑进行烘焙-气化效率评估，实验显示，烘焙过程中有少量易挥发性物质析出，若将该过程气体全部用于后续的气化反应中，可使整个系统的气化效率由最初的68.6%提高到最终的72.6%。赵辉等[57]用4种不同烘焙生物质探究了烘焙对气化过程的影响，结果表明烘焙生物质的研磨电耗量减少，气化合成气产率和质量有了很大的提升，气流床的总体气化效率得到提高；当烘焙温度为 290℃时，生物质气化效率最高达到71.5%。

综上所述，烘焙生物质的O/C原子比下降，提高了能量密度和热值；颗粒粒径均一化程度更高，呈现疏松多孔结构，失去机械强度，有利于储存、研磨压块和气化给料；同时，烘焙生物质的气化合成气品质和气化效率得到明显提高。因此，“烘焙-气化技术”是提高生物质气化效率、获得高品质能源的一种重要方法。

5 烘焙预处理在城市有机固废处理中的应用

鉴于烘焙预处理技术在生物质中取得的显著效果，将烘焙预处理技术引用到城市固体废弃物处理系统中，以期成为一种较为经济实用的方法。因我国分类管理制度不完善，城市固体废弃物成分较为复杂。在城市固体废弃物中，除了秸秆、废弃木质家具、纸和庭院植物残余等生物质（11.46%）[63]，厨余为最大组成部分，比重在36% ～ 73.7%之间[64-65]。厨余中不仅含有淀粉、油脂和果胶等成分，而且也含有大量的半纤维素、纤维素和木质素。研究者对厨余烘焙预处理进行了初步的研究。黄云龙等[66]对厨余进行了低温热解，在100 ～ 300℃温度范围内，随着温度升高，所得焦炭产率不断降低，低位发热量不断增大；当烘焙温度为 290℃时，焦炭中的 O含量较低，而C、H、N含量相对较高，热值达到最大值。宋爽等[64]对厨余进行烘焙和热解的研究，发现大米和白菜经烘焙后能量密度大幅度提升，O/C和H/C原子比减小；虽然烘焙温度越高，固体产率和能量产率降低，但固体产物热值明显增大，燃料特性有明显提升；此外，烘焙大米的热解起始温度明显降低，热解活化能减少。这与 POUDEL等[67]研究烘焙对厨余特性影响所得结论一致。另外，城市固体废弃物还含有约12.34%的高分子聚合物（塑料及织物等），聚合物性质与生物质亦有不同[64]。MIRANDA等[68]在225 ～ 520℃下对聚氯乙烯进行热解研究，结果表明随着温度升高，塑料的液体产物收率逐渐增加，液体产物和固体产物的有害微量氯元素不断减少。YUAN等[69]以城市固体废弃物（26%聚乙烯、10%废纸、8%衣物、14%植物、34%厨余和8%聚氯乙烯的城市生活垃圾）为研究对象在不同烘焙温度下（250℃、300℃、350℃、400℃和450℃）进行研究，发现随着烘焙温度的升高，烘焙城市固体废弃物的易磨性增强，固定碳含量逐渐增加，热值增加；对烘焙城市固体废弃物进行燃烧实验，发现烘焙温度为400℃时，燃烧特性最佳。由此可见，烘焙预处理技术改善了城市固体废弃物的理化特性，提高了热转化效率，减少了二次污染。

6 展 望

目前，研究者对生物质和城市固体废弃物烘焙预处理技术进行了一定的研究，在烘焙机理、产物理化特性和烘焙最优条件（温度或时间）选定以及烘焙产物的燃烧、热解和气化特性上取得一定成果。但对于烘焙预处理过程中有害元素（氯、氮、硫等）的迁移特性以及影响因素鲜有公开报道。为了实现生物质和城市固体废弃物资源化清洁化高效利用，有必要对烘焙预处理和后续热化学转化这两个过程中有害元素迁移特性及影响因素进行研究，并获得有效降低或去除有害元素含量的方法，从源头抑制污染物的生成，避免在热化学转化过程中生成有毒物质（如二噁英等），对环境造成二次污染。

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