3.7 畜禽粪便燃烧
随着生活水平的提高，人们对肉类食品的需求量也越来越大，畜禽养殖业有了迅猛发展。畜禽粪便中含有许多应用价值较高的化学成分和可再生能源，通过近红外反射光谱法（NIRS）评估动物粪便中的水分、有机物、干物质、氮、碳、磷和金属含量，得到我国猪粪、牛粪、鸡粪每年蕴藏的能量约为44006TJ。
3.7.1 畜禽粪便的热值分析
表3-1所示的是猪粪、牛粪、鸡粪、马粪和羊粪5种主要畜禽粪便的工业分析、元素分析与热值分析。
表3-1 不同畜禽粪便的特征比较
由表3-1可以看出，鸡粪的灰分和牛粪的挥发分明显高于其他畜禽粪便。牛粪的热值比较高，可用于燃烧取热；鸡粪则相反，因为鸡粪中存在大量未被消化的粗蛋白，一般经过加工后可用作饲料，然而随着饲料添加剂的滥用，将鸡粪用作饲料的风险也将大大增加。与此同时，猪粪和马粪的挥发分含量也相对较高。马厩中的马粪由粪便、稻草和尿液混合而成，其通常与木屑混合通过燃烧产生热量，混合燃料的平均燃烧温度可达到978℃。然而，马粪燃烧过程中会产生大量的NOx和低量的CO。猪粪是一种复杂的均匀混合物，含有纤维素、木质素、半纤维素、有机酸、无机盐、少量的硫和氮元素等，具有挥发性高、固定碳含量低的特点。根据热重分析的结果，猪粪的燃烧特性指数相对较高。因此，猪粪具有优异的燃烧性能。然而，猪粪燃烧过程中会产生如SO2和NOx等有害气体。绵羊和牛属于反刍动物，羊粪也具有很高的热值，但由于体积小、收集困难，羊粪很少用于燃烧产热。
3.7.2 畜禽粪便的燃烧特性
由表3-1可知，猪粪、牛粪、鸡粪、马粪和羊粪等的高位热值都高于13MJ/kg，均可作为燃料直接燃烧提供热量。尤其是马粪，其高位热值可达18MJ/kg以上，北方牧区的牧民至今仍有将牛粪作燃料煮饭的习惯。直接燃烧即粪便中的可燃成分与氧化剂进行化学反应并释放出热量的过程，其主要目的是取得热量，设备较简单且处理有效，但这种方法仅适用于草原上的牛、马等动物的粪便。对于集约化养殖场产生的大量粪便，由于含水量高，干燥比较困难，目前的措施是将畜禽粪便与其他生物质或煤等混合燃烧，产生蒸汽用于发电和供热。
从1992年开始，英国Fibrowatt公司就用鸡粪作燃料，产生蒸汽发电，发电机组65MW。日本岩手县二户市鸡肉产品公司燃烧鸡粪发电，投资65亿日元，鸡粪经燃烧和处理后，每小时可传输6250kW的电力。美国明尼苏达州农场将畜禽粪便与秸秆、木屑、干草（占20%～25%）燃烧发电，投资2亿美元，装机55MW，每年处理家禽粪便70万吨，可供55000户家庭用电。我国圣新能源投资3.2亿元建立了以圣农发展养鸡场鸡粪与谷壳混合物为原料的直燃发电厂，年处理鸡粪30万吨，年发电约1.3亿千瓦时。
畜禽粪便直接燃烧的主要问题是粪便对燃烧特性、气体排放的影响和造成炉灰量剧增。Keener等利用113t蒸汽锅炉对蛋鸡粪和煤的混烧行为进行了可行性试验研究，发现混入20%的鸡粪对燃烧的气体排放没有显著影响，但是由于鸡粪中含有较多的碱性矿物质，使炉灰增加了约50%，需要进一步研究由此带来的潜在的结渣问题。
美国得克萨斯州农业实验站的研究人员对牛粪直接燃烧的污染气体排放、炉灰等进行了研究，首次建立了牛粪燃烧的NOx排放模型，发现牛粪燃烧的NOx排放量只有燃烧天然气和煤的20%～30%，并通过热重分析发现牛粪的燃烧温度比煤低100℃左右。得克萨斯州大学还相继进行了30kW/t和150kW/t煤和牛粪混燃试验，发现温室气体（NOx、CO2）减排的同时，CO的排放量有所增加。在容量为150kW/t且煤:牛粪为90:10的试验中，炉灰的产量接近100%煤的2倍。由于粪便燃烧通常会造成炉灰量剧增，Megel等对炉灰的粒度进行工程学的分级，并做了可塑性、压缩性、密度及含水量等研究，发现炉灰是很好的路基材料。
目前国外畜禽粪便直接燃烧技术处于大型工业化的示范阶段。但畜禽粪便含有大量水分，规模化饲养过程中为了保持畜／禽舍卫生，也会采用水冲的方式清理畜／禽舍，进一步增加了畜禽粪便的含水量，影响了畜禽粪便作为燃料使用途径的推广。另外，畜禽粪便中含有N、S、Cl、碱金属以及碱土金属等元素，燃烧过程中可能会引起腐蚀、结渣等问题。