生物质颗粒燃料成型技术是指在一定的压力条件下，用机械压缩（通常的生物质燃料成型设备有颗粒机、木屑颗粒机、饲料颗粒机、秸秆压块机等设备）将松散细碎的无 定型的秸秆挤压成质地致密、形状规则的成型燃料。如下图所示：
原料挤压成型后，密度可达0.8～1.3 t／m ，能量密度 与中质煤相当，可代替传统矿物化石能源用于生产和生活领 域，该技术已在世界范围内得到了广泛的发展。 目前，世界上关于生物质成型燃料燃烧设备有生物质燃料锅炉等燃烧炉和壁炉，主要用于家庭取暖。对于大块成型 燃料的燃烧设备在世界上研究还不多。国内曾有将 0.8t立式燃煤炉改造为燃用生物质成型燃料锅炉。 但改造后锅炉燃烧秸秆成型燃料存在 3个突出问 题：①燃烧不稳定。在燃烧初期，大量的挥发份析 出，使部分挥发份来不及燃烧或燃烧不完全，冒黑烟 现象严重，并且燃烧速度在很短时间内迅速下降；② 存在着严重的结渣现象。结渣增加了一次风的阻 力，减少了一次风的进入量，从而影响秸秆成型块的 燃烧效率；③烟气中飘尘含量偏高。秸秆成型块燃 烧过程中的飘尘现象比秸秆散烧有所缓解，但仍达 不到国家环保要求 。为了探讨适合生物质成型燃装置，同时解决秸秆成型块在燃烧过 程中存在的这些问题，笔者对秸秆成型燃料在马弗 炉上进行了单颗粒燃烧试验，对单颗粒成型燃料的 燃烧速度和燃烧机理进行了探讨，并设计出一种能 使秸秆成型燃料稳定、充分燃烧的燃烧装置 。
1、秸秆生物质成型燃料燃烧试验
1.1秸秆燃料的工业分析
表1为玉米秆、小麦秆、稻秆及二种煤的工业分析和发热量分析结果。从表中可以看出秸秆的挥发分和含氧量远高 于煤；而灰分和含碳量，特别是固定碳的含量远低于 煤，其热值也小于煤。
1.2秸秆成型燃料燃烧试验
1.2.1试验装置和方法
该试验在马弗炉中进行，由热电偶数字显示仪 控制和测量温度，用电子天平、托盘天平称量。试验材料采用单个秸秆成型燃料棒。
1.2.2秸秆成型燃料燃烧试验结果
影响秸秆成型燃料燃烧速度的因素 包括： 秸秆的种类，燃烧温度，燃烧时供风量，成型密度，成 型棒质量及成型燃料的几何尺寸等。秸秆成型燃料 燃烧试验按以下参数判断燃烧速度：①成型燃料的 烧失量 m：在某段时间内，成型燃料燃烧和挥发所失 去的物质质量，单位为 g；②成型燃料的平均燃烧速 度 ：在某段时间内，单位时间内成型燃料燃烧和挥 发所失去的物质质量，单位为 g·min
-1；③成型燃料可燃物的相对燃烧速度V
t：在某段时间内，成型燃 料燃烧和挥发所失去的物质质量相对于成型燃料中 可燃物和挥发物质量的百分比，单位为％；④成型燃 料中可燃物和挥发物的质量：V
ad+FC
ad 成型棒的 质量，单位为 g。燃烧试验结果示于表 2、表 3和表4。
试验结果显示：①不同秸秆的成型燃料具有不同的燃烧速度，但呈现相同的变化规律。即燃烧初期(0～5 min)平均燃烧速度快，中期为过度段(5～10min)，后期(10～20 min)燃烧速度最慢且趋于平稳。这是因为燃烧初期主要是挥发份的燃烧，这时挥发份浓度最大且基本上没有灰壳的阻碍作用。燃烧中期是挥发份和碳的混合燃烧。该阶段挥发份浓度较低，灰壳的逐渐加厚也阻碍挥发分向外溢出的速度。燃烧后期主要是碳和少量残余挥发份的燃烧，不断加厚的灰层使氧气向内渗透和燃烧产物的向外扩散明显受阻，降低了燃烧速度。在整个燃烧过程中，挥 发份含量高的小麦秸秆和玉米秸秆燃烧速度衰减较快。又由于小麦秸秆的灰分小于玉米秸秆的灰份，其燃烧过程中灰层的阻碍小于玉米秸秆，因此小麦 秸秆燃烧速度的衰减速度略大于玉米秸秆；而挥发份含量较低、灰份含量较高的稻秆燃烧速度衰减较慢。3种秸秆均在燃烧到 15 min时速度趋于平稳且基本燃尽。②由于秸秆原料的挥发份含量高，使秸秆成型燃料燃烧初期的速度受温度的影响较大，温度越高，挥发份析出速度越快，燃烧平稳性愈差。通风量对成型燃料燃烧速度的影响主要是温度的影响，通风使炉膛内的温度降低，挥发份析出速度相对平稳性。由于试验炉膛较小，两种通风工况对燃烧速度的影响没有明显区别。③成型密度、成型直径（一般圆柱状生物质颗粒燃料直径6～18mm之间）和成型燃料的质量对成型燃料的燃烧速度均有一定的影响。成型密度的增大，一定程度上抑制了成型燃料挥发份的析出速度。成型直径和成型质量的增加，使得燃烧初期的平均燃烧速度增大，即燃烧初期析出的挥发份增多，而在中后期挥发份的析出速度相对稳定。④成型燃料的燃烧主要是挥发分的燃烧，为了使秸秆能在整个燃烧过程中实现完全燃烧，最重要的措施是实现合理配风下的控温燃烧，从而控制秸秆成型燃料在整个燃烧过程中挥发份的析出速度能相对平稳，对燃烧速度和状态产生均衡的影响。
2、生物质成型燃料锅炉设计
2.1主要设计参数
锅炉产出热水量 G =1000 kg/h，进水温度 t
js= 20 ℃，热水温度 t =95 ℃，冷空气温度为 20 ℃，由于缺乏有关生物质成型燃料锅炉设计参数，根据 秸秆成型燃料的成分、发热量及燃烧与中值烟煤相 当的特性，锅炉特性参数的选取中值烟煤为参考进 行选取。其固体不完全燃烧损失 q =6％，排烟 温度为2OO℃，排烟损失 q =10％，气体不完全燃烧 损失 q =2％ ，散热损失 q =6％，灰渣物理热损失 q =2％ ，锅炉效率70％ ，炉排面积热强度 q= 430 kW/m ，炉膛体积热负荷 q =380 kW/m
3，炉膛过 剩空气系数 a=1.2，排烟处过剩空气系数 a
py= 1.55。
2.2 生物质成型燃料锅炉结构布置
设计的生物质成型燃料锅炉采用双胆反烧结 构。由环型外胆、环型内胆、上炉门、中炉门、下炉 门、观火口、上炉排、下炉排、风室、二次凤管、炉膛、 辐射受热面、对流受热面、排汽管、烟道、烟囱等部分 组成，其结构布置如图 1所示。
双层炉排的上炉门常开，作为投燃料与供应空气之用，中炉门用于调整 下炉排上燃料的燃烧和清除灰渣，下炉门用于排灰， 观火口除用于观火外还用于上炉排的清渣，正常运 行时中炉门、下炉门、观火口关闭。上炉排以上的空 间相当于风室，上炉排下设双排二次凤口，使未燃 尽的气体在此进一步燃烧。上下炉排之间的空间为 炉膛，环型外胆和环型内胆之间构成烟道 ，烟气通 过烟管进人烟囱。
双胆反烧生物质成型燃料锅炉的工作原理是，一定粒径生物质成型燃料经上炉门被送入上炉排上燃烧，一次空气通过上炉门吸入，上炉排漏下的生物质屑和灰渣到下炉排上继续燃烧和燃尽。秸秆成型燃料燃烧时产生的未完全燃烧的 CO及挥发份穿过炉排，并炉膛内与二次风混合后进行二次燃烧，燃烧后的烟气与下炉排上燃料产生的烟气一起，经环型外胆和环型内胆之间构成烟道进入烟囱。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定持续完全燃烧。
3、生物质成型燃料锅炉试验
根据工业锅炉热实验规范(GB10108.88)、锅炉 大气污染物排放标准(GWPB321999)及锅炉烟尘测 试方法(GB54682．91)，对该生物质成型燃料锅炉热 性能及环保指标进行测试。
3.1 主要测试仪表
（1）KM9106综合燃烧分析仪
（2）IRT22000A手 持式快速红外测温仪
（3）SWJ精密数字热电偶温度 计
（4）应用 3012H型自动烟尘(气)测试仪等。
3.2 试验结果
试验燃料为直径 45mm、50mm、65 mm、75mm、 90mm、130mm6个水平的玉米秸秆成型燃料。密度为0.9～1.15 t／m 之间，含水率为7.5％，收到基净发热量为 15847 kJ/kg。试验结果示于表5和表6。
3.3 结果与讨论
（1）从试验过程可以看出，采用双胆反烧结构，冷空气和秸秆成型燃料不直接进入燃烧室，使燃料从炉壁到刚投人炉内的新料层温度逐渐降低形成温度梯度，使挥发分的析出速度相对平稳，解决秸秆成型块燃烧的不稳定现象；灰渣在料层的压力和自身的重力作用下自动下落，基本上解决了秸秆成型燃料结渣对燃烧产生的不利影响；采用烟道加宽，使烟气流速降低，同时改变烟气流向迫使烟尘下落，有效解决了烟气中飘尘问题。
（2）从不同直径的生物质成型燃料试验来看，直径为 45 mm、55 mm、65mm、75mm和 90 mm的玉米秸秆成型燃料燃烧时，锅炉的热效率、热水流量、热水压力与温度等热性能参数达到或接近设计要求。锅炉热效率随成型燃料直径的增大而降低，直径为 130mm的玉米秸秆成型燃料在燃烧装置内的燃烧状况明显变差，燃烧效率为 65．4％，一氧化碳的浓度明显增高。这主要是因为随着成型燃料直径的增加，成型块间孔隙增大，供应的空气穿过燃烧层时易形成空气束，布风不匀，使空气不能很好的与可燃气进行混合所致。这说明试验炉对成型燃料直径有一定的要求。
（3）由试验结果得出：直径为 45 mm、55 mm、65mm、75mm和90 mm的玉米秸秆成型燃料燃烧时， 该种锅炉气体不完全燃烧损失基本为0.1％～1.5％，固体不完全燃烧损失为0.67％～6.75％ ，燃烧效率高达99.23％～91.75％ ，热效率达75.6％～85.01％。
（4）试验除开始点火时有少量黑烟外，燃烧装置 正常运行后，整个过程燃烧连续平稳，锅炉排烟中CO、NO 、SO：和烟尘浓度等环保指标远远低于燃煤 锅炉，符合国家工业锅炉大气污染物排放标准要求。
（5）从试验结果来看，生物质成型燃料锅炉的运 行参数与设计选用参数之间存在一定的差别，这可能是由于该炉设计参数是根据生物质(秸秆)成型燃料特性相近的煤质和经验确定造成的。因此，需不断完善生物质(秸秆)成型燃料锅炉主要设计数据，以提高生物质(秸秆)成型燃料锅炉设计精度。
4、结 语
秸秆成型燃料和燃烧技术已引起了人们的广泛兴趣。通过对秸秆成型燃料单颗粒燃烧试验和对秸秆成型燃料燃烧规律的探讨，本文针对秸秆成型块燃烧过程中常见的燃烧不稳定，燃烧效率低以及烟气中飘尘含量偏高等问题，提出了双胆反烧结构。这种结构不但有利于实现生物质的稳定燃烧，还能在很大程度上解决结渣堵塞一次风道的问题和炉具排烟中飘尘含量过高的问题。对设计出的秸秆成型燃料锅炉的测试表明：该炉具有较高的热效率和环保效益，燃用秸秆成型燃料燃烧稳定、床层不易结渣且烟气中飘尘含量达标。
