0、引言
目前，能源和环境问题已成为全球关注的焦点，虽然石油、煤和天然气这些常规能源至今仍是燃料的主要来源，但是随着化石能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重，开发利用洁净可再生能源已经成了紧迫的课题。在此背景下，生物质能作为唯．可储存和运输的可再生绿色能源，其高效转换和洁净利用日益受到世界的重视。
生物质能源是利用绿色植物将太阳能通过光合作用储存在植物体内的自然资源，它是太阳能的一种廉价储存方式。利用生物质能的排放量不会超过其生长期间所吸收的碳量，能实现二氧化碳的零排放。从全球持续发展的战略上看，发挥生物质能的能源潜力和环境潜力是极其重要的。我国是一个农业大国，生物质能源十分丰富，是农村的主要能源，然而存在利用情况落后、污染大等问题。我国农村的秸秆是重要的生物质资源，秸秆燃烧值约为标准煤的55%。我国每年可生产农作物秸秆7亿t多，如全部用来燃烧，可折合约4亿t标准煤的热值。生物质燃料的优势为：生物质的热值与我国一些地区的层燃炉用煤相当（约16500kj/kg）。生物质主含挥发分，对秸秆和稻壳的热重分析结果表明：挥发分含量高达70%～85%。这些特性决定了它不仅有良好的代煤效果，也决定了生物质优良的着火燃烧性能。生物质燃料减排CO2和硫的效果十分显，且具有飞灰少、排渣少、NO，排放低、降低重金属污染物排放和灰渣可还田等优良的环保特性，可称之为绿色能源。由于生物质原料价格低廉，制造出的生物质成型燃料也比现在高涨的原煤及型煤具有较大的价格优势，利于推广使用。生物质能是可再生能源，在能源日益短缺的今天，开发利用生物质能也具有重大的能源战略意义。
1、技术分析
国际上对生物质能利用的基本内容是以生物质代替矿物燃料，如压缩固化、液化或气化为高品位燃料供发电和动力使用。而在目前的各种代替方式中，液化成本还过高，技术也不成熟；菌解气化的沼气在我国农村（如四川、江苏等地）已较为广泛地应用，其研究开发利用水平居世界前列，但沼气的大规模开发应用还存在解决不了的技术经济问题；热解气化技术在我国一些地方（如山东、河南等地）也开展了很多年，并取得可喜的成绩。以热解气化方式实现低质生物质原料的高档次利用，其社会效益主要是使农民用上方便清洁的气体燃料，生活方式发生较大进步，从而提高生活舒适文明程度，节省用于炊事的劳动量和时间，并使环境和庭院卫生有一定改善。生物质气化目前还存在投资大、技术不过关等问题，只用于小规模炊事用气，还不能工业化。目前，在技术经济上最为可行的生物质能利用技术为生物质能成型燃料技术，加之气化燃烧。
20世纪30年代开始，许多发达国家（如美国、日本、芬兰）都投入了大量人力和物力来研究生物质成型技术及木质成型燃料；80年代后，技术日趋成熟，形成了一定规模；90年代，日本、美国及欧洲一些国家生物质木质
颗粒燃料燃烧设备已经定型，并形成了产业化，在加热、供暖、干燥等领域已推广应用。我国的生物质燃料以农作物秸秆为主，因此国外的经验不适合我国国情。
目前，制约我国生物质燃料成型燃料推广应用的关键问题是还没有与之相适应的燃烧设备。我国在生物质成型燃料燃烧方面的研究较少，关于生物质成型燃料燃烧设备的研究、设计及制造远不能满足日益增长的需求。生物质成型燃料具有它本身的燃烧及热工特性，这与化石燃料又有很大的区别。一些单位盲目地将燃煤设备改造成生物质成型燃料燃烧设备，但改造后的设备不符合生物质成型燃料的特性要求，致使燃烧恶化、热效率低下、传热差、换热面结渣、换热面经常堵塞以及污染大。根据生物质成型燃料的燃烧理论，实验研究来开发设计合理的燃烧设备及换热设备是非常重要和迫切的课题，这对于推广生物质能的利用工作意义重大。
本文的目的是开发出结构全新、环保指标与燃油锅炉接近、高效节能、运行费用低、出力大和容量大的新一代生物质锅炉。
2、基础实验与研究
2.1 燃烧特性实验研究
生物质成型燃料发热量、元素分析、工业分析和灰溶性研究等燃料特性，诸如着火过程、热解气化过程、燃烧速率等燃烧特性。
2.2锅炉模拟实验研究
此研究模拟实际的锅炉，在模拟实验台上进行燃烧、传热及排放性能的实验，最后得到具有实际价值的结果，作为优化设计的依据。
2.3优化设计模型和计算机优化程序
建立合理的数学模型，编写完整严谨的优化算法，并将优化思想灵活地应用在程序设计之中。开发的软件界面可视化效果好，人机对话窗口操作简单，使得设计人员在几分钟内就可以完成在以前几个星期都难以完成的计算，而且得到是经过比较的最优设计结果。这就大大缩短了锅炉新型开发的周期，提高了设计的质量。
通过设计参数和实验结果的比较分析，得出优化设计软件的设计结果，为实际设计提供参考和依据。
3、结构及设计特点
力求研制出新一代的高效节能洁净燃烧生物质锅炉。通过详尽地调研国外类似的装置，找出其不足，确定目标。项目目标：一是高热效率；二是低大气排放指标；三是创新的燃烧方式及结构；四是改进的换热结构；五是低制造成本。
3.1技术难点
为了实现生物质燃料持续稳定、高效洁净燃烧的目标，针对此类燃料特点，解决配风、炉内消烟除尘结构、对流换热面的结渣以及高效传热等问题。
3.2技术关键
设计独特的双燃烧室结构，采用气化燃烧复合形式；采用燃烬、降尘、凝渣及辐射传热的组合结构；以优化配风控制不同工况的燃烧供氧需求；设计高强化对流换热面。研制出适用于生物质燃料的绿色环保、高效节能的燃烧气化换热一体化炉，主要应用在供热场合。
经过4轮试制与改进，确定基本结构为三室结构，研制出气化复合燃烧、强化传热和一体化形式的高效节能洁净燃烧生物质锅炉。
新型生物质锅炉结构原理如图l所示，其结构特点为燃烧部分采用三室结构，即固相燃烧室、气相燃烧室及燃烬除尘室。
在固相燃烧室内，为生物质成型燃料提供热解气化热量，并产生生物质燃气。在底部下吸式结构里，生物质燃气被滤清净化，然后进入气相燃烧室，实现均相动力燃烧。气相燃烧室尾部采用了旋流结构，使燃气火焰得到充分扰流，从而促进燃烧完全。
燃烧除尘室采用了燃烬、降尘、凝渣及辐射传热的组合结构，达到洁净燃烧及辐射换热的双重效果。，
经过计算机优化设计，得到高强化传热、低流动阻力的优化对流换热面。实践表明，新型复合燃烧气化传热一体化锅炉具有高效节能、洁净燃烧、结构新颖、出力大和使用方便等特点。
4、样机实验及应用推广
以WSS2.8 - 80/60 - SW生物质气化燃烧换热一体化热水锅炉为例，介绍其性能指标及设计计算。
为了便于计算机编程，笔者将物性参数、燃烧计算图表和传热计算图表等都在计算机上整理成解析式。设计计算的原始参数及计算结果如下：
额定功率/MW: 2.8
出水温度℃／：80
回水温度／℃：60
循环水流量/kg．h-1：120 000
冷空气温度／℃：20
燃料：玉米秸秆成型燃料
燃料低位发热量/kJ·kg一：16 284
燃料消耗量/kg．h-1: 764
设计热效率/o_/o：81
炉栅面积/m2：4
气相燃烧室容积／m3：18
排烟温度／℃：185
有效辐射受热面积/m2：26.6
第1级水管管束受热面移/m2：47.9
第2级水管管束受热面积/m2：38.3
炉内总压降/Pa：1193
烟气总流量／m3：8 974
2007年8月，试制出热功率为l t/h的气化燃烧换热一体化生物质蒸汽锅炉，用于吉林建筑工程学院城建学院的生活用汽，替代了原来的2Uh型煤蒸汽锅炉；同年IO月，两台2.8MW气化燃烧换热一体化生物质热水锅炉投产；11月，在长春国际家具博览中心（吉盛伟邦）投入运行，其采暖面积为44 000cri2。
2007年11月，一台0.06MW生物质热水锅炉用于阳光华尔兹营销中心采暖。同月，一台1. 4MW生物质热水锅炉用于名阳物业11 000m2小区采暖。
2007年12月，一台0.5MW生物质热水锅炉和一台0. 05t/h生物质蒸汽锅炉共同为二道大众洗浴提供热源。
实际应用表明，气化燃烧换热一体化生物质锅炉具有一系列独特的优点，环保指标优良，结构新颖。另外，此装置结构简单，容易制造，体积和质量大大降低，成本低廉，性能可靠。
吉林省能源利用监测中心对WSS2.8 - 80/60 -SW生物质气化燃烧换热一体化热水锅炉进行了热工性能测试，其热效率达到82.75%；对DHSI,0 -0.7 -SW生物质气化燃烧换热一体化蒸汽锅炉进行了测试，其热效率达到80.8%，高于型煤锅炉15%～ 20%。
吉林省环保产品质量检验站进行了环境监测．其检测结果为：WSS2.8 - 80/60 - SW生物质气化燃烧换热一体化热水锅炉的烟气林格曼黑度接近O级，原始出口烟尘浓度为61.8 mg/Nm3．二氧化硫浓度接近Omg/Nm3，氮氧化物331mg/Nm3；DHS1.0 -0.7- SW生物质气化燃烧换热一体化蒸汽锅炉的烟气林格曼黑度接近0级，原始出口烟尘浓度65,4 mg/Nm3，二氧化硫浓度6mg/Nm3，氮氧化物97mg／Nm3，环境指标远优于国家锅炉大气排放污染物排放标准。
吉林省仅玉米秸秆每年产量就为3000万t，其热值比型煤热值高，大约在16 500kj/kg。玉米秸秆收购价约为70元／t，成型燃料价格在350元／t，而型煤的价格已经上涨到420元／t。长春市内每年用型煤量为70万t，如改用玉米秸秆成型燃料可节省燃料费约4 900万元。吉林省是农业大省，生物质能过剩，而煤炭短缺。本文的生物质复合燃烧气化换热一体化锅炉制造成本低于型煤锅炉，节能15%～20%以上，寿命长5倍，而且没有型煤锅炉的煤渣污染，其灰渣能够还田改良土壤，保持生态平衡。
农作物秸秆其实也是一种很好的资源，如果可以其中回收经秸秆粉碎机粉碎然后再经过秸秆压块机、秸秆颗粒机、饲料颗粒机压制成生物质燃料饲料供燃烧和牲畜食用不是也是一个两全其美的方法么，而且，如果拿到外面销售老百姓也可以增加收入。
5、结论
1)本文对气化燃烧换热一体化生物质锅炉进行了基础性研究，研究成果具有一定的创新性和实用性。建立了该形式生物质锅炉的数学模型，编制了优化设计程序。
2)利用计算机优化设计设计软件进行了设计计算，研制出数种规格的样机。其机型具有结构新颖、高效节能、大气排放指标低和价格低廉等特点。
3)经吉林省科学技术信息研究所查新表明，其结构属于国内首创，现已获得两项国家专利。
4)经吉林省能源利用检测中心热工检测和吉林省环保产品质量检验站环保测试的结果表明，样机各。项指标已超过国内其它类型生物质锅炉的指标，特别是与当前市场上环保型煤锅炉相比，其优点：一是更加优异的环保指标，优于型煤锅炉；二是突出的节能效果，节能可达20%；三是更加低廉的燃料价格；四是上温（气）快、出力大；五是无低温腐蚀，寿命大大延长；六是炉灰变宝。
综上所述，本文论述的生物质锅炉符合国家的能源政策和环保政策，推广应用前景广阔，经济效益和社会效益显著。
三门峡富通新能源销售生产生物质锅炉以及销售生产生物质颗粒燃料的
木屑颗粒机、
秸秆压块机等机械设备。
