生物質顆粒燃料成型技術是指在一定的壓力條件下，用機械壓縮（通常的生物質燃料成型設備有顆粒機、木屑顆粒機、飼料顆粒機、秸稈壓塊機等設備）將松散細碎的無 定型的秸稈擠壓成質地致密、形狀規則的成型燃料。如下圖所示：
    原料擠壓成型后，密度可達0.8～1.3 t／m ，能量密度 與中質煤相當，可代替傳統礦物化石能源用于生產和生活領 域，該技術已在世界范圍內得到了廣泛的發展。 目前，世界上關于生物質成型燃料燃燒設備有生物質燃料鍋爐等燃燒爐和壁爐，主要用于家庭取暖。對于大塊成型 燃料的燃燒設備在世界上研究還不多。國內曾有將 0.8t立式燃煤爐改造為燃用生物質成型燃料鍋爐。 但改造后鍋爐燃燒秸稈成型燃料存在 3個突出問 題：①燃燒不穩定。在燃燒初期，大量的揮發份析 出，使部分揮發份來不及燃燒或燃燒不完全，冒黑煙 現象嚴重，并且燃燒速度在很短時間內迅速下降；② 存在著嚴重的結渣現象。結渣增加了一次風的阻 力，減少了一次風的進入量，從而影響秸稈成型塊的 燃燒效率；③煙氣中飄塵含量偏高。秸稈成型塊燃 燒過程中的飄塵現象比秸稈散燒有所緩解，但仍達 不到國家環保要求 。為了探討適合生物質成型燃裝置，同時解決秸稈成型塊在燃燒過 程中存在的這些問題，筆者對秸稈成型燃料在馬弗 爐上進行了單顆粒燃燒試驗，對單顆粒成型燃料的 燃燒速度和燃燒機理進行了探討，并設計出一種能 使秸稈成型燃料穩定、充分燃燒的燃燒裝置 。
1、秸稈生物質成型燃料燃燒試驗
1.1秸稈燃料的工業分析
 
    表1為玉米稈、小麥稈、稻稈及二種煤的工業分析和發熱量分析結果。從表中可以看出秸稈的揮發分和含氧量遠高 于煤；而灰分和含碳量，特別是固定碳的含量遠低于 煤，其熱值也小于煤。
1.2秸稈成型燃料燃燒試驗
1.2.1試驗裝置和方法
    該試驗在馬弗爐中進行，由熱電偶數字顯示儀 控制和測量溫度，用電子天平、托盤天平稱量。試驗材料采用單個秸稈成型燃料棒。
1.2.2秸稈成型燃料燃燒試驗結果
    影響秸稈成型燃料燃燒速度的因素  包括： 秸稈的種類，燃燒溫度，燃燒時供風量，成型密度，成 型棒質量及成型燃料的幾何尺寸等。秸稈成型燃料 燃燒試驗按以下參數判斷燃燒速度：①成型燃料的 燒失量 m：在某段時間內，成型燃料燃燒和揮發所失 去的物質質量，單位為 g；②成型燃料的平均燃燒速 度 ：在某段時間內，單位時間內成型燃料燃燒和揮 發所失去的物質質量，單位為 g·min^-1；③成型燃料可燃物的相對燃燒速度V_t：在某段時間內，成型燃 料燃燒和揮發所失去的物質質量相對于成型燃料中 可燃物和揮發物質量的百分比，單位為％；④成型燃 料中可燃物和揮發物的質量：V_ad+FC_ad  成型棒的 質量，單位為 g。燃燒試驗結果示于表 2、表 3和表4。

    試驗結果顯示：①不同秸稈的成型燃料具有不同的燃燒速度，但呈現相同的變化規律。即燃燒初期(0～5 min)平均燃燒速度快，中期為過度段(5～10min)，后期(10～20 min)燃燒速度最慢且趨于平穩。這是因為燃燒初期主要是揮發份的燃燒，這時揮發份濃度最大且基本上沒有灰殼的阻礙作用。燃燒中期是揮發份和碳的混合燃燒。該階段揮發份濃度較低，灰殼的逐漸加厚也阻礙揮發分向外溢出的速度。燃燒后期主要是碳和少量殘余揮發份的燃燒，不斷加厚的灰層使氧氣向內滲透和燃燒產物的向外擴散明顯受阻，降低了燃燒速度。在整個燃燒過程中，揮 發份含量高的小麥秸稈和玉米秸稈燃燒速度衰減較快。又由于小麥秸稈的灰分小于玉米秸稈的灰份，其燃燒過程中灰層的阻礙小于玉米秸稈，因此小麥 秸稈燃燒速度的衰減速度略大于玉米秸稈；而揮發份含量較低、灰份含量較高的稻稈燃燒速度衰減較慢。3種秸稈均在燃燒到 15 min時速度趨于平穩且基本燃盡。②由于秸稈原料的揮發份含量高，使秸稈成型燃料燃燒初期的速度受溫度的影響較大，溫度越高，揮發份析出速度越快，燃燒平穩性愈差。通風量對成型燃料燃燒速度的影響主要是溫度的影響，通風使爐膛內的溫度降低，揮發份析出速度相對平穩性。由于試驗爐膛較小，兩種通風工況對燃燒速度的影響沒有明顯區別。③成型密度、成型直徑（一般圓柱狀生物質顆粒燃料直徑6～18mm之間）和成型燃料的質量對成型燃料的燃燒速度均有一定的影響。成型密度的增大，一定程度上抑制了成型燃料揮發份的析出速度。成型直徑和成型質量的增加，使得燃燒初期的平均燃燒速度增大，即燃燒初期析出的揮發份增多，而在中后期揮發份的析出速度相對穩定。④成型燃料的燃燒主要是揮發分的燃燒，為了使秸稈能在整個燃燒過程中實現完全燃燒，最重要的措施是實現合理配風下的控溫燃燒，從而控制秸稈成型燃料在整個燃燒過程中揮發份的析出速度能相對平穩，對燃燒速度和狀態產生均衡的影響。
2、生物質成型燃料鍋爐設計
2.1主要設計參數
    鍋爐產出熱水量 G =1000 kg/h，進水溫度 t _js= 20 ℃，熱水溫度 t =95 ℃，冷空氣溫度為 20 ℃，由于缺乏有關生物質成型燃料鍋爐設計參數，根據 秸稈成型燃料的成分、發熱量及燃燒與中值煙煤相 當的特性，鍋爐特性參數的選取中值煙煤為參考進 行選取。其固體不完全燃燒損失 q =6％，排煙 溫度為2OO℃，排煙損失 q =10％，氣體不完全燃燒 損失 q =2％ ，散熱損失 q =6％，灰渣物理熱損失 q =2％ ，鍋爐效率70％ ，爐排面積熱強度 q= 430 kW/m ，爐膛體積熱負荷 q =380 kW/m³，爐膛過 剩空氣系數 a=1.2，排煙處過剩空氣系數 a_py= 1.55。
2.2 生物質成型燃料鍋爐結構布置
    設計的生物質成型燃料鍋爐采用雙膽反燒結 構。由環型外膽、環型內膽、上爐門、中爐門、下爐 門、觀火口、上爐排、下爐排、風室、二次鳳管、爐膛、 輻射受熱面、對流受熱面、排汽管、煙道、煙囪等部分 組成，其結構布置如圖 1所示。
    雙層爐排的上爐門常開，作為投燃料與供應空氣之用，中爐門用于調整 下爐排上燃料的燃燒和清除灰渣，下爐門用于排灰， 觀火口除用于觀火外還用于上爐排的清渣，正常運 行時中爐門、下爐門、觀火口關閉。上爐排以上的空 間相當于風室，上爐排下設雙排二次鳳口，使未燃 盡的氣體在此進一步燃燒。上下爐排之間的空間為 爐膛，環型外膽和環型內膽之間構成煙道 ，煙氣通 過煙管進人煙囪。

    雙膽反燒生物質成型燃料鍋爐的工作原理是，一定粒徑生物質成型燃料經上爐門被送入上爐排上燃燒，一次空氣通過上爐門吸入，上爐排漏下的生物質屑和灰渣到下爐排上繼續燃燒和燃盡。秸稈成型燃料燃燒時產生的未完全燃燒的 CO及揮發份穿過爐排，并爐膛內與二次風混合后進行二次燃燒，燃燒后的煙氣與下爐排上燃料產生的煙氣一起，經環型外膽和環型內膽之間構成煙道進入煙囪。這種燃燒方式，實現了生物質成型燃料的分步燃燒，緩解生物質燃燒速度，達到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質成型燃料穩定持續完全燃燒。
3、生物質成型燃料鍋爐試驗
    根據工業鍋爐熱實驗規范(GB10108.88)、鍋爐 大氣污染物排放標準(GWPB321999)及鍋爐煙塵測 試方法(GB54682．91)，對該生物質成型燃料鍋爐熱 性能及環保指標進行測試。
3.1 主要測試儀表
（1）KM9106綜合燃燒分析儀
（2）IRT22000A手 持式快速紅外測溫儀
（3）SWJ精密數字熱電偶溫度 計
（4）應用 3012H型自動煙塵(氣)測試儀等。
3.2 試驗結果
    試驗燃料為直徑 45mm、50mm、65 mm、75mm、 90mm、130mm6個水平的玉米秸稈成型燃料。密度為0.9～1.15 t／m 之間，含水率為7.5％，收到基凈發熱量為 15847 kJ/kg。試驗結果示于表5和表6。

3.3 結果與討論
（1）從試驗過程可以看出，采用雙膽反燒結構，冷空氣和秸稈成型燃料不直接進入燃燒室，使燃料從爐壁到剛投人爐內的新料層溫度逐漸降低形成溫度梯度，使揮發分的析出速度相對平穩，解決秸稈成型塊燃燒的不穩定現象；灰渣在料層的壓力和自身的重力作用下自動下落，基本上解決了秸稈成型燃料結渣對燃燒產生的不利影響；采用煙道加寬，使煙氣流速降低，同時改變煙氣流向迫使煙塵下落，有效解決了煙氣中飄塵問題。
（2）從不同直徑的生物質成型燃料試驗來看，直徑為 45 mm、55 mm、65mm、75mm和 90 mm的玉米秸稈成型燃料燃燒時，鍋爐的熱效率、熱水流量、熱水壓力與溫度等熱性能參數達到或接近設計要求。鍋爐熱效率隨成型燃料直徑的增大而降低，直徑為 130mm的玉米秸稈成型燃料在燃燒裝置內的燃燒狀況明顯變差，燃燒效率為 65．4％，一氧化碳的濃度明顯增高。這主要是因為隨著成型燃料直徑的增加，成型塊間孔隙增大，供應的空氣穿過燃燒層時易形成空氣束，布風不勻，使空氣不能很好的與可燃氣進行混合所致。這說明試驗爐對成型燃料直徑有一定的要求。
（3）由試驗結果得出：直徑為 45 mm、55 mm、65mm、75mm和90 mm的玉米秸稈成型燃料燃燒時， 該種鍋爐氣體不完全燃燒損失基本為0.1％～1.5％，固體不完全燃燒損失為0.67％～6.75％ ，燃燒效率高達99.23％～91.75％ ，熱效率達75.6％～85.01％。
（4）試驗除開始點火時有少量黑煙外，燃燒裝置 正常運行后，整個過程燃燒連續平穩，鍋爐排煙中CO、NO 、SO：和煙塵濃度等環保指標遠遠低于燃煤 鍋爐，符合國家工業鍋爐大氣污染物排放標準要求。
（5）從試驗結果來看，生物質成型燃料鍋爐的運 行參數與設計選用參數之間存在一定的差別，這可能是由于該爐設計參數是根據生物質(秸稈)成型燃料特性相近的煤質和經驗確定造成的。因此，需不斷完善生物質(秸稈)成型燃料鍋爐主要設計數據，以提高生物質(秸稈)成型燃料鍋爐設計精度。
4、結 語
    秸稈成型燃料和燃燒技術已引起了人們的廣泛興趣。通過對秸稈成型燃料單顆粒燃燒試驗和對秸稈成型燃料燃燒規律的探討，本文針對秸稈成型塊燃燒過程中常見的燃燒不穩定，燃燒效率低以及煙氣中飄塵含量偏高等問題，提出了雙膽反燒結構。這種結構不但有利于實現生物質的穩定燃燒，還能在很大程度上解決結渣堵塞一次風道的問題和爐具排煙中飄塵含量過高的問題。對設計出的秸稈成型燃料鍋爐的測試表明：該爐具有較高的熱效率和環保效益，燃用秸稈成型燃料燃燒穩定、床層不易結渣且煙氣中飄塵含量達標。