隨著我國經濟的高速發展，礦石燃料資源迅速消耗，礦石燃料燃燒所導致的粉塵、二氧化硫和氮氧化物污染也日益嚴重，因此，合理開發和高效利用包括生物質能在內的可再生低污染的清潔能源就成為能源工程領域的重要課題．所謂生物質能，就是以生物質為載體的能源，收獲時留在農田里的玉米秸桿是我國北方地區主要的農業生物質能資源．秸稈致密成型塊雖然燃料加工成本大，但是運輸成本小，存儲損耗低，燃燒特性與煤接近，燃煤鏈條鍋爐稍作改進，就可以以比較高的燃燒效率利用秸稈致密成型塊，因而得到較為廣泛的使用。
    秸稈致密成型過程中，機械力要克服秸稈與成型機械間的摩擦阻力，并對秸稈原料壓縮做功，將秸稈原料壓縮成具有一定壓縮密度的致密成型塊，秸稈致密成型塊的壓縮密度與成型機械的電耗密切相關，也與其層燃反應性密切相關，在工業鏈條鍋爐上研究不同壓縮密度的致密成型塊的層燃反應性，可為尋求最佳的秸稈致密成型塊壓縮密度提供指導。
1、原料與設備
1.1燃料
    作為原料的玉米秸稈收集于遼寧省阜新市阜蒙縣，燃料的工業分析結果為M盯=7.11，Aar=5.97，V盯=70. 69，FC盯=16. 23.燃料的元素分析結果為Car =43.17 Har=5.12, Oar= 36. 93, N =1.33, Sar=0. 08，clar=0.29.燃料的收到基低位發熱量Qar=17. 746 MJ/kg.秸稈致密成型時，將秸稈用鍘草機鍘切成20—30mm的段，而后用致密成型機壓制成20mmx20 mm x150 mm的燃料塊，燃料塊的壓縮密度在800～1 300 kg/m3左右，松散堆積密度在500—700 kg/rr13左右。
1.2設備
    實驗用工業鏈條供暖鍋爐型號為DZL2 -0.8/160 - AII，額定狀態下每小時可以向一次供熱管道提供的溫度為160℃，壓力為0.8 MPa的熱水2 t，鍋爐設計煤種為二類煙煤。
排煙和爐膛內各處煙氣組分用Test0 350煙氣分析儀測量；爐排上各處煙氣溫度用Tm902c便攜式溫度儀測量；排渣樣品按照DUL567.6 - 2000，即《火力發電廠燃料試驗方法一飛灰和爐渣可燃物測定方法》中規定的用于火力發電廠性能測試的灰渣可燃物含量測定方法B測量可燃碳含量。
    富通新能源銷售秸稈壓塊機、秸稈顆粒機等生物質燃料成型機械設備，同時我們也大量銷售楊木木屑顆粒燃料。
    實驗用秸稈致密成型機由800型玉米秸稈致密成型機改造而成，通過測量驅動壓縮機械運轉的三相電機的電流與電壓，可以計算致密成型過程的電耗．通過更換壓縮機械的成型模套，可以得到不同壓縮密度秸稈致密成型塊。
2、秸桿致密成型塊對層燃反應性的影響
2.1不同壓縮密度的燃料的反應性
    秸稈致密成型過程中，由于機械力做功和摩擦熱耗散，溫度升高，會導致部分水分散失，并釋放低分子可燃氣體，如醛類等，此外溫度升高也可導致秸稈原料內部纖維素、半纖維素和木質素等的組分和物性發生改變，這些都會導致不同壓縮密度的秸稈致密成型塊的反應性會有所不同。
    將秸稈( SB -O)與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊( SB -l)壓縮密度679 kg/m3，呈松散塊狀，用手輕輕揉搓即散開；SB -2壓縮密度798 kg/m3，呈半松散塊狀，用手揉搓會有秸稈碎末掉落；SB -3壓縮密度952 kg/m’，呈半致密塊狀，表面分布深度裂紋，無裂紋處呈現淺褐色；SB -4壓縮密度l 103 kg/m3，呈致密塊狀，表面光滑無裂痕，具有焦色硬殼，粉碎成150，250um的粉狀，在梅特勒一托利多（中國）有限公司生產的型號為SMP/PF7548/MET的熱重分析儀上進行熱重分析．保護氣為純度99. 9%的氮氣，反應氣組分為79% N2、10% 02和II% C02．升溫速率25℃／min，至終溫900℃，維持至恒重，熱重分析結果如圖1所示。
    從圖1中可以看出，秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊的燃燒反應性區別不大，從DTG曲線上可以看出，無論在脫水干燥過程、在揮發分脫出與燃燼過程，還是在焦炭燃燼過程，秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊所表現出來的差異性都十分有限，而且其有限的差異性與壓縮密度沒有確定的相關性，也就是說，秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊在鏈條鍋爐上如果表現出反應差異性，那么這個差異性也不是由于秸稈與不同壓縮密度的秸稈致密成型塊本身的燃燒反應性造成的，而是由于其以壓縮密度為代表的物理形態的不同造成的。
2.2不同燃料層燃反應性的比較
    燃料在鏈條鍋爐內的燃燒過程包括3個階段：燃燒準備階段、燃燒階段和燃燼階段．當爐排轉速一定時，3個階段所占據的爐排長度，尤其是燃燒準備階段和燃燒階段的長度反映了該燃料層燃反應性．爐排行進速度為0. 05 m/min時，不同燃料燃燒準備階段、燃燒階段和燃燼階段的長度如表1所示。
    從表1可以看出，隨著燃料壓縮密度的增加，燃燒準備階段越來越長，說明點燃越來越困難，其中秸稈和壓縮密度為679 kg/m3的秸稈致密成型塊的燃燒準備階段很短，因而在負荷增加、爐膛溫度升高后，很容易使熱煙氣甚至火焰進入料斗，造成火災隱患；壓縮密度為1103 kg/m3的秸稈致密成型塊的燃燒準備階段長達450 mm，因而在實驗鏈條鍋爐內著火困難，燃燒不穩定，不容易自持。
    從表1也可以看出，秸稈和壓縮密度為679 kg/m3的秸稈致密成型塊的燃燒段都很短，在爐排總長度不變的情況下，燃燼段相應變長，而壓縮密度為1103kg/ m3的秸稈致密成型塊的燃燒段很長，相應地燃燼段就很短。
    鏈條鍋爐燃燼段過短，排渣可燃物含量和排渣溫度都高，會造成機械不完全燃燒損失和排渣物理熱損失增加；燃燼段過長，雖然可以降低機械不完全燃燒損失和排渣物理熱損失，但是會顯著增加爐膛過量空氣系數，從而增加排煙物理熱損失．燃煤鏈條鍋爐的運行經驗是，距離擋渣鐵或者爐排后軸中心線500 mm爐排上沒有火苗，排渣掉落時沒有跑火，實際運行過程中還需要根據排渣可燃物含量、排渣物理熱損失和排煙物理熱損失綜合考慮，才能確定。
2.3燃燒不同燃料鍋爐熱損失比較
    鍋爐的熱損失主要包括化學不完全燃燒損失、機械不完全燃燒損失、散熱損失、排渣物理熱損失和排煙物理熱損失．由于化學不完全燃燒損失基本可以忽略，散熱損失決定于鍋爐容量、鍋爐負荷和爐墻形式，與燃燒狀況關系不大．因此這里著重研究燃燒不同燃料時鍋爐排煙物理熱損失、排渣物理熱損失和機械不完全燃燒損失的變化。
2.3.1排煙物理熱損失
    鍋爐排煙物理熱損失決定于鍋爐排煙量和排煙溫度．鍋爐排煙量主要由燃料元素分析組成和過量空氣系數決定，而過量空氣系數是最重要的運行控制參數之一．因而這里著重研究燃燒不同燃料時鍋爐排煙溫度和過量空氣系數的變化，
    為了研究燃料燃燒性能對爐膛過量空氣系數的影響，在后拱底部均勻布置5個煙氣含氧量測點，在爐膛喉口上部布置1個煙氣含氧量測點，在鍋爐煙氣出口布置1個煙氣含氧量測點，通過煙氣含氧量a計算各處過量空氣系數a，因為燃料特性系數
    從表2中可以看出，在后拱與渣池的連接處，無論秸稈SB -0還是秸稈致密成型塊SB -1和SB -2，其過量空氣系數都很大，并且數值接近，這是由于此處燃料可燃碳燃燒反應基本終止，從渣池漏進來的空氣和從爐排下部補充進來的空氣只有很小部分氧氣與可燃碳發生了氧化反應，這些空氣的更重要的作用是冷卻排渣，回收排渣物理熱，隨著氣體從渣池向喉口流動，不停有空氣穿過爐排補充進來，然而補充進來的空氣不足以彌補可燃碳氧化反應消耗的部分，因而過量空氣系數越來越小。
    從表2中也可以看出，在后拱與渣池的連接處，秸稈致密成型塊SB -4的過量空氣系數小于其他燃料，說明此處存在較強的燃燒反應，排渣不能得到充分而適當的冷卻，因而機械不完全燃燒損失和排渣物理熱損失必然很大。
2.3.2排渣物理熱損失
    鍋爐排渣物理熱損失決定于燃料收到基灰分、灰渣比和灰渣排出溫度．收到基灰分由燃料自身性質決定，在此次研究中為5. 97%，基本不隨燃料發生改變；灰渣比由燃燒方式決定，對于層燃鍋爐而言，基本維持1:4左右．因而這里通過測量灰渣排出溫度，來研究燃燒不同燃料時排渣物理熱損失的變化，鏈條鍋爐排渣溫度．般以600℃為宜，溫度太高，排渣物理熱損失過大，排渣還沒有被適當冷卻；溫度太低，排渣物理熱損失固然減小，但是用過多的冷空氣冷卻排渣，會造成爐膛過量空氣系數增加，從而增加了排煙物理熱損失。
    在后拱下部煙氣含氧量測點，用Tm902c便攜式溫度儀測量爐排上相應位置排渣的溫度，每個位置沿著爐排寬度方向均布5個測點，該位置排渣的溫度為5點溫度平均值，測量結果如表3所示。
    從表3可以看出，由于秸稈、秸稈致密成型塊SB-1和SB -2，燃料與空氣接觸面積大，揮發分析出量大而迅速，進入后拱以后，由于所剩可燃碳份額低，燃燒溫度不容易保持；同時含可燃碳灰渣堆積密度小，容易被吹穿，灰渣溫度下降很快．而秸稈致密成型塊SB-3和SB -4結構致密，氧氣不容易進入燃料塊內部，所以進入后拱后，仍然剩余相當部分可燃碳，能夠維持后拱下部溫度在較高水平，也不容易被吹穿。
2.3.3機械不完全燃燒損失
    燃煤鏈條鍋爐機械不完全燃燒損失，主要包括漏煤損失、灰渣含可燃碳造成的損失和飛灰含可燃碳造成的損失，由于秸稈與秸稈致密成型塊尺寸很大，通過爐膛前部爐排落入灰渣池的可能性不存在，同時正常燃燒的鏈條爐排灰渣比很小，為1:5左右，因而這里只研究排渣可燃碳含量，以比較燃料不同時，機械不完全燃燒損失的區別。
    截取落向渣池的排渣，封裝于陶瓷密閉容器中，待冷卻到室溫后，根據DL/L567.6 - 2000，即《火力發電廠燃料試驗方法一飛灰和爐渣可燃物測定方法》中規定的用于火力發電廠性能測試的灰渣可燃物含量測定方法B測量可燃碳含量，結果表明，SB -0、SB -1、SB-2、SB -3和SB -4排渣可燃碳含量分別為17.4%、15.2%、8.7%、5.1%和23.9%。
    根據排煙物理熱損失和排渣物理熱損失的分析結果，可以看出SB -0和SB -1排渣可燃碳含量高的原因是由于秸稈直燃時，燃料松散堆積，失去大部分水分、揮發分和部分可燃碳后，剩余物不能有效覆蓋爐排面，容易造成吹穿；并且由于剩余可燃碳質量少，因而燃燒反應釋放熱量也少，造成后拱下部溫度下降迅速，致使雖然有充足的氧氣，但可燃碳仍然由于溫度較低沒有燃燼。
    SB-4排渣可燃碳含量高的原因在于燃料塊結構致密，燃料點燃困難，燃燒準備段和燃燒段都很長，在爐排總長度不變的情況下，因燃燼段不夠，造成排渣可燃碳含量急劇升高。
2.4燃燒不同燃料時鍋爐氣體排放量比較
    燃燒生物質燃料的鍋爐常規排放的污染物有NOx、S02和CO，此外這里與co一樣，對作為評價燃燒狀況指標的H2也進行了測量，結果如表4所示，
    從表4中可以看出，任何燃料，NOx和S02排放濃度都很低.NOx排放濃度低是由于燃燒溫度低導致熱力型NOx生成量少和大量集中釋放的揮發分對已經生成的NOx的還原反應．S02排放濃度低是由于生物質燃料自身S元素含量低，此外還有生物質燃料K和Na元素較高的含量導致的較高的自脫硫率的因素。
    從表4中也可以看出，燃料SB—4的co和H2排放濃度遠遠超過了其他，這與燃料SB -4的排渣可燃碳含量高一樣，是不完全燃燒導致的。
2.5成型電機的功耗
    實驗用致密成型機有3個電機，分別為原料輸送皮帶拖動電機、壓縮成型電機和致密成型塊輸送皮帶拖動電機，其中壓縮成型電機的功耗與壓縮密度的關系如表5所示。
    從表5中可以看出，隨著壓縮密度的增加，秸稈致密成型機的產量逐漸提高，壓縮成型電機的功率也隨之增大，計算表明，單位產量的電耗也逐漸提高，當然，由于不同致密成型機的單位產量電耗隨著壓縮密度的變化規律可能不盡相同，但是，其基本趨勢，即隨著壓縮密度的增大，單位產量電耗逐漸增加的趨勢是不變的。
3、結論
    1)鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊的排煙物理熱
損失隨著壓縮密度的增加而減小，這是由于高密度的
秸稈致密成型塊在燃燼區對床面的覆蓋能力強。
    2)鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊的排渣物理熱損失隨著壓縮密度的增加而增加，這是由于高密度的秸稈致密成型塊的揮發分析出和固定碳燃燼過程都受到抑制，造成的著火推遲和燃燒段長度增加所致。
    3)鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊的以排渣可燃碳為主的機械不完全燃燒損失隨著壓縮密度的提高而降低，這是由于高壓縮密度的秸稈致密成型塊在燃燼區有利于維持較高的溫度，固定碳燃燼效果比較好．但是如果壓縮密度超過某一數值，在此次研究所知范圍內，這個限值應該大于950 kg/m3，此時排渣可燃碳含量迅速增加，以排煙中CO和H2為主的化學不完全燃燒損失也隨之迅速增加。
    綜上所述，燃煤鏈條鍋爐燃燒秸稈致密成型塊，應該控制秸稈致密成型塊的壓縮密度，在研究所知范圍內，這個限值應該大于950 kg/m3，以求降低排煙物理熱損失、機械不完全燃燒損失和化學不完全燃燒損失，并控制排渣物理熱損失，同時盡可能降低成型電耗。秸稈壓塊機、秸稈顆粒機專業壓制的塊狀、圓柱狀的生物質顆粒燃料。