一直以來，在我國的廣大農(nóng)村，人們都是拿木柴、秸稈、稻草在灶具中直接燃燒的方式來炊事，這樣不僅熱利用效率低，還浪費(fèi)了大量生物質(zhì)能源，針對這種現(xiàn)狀，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的教授們在有關(guān)政府部門的大力支持下，完成了壓縮成型機(jī)的研制和生物質(zhì)專用改良灶、專用爐的推廣，但目前使用的灶具還存在一個不能封火的問題。由于不能封火，每次炊事前都得置火，非常麻煩，而且每次點(diǎn)火也很浪費(fèi)生物質(zhì)資源。所以在原有的灶具設(shè)計基礎(chǔ)上，提出了生物質(zhì)灶具封火的設(shè)計方案，對優(yōu)化廣大農(nóng)村地區(qū)的炊事燃料問題具有重要的意義。
1 生物質(zhì)成型燃料的燃燒
生物質(zhì)成型燃料燃燒屬于靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒，從著火后開始其燃燒過程如下：1）生物質(zhì)成型燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒．進(jìn)行可燃?xì)怏w和氧氣的放熱化學(xué)反應(yīng)，形成火焰；2）除生物質(zhì)成型燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒外，成型燃料表層部分的炭處于過渡燃燒區(qū)，形成較長火焰；3）生物質(zhì)成型燃料表面仍有較少的揮發(fā)分燃燒，燃燒向成型燃料更深層滲透。焦炭的擴(kuò)散燃燒，燃燒產(chǎn)物C02、CO及其它氣體向外擴(kuò)散，CO不斷與02結(jié)合成C02，成型燃料表層生成薄灰殼，外層包圍著火焰；4）生物質(zhì)成型燃料進(jìn)一步地向更深層發(fā)展，在層內(nèi)主要進(jìn)行碳燃燒（即C+O2一CO），在其表面進(jìn)行一氧化碳的燃燒（即CO+O2一CO2），形成比較厚的灰殼，由于生物質(zhì)的燃盡和熱膨脹，灰層中呈現(xiàn)微孔組織或空隙通道甚至裂縫，較少的短火焰包圍著成型塊；5）燃燼殼不斷加厚，可燃物基本燃盡，在沒有強(qiáng)烈干擾的情況下，形成整體的灰球，灰球表面幾乎看不出火焰，灰球變暗紅色，至此完成整個燃燒過程。
2 生物質(zhì)成型燃料灶具的設(shè)計
2.1生物質(zhì)成型燃料灶具的設(shè)計原則
生物質(zhì)成型燃料灶具的設(shè)計原則為：1）適應(yīng)當(dāng)?shù)厝剂弦螅c(diǎn)燃、上火速度快、省時間；2）結(jié)構(gòu)合理，熱效率高，比舊柴灶省柴；3）安全、衛(wèi)生、熱性能穩(wěn)定；4）有輔鍋和其它余熱利用裝置。
根據(jù)農(nóng)村的實(shí)際情況，考慮技術(shù)和成本等因素，設(shè)計的生物質(zhì)成型燃料灶具以燃燒效果相對較差的成型燃料為主，在河南農(nóng)村地區(qū)推廣的該灶具，主要是粒度為直徑50～120 mm的實(shí)心圓柱秸稈成型燃料。有條件的地方，若能采用中空的成型燃料、顆粒成型燃料等其它燃燒效果相對較好的成型燃料，則使用效果更佳。
2.2生物質(zhì)成型燃料灶具的結(jié)構(gòu)
生物質(zhì)成型燃料燭具由封火蓋、灶膛、灶篦、輔鍋、煙囪等部分組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。
其中2既是出灰口，又是進(jìn)風(fēng)口，通過封火蓋1可以調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量的大小；進(jìn)料口3上安裝有活動的帶有觀察口的擋板，這樣不僅減少冷空氣的潛入，而且還可以減少輻射熱的損失；灶膛4為喇叭形，其內(nèi)部空間較大，有利于放入足夠多的成型燃料，也有利于進(jìn)入足夠多的空氣，使燃料的燃燒能充分進(jìn)行，這種灶膛的內(nèi)壁對鍋有聚熱的反射作用，故灶膛溫度較高，火力集中，提高了熱利用率；為延長可燃?xì)怏w或煙氣在灶內(nèi)停留時間及調(diào)整火焰和煙氣流動方向，控制煙氣流速，在灶膛4內(nèi)設(shè)置攔火圈，攔火圈與灶膛表面抹光成一體，可以通過試驗(yàn)修改確定攔火圈的合適高度；灶蓖5用于支撐燃料并通風(fēng)助燃，灶蓖5的安裝，應(yīng)保證空氣進(jìn)入順利通暢，且分布均勻；煙囪9產(chǎn)生的抽力要能克服空氣與煙氣流動的阻力，使灶膛內(nèi)稍有負(fù)壓。
第一次使用時打開封火蓋1和閘板8，檢查進(jìn)風(fēng)口和出煙口是否暢通，須保證空氣、煙氣的順利流通，先點(diǎn)燃引火柴，等引火柴燒旺后，加入少量成型燃料，關(guān)上進(jìn)料口3上的擋板，等火燒旺后再加成型燃料，燃燒后形成的煙氣流向輔鍋6余熱利用裝置，然后通過出煙口7經(jīng)煙囪9排出室外。炊事完畢，關(guān)上閘板8相封火蓋1，無須加入新燃料即可封火。下次使用時不用引燃即可進(jìn)行炊事，打開閘板8和封火蓋l，過3 ~5 min，看到火著起后，打開進(jìn)料口3上的活動擋板加入新燃料，通過出灰口2隨時清理灶渣和煙灰‘列。
2.3灶具備參數(shù)的確定
2.3.1 燃料消耗量的確定燃料的消耗量按
（1）式計算：
BL= QL／（Qnet.arnr） （1）
式中：BL一每次炊事的燃料消耗量，kg；QL 為每次炊事所需的熱量，kJ；Qnet.ar為成型燃料的收到基低位發(fā)熱量，kj/kg；nr為成型燃料的熱效率，%。
根據(jù)在河南商丘的測試與實(shí)驗(yàn)，BL直接取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值2 kg。
2.3.2灶膛容積的確定灶膛容積按(2)式計算：
VL= BLQnet.arnL/（qvmaxl） (2)
式中：VL為灶膛容積，m³；nL一灶膛設(shè)計的熱效率，%；qvmax為灶膛的最大熱容強(qiáng)度，kj/（h·m³）；t為每次炊事所需時間，h。
為延長可燃?xì)怏w或煙氣在灶內(nèi)停留時間及調(diào)整火焰和煙氣流動方向，控制煙氣流速，在灶膛內(nèi)設(shè)置攔火圈。攔火囤在最高處與鍋之間的間距一般為5～10 mm。攔火圈與灶膛表面抹光成一體。攔火圈的高度是否合適，通過試驗(yàn)修改確定。燒
3 生物質(zhì)成型燃料灶具熱性能測試
結(jié)果
根據(jù)CB 4363 -1984《民用柴爐、柴灶熱性能測試方法》，對設(shè)計的生物質(zhì)成型燃料灶具進(jìn)行熱性能測試，試驗(yàn)燃料為液壓成型玉米秸稈，粒度為Φ50 mm圓柱，密度為1.2t/m³，含水率為14%，收到基凈發(fā)熱量為15 474 kj/kg。
測試熱效率為46.7%，升溫速率為4. 69 ℃/min，蒸發(fā)速率為0.098 kg/min。封火10h后開始炊事，只需19 min即可燒開20公斤水。
4 結(jié)論
4.1由熱性能測試結(jié)果可知，生物質(zhì)成型燃料灶具的熱效率達(dá)到并高于設(shè)計值，說明該灶具的設(shè)計是合理的。
4.2生物質(zhì)成型燃料灶具的升溫速度和蒸發(fā)速度都很高，說明該灶具具有很好的啟動性能和持續(xù)加熱性能。
4.3由熱性能測試結(jié)果可知，生物質(zhì)成型燃料灶具具有良好的封火性能。
生物質(zhì)成型燃料灶具燃燒穩(wěn)定、操作方便、使用安全、熱效率高、成本低，適合在廣大農(nóng)村使用，在我國村鎮(zhèn)有較好的推廣應(yīng)用前景。該灶具的研制為生物質(zhì)成型燃料提供了配套的新型灶具，支持了生物質(zhì)能資源的有效利用，為秸稈等生物質(zhì)的合理利用尋找了一條新途徑，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
三門峽富通新能源還生產(chǎn)銷售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、木屑顆粒機(jī)、飼料顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型設(shè)備。
