生物質(zhì)固化成型顆粒燃料中易燃部分主要是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。燃燒時(shí)纖維素、半纖維素和木質(zhì)素首先放出揮發(fā)分物質(zhì)，最后轉(zhuǎn)變成碳。幾種典型的生物質(zhì)組成成分見表1.1。
試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)揮發(fā)物的燃燒效率比炭化物質(zhì)快。燃料著火前為吸熱反應(yīng)；到著火溫度以后，生成氣相燃燒火焰和固相表面燃燒的光輝火焰，為放熱反應(yīng)。具體的燃燒性能見表1.2。部分生物質(zhì)燃燒特性曲線如圖1-1、圖1-2所示。
1.2.7生物質(zhì)燃料相應(yīng)爐具的開發(fā)
高效燃燒器具（或灶具）的利用可以明顯提高燃燒效率，是有效利用生物質(zhì)燃料的關(guān)鍵。
有關(guān)高效燃燒器具的研究，瑞典、挪威、新西蘭、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)做的較早。我國(guó)各地政府相繼出臺(tái)了扶植政策，在農(nóng)村加大了推廣農(nóng)村戶用高效低排放生物質(zhì)爐具的力度。
但在生物質(zhì)“熱”的今天戶用生物質(zhì)爐具僅僅是起步階段，市場(chǎng)上就出現(xiàn)了大量的假冒偽劣爐具，造成了資源的大量浪費(fèi)。有人打著汽化爐的幌子，吧汽化爐吹的神乎其神，對(duì)很多人產(chǎn)生了誤導(dǎo)。
戶用汽化爐存在著許多顯著的缺點(diǎn)；和灶具直接相連，產(chǎn)生的可燃?xì)鉀]有經(jīng)過任何處理，因而灶具連接管及汽化爐都有焦油滲出，衛(wèi)生條件很差，且易堵塞管道和灶具；由于戶用汽化爐比較小，汽化條件不易控制，產(chǎn)生氣體中的可燃?xì)獬煞仲|(zhì)量不穩(wěn)，并且不連續(xù)，影響燃用甚至有安全問題；特別是新爐子，或者是隔了一段時(shí)間為使用的爐子，從點(diǎn)火到產(chǎn)氣需要一定的起火時(shí)間，增加了勞動(dòng)時(shí)間，而這段時(shí)間內(nèi)煙氣污染物排放很高；更重要的問題是含焦油的水無序排放，用戶隨意潑灑在土地或水溝中，對(duì)土地和地下水造成污染；早燃燒過程中，廚房彌漫著大量秸稈的氣味，其中含有大量的有害氣體成分，特別是一氧化碳大量超標(biāo)，對(duì)人體會(huì)造成極大地?fù)p害。
用戶對(duì)生物質(zhì)爐具要求性能穩(wěn)定、點(diǎn)火容易、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、爐具價(jià)格要物有所值，并有3年以上的使用壽命，前提條件是一定要達(dá)到高效低排放。
目前戶用生物質(zhì)爐具多為半汽化爐，生物質(zhì)燃料在爐膛內(nèi)燃燒，并進(jìn)行合理配風(fēng)，伴有汽化成分，叫生物質(zhì)半汽化爐，如圖1-3示，但性能差別很大，達(dá)到下列指標(biāo)的就屬于高效低捧放汽化爐。
炊事爐：>35%
炊事采暖爐：>60%，
采暖爐：>65%
煙塵排放濃度：<50 mg/m3
S02排放濃度：<30mg/m3
NOx排放濃度：<150 mg/m3
CO排放濃度：<0.2%
1.3生物質(zhì)成型燃料的燃燒理論
開展生物質(zhì)半氣化爐點(diǎn)火方法研究首先必須要了解生物質(zhì)成型燃料的燃燒理論，然后，在此理論的指導(dǎo)下，針對(duì)生物質(zhì)成型燃料和生物質(zhì)半氣化爐的燃燒特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，才能有效地進(jìn)行助燃劑的開發(fā)和點(diǎn)火技術(shù)的研究。
1. 3.1生物質(zhì)成型燃料點(diǎn)火過程和特性分析
(l)點(diǎn)火過程
生物質(zhì)成型燃料的點(diǎn)火過程是指生物質(zhì)成型燃料與氧分子接觸、混合后，從開始反應(yīng)，到溫度升高至激烈的燃燒反應(yīng)前的一段過程。實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)成型燃料的點(diǎn)火必須滿足：生物質(zhì)成型燃料表面析出一定濃度的揮發(fā)物，揮發(fā)物周圍要有適量的空氣，并且具有足夠高的溫度。生物質(zhì)成型燃料的點(diǎn)火過程是：
①在熱源的作用下，水分被逐漸蒸發(fā)逸出生物質(zhì)成型燃料表面；
②隨后生物質(zhì)成型燃料表面層燃料顆粒中有機(jī)質(zhì)開始分解，在其過程中有一部分揮發(fā)性可燃?xì)鈶B(tài)物質(zhì)分解析出；
③局部表面達(dá)到一定濃度的揮發(fā)物遇到適量的空氣并達(dá)到一定溫度，便開始局部著火燃燒；
④隨后點(diǎn)火面漸漸擴(kuò)大，同時(shí)也有其它局部表面不斷點(diǎn)火；
⑤點(diǎn)火面迅速擴(kuò)大為生物質(zhì)成型燃料的整體火焰出現(xiàn)；
⑥點(diǎn)火區(qū)域逐漸深入到生物質(zhì)成型燃料內(nèi)部一定深度，完成整個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)火過程。點(diǎn)火過程如圖1-4表示。
(2)影響點(diǎn)火的因素
點(diǎn)火溫度；生物質(zhì)種類；外界的空氣條件；生物質(zhì)成型密度；生物質(zhì)成型燃料含水率；生物質(zhì)成型燃料幾何尺寸等。
(3)點(diǎn)火特性
生物質(zhì)成型燃料一般是高揮發(fā)分的生物質(zhì)在一定溫度下擠壓而成。在高壓成型的生物質(zhì)燃料中，其組織結(jié)構(gòu)限定了揮發(fā)分由內(nèi)向外的析出速度及熱量由外向內(nèi)的傳遞速度減慢，且點(diǎn)火所需的氧氣比原生物質(zhì)有所減少，因此生物質(zhì)成型燃料的點(diǎn)火性能比原生物質(zhì)有所降低，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于型煤的點(diǎn)火性能。從總體趨勢(shì)分析，生物質(zhì)成型燃料的點(diǎn)火特性更趨于生物質(zhì)點(diǎn)火特性。
1.3.2生物質(zhì)成型燃料燃燒理論分析
(1)生物質(zhì)成型燃料燃燒機(jī)理
生物質(zhì)成型燃料燃燒機(jī)理屬于靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒，燃燒過程就從著火后開始。
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除了生物質(zhì)成型燃料表面部分可燃揮發(fā)物燃燒外，成型燃料表層部分的碳處于過渡燃燒區(qū)，形成較長(zhǎng)火焰.
③生物質(zhì)成型燃料表面仍有較少的揮發(fā)分燃燒，更主要的是燃燒向成型燃料更深層滲透。焦碳的擴(kuò)散燃燒，燃燒產(chǎn)物C02，co及其它氣體向外擴(kuò)散，行進(jìn)中c0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)一步向更深層發(fā)展，在層內(nèi)主要進(jìn)行碳燃燒(即C +02→CO)，在球表面進(jìn)行一氧化碳的燃燒(即CO+O2→C02)，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燃盡殼不斷加厚，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，灰球會(huì)變暗紅色，至此完成了生物質(zhì)成型燃料的整個(gè)燃燒過程，燃燒過程圖1-5表示。
(2)生物質(zhì)成型燃料燃燒速度的影響因素
生物質(zhì)成型燃料燃燒速度常用燒失量來表示：
①生物質(zhì)成型燃料燒失量(△m):在一定時(shí)間內(nèi)，生物質(zhì)成型燃料燃燒的
在式(1，2)中：mi為在tl時(shí)刻生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量(g);m2為在t2時(shí)刻生物質(zhì)成型燃料質(zhì)量(g)；tl為生物質(zhì)成型燃料的開始燃燒時(shí)刻(min); t2為生物質(zhì)成型燃料的燃燒終止時(shí)刻( min)；
根據(jù)生物質(zhì)成型燃料燃燒動(dòng)力學(xué)分析，影響生物質(zhì)成型燃料速度的主要因素有：生物質(zhì)種類，生物質(zhì)的含水率，生物質(zhì)成型燃料密度，生物質(zhì)成型燃料的幾何尺寸，生物質(zhì)成型燃料燃燒溫度，燃燒時(shí)的通風(fēng)條件等。
(3)生物質(zhì)成型燃料燃燒特性
①生物質(zhì)燃料特性
表1-3為六種主要生物質(zhì)的工業(yè)分析，元素分析、發(fā)熱量的數(shù)值：由表1-3可看出，生物質(zhì)的揮發(fā)分遠(yuǎn)高于煤，灰分和含碳量遠(yuǎn)小于煤，其熱值小于煤，生物質(zhì)這種燃料特點(diǎn)就決定了它的燃燒具有一定的特征。
②原生物質(zhì)燃燒特性
原生物質(zhì)特別是秸桿類生物質(zhì)密度小，體積大，其揮發(fā)分高達(dá)60%～70%之間，點(diǎn)火溫度低，易點(diǎn)火。同時(shí)熱分解的溫度又比較低，一般在350℃就釋放出80%左右的揮發(fā)分，燃燒速度快，燃燒開始不久迅速由動(dòng)力區(qū)進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)，揮發(fā)分在短時(shí)期內(nèi)迅速燃燒，放熱量劇增，在傳統(tǒng)燃燒設(shè)備中，高溫?zé)煔鈦聿患皞鳠峋陀蔁焽枧懦觯虼嗽斐纱罅康呐艧煙釗p失。另一方面，揮發(fā)分劇烈燃燒所需要的氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外界擴(kuò)散所供應(yīng)的氧量，使供氧明顯不足，較多的揮發(fā)分不能燃盡，形成大量CO、H2、CH4等產(chǎn)物，產(chǎn)生大量的氣體不完全燃燒損失。
當(dāng)揮發(fā)分燃燒完畢，進(jìn)入焦炭燃燒階段時(shí)，由于生物質(zhì)焦炭的結(jié)構(gòu)為構(gòu)散狀，氣流的擾動(dòng)就可使其解體懸浮起來，脫離燃燒層，迅速進(jìn)入爐膛的上方空間，經(jīng)過煙道而進(jìn)入煙囪，形成大量的固體不完全燃燒熱損失。此時(shí)燃燒層剩下的焦炭量很少，不能形成燃燒中心，使得燃燒后勁不足。這時(shí)如不嚴(yán)格控制進(jìn)入空氣量，將使空氣大量過剩，不但降低爐溫，而且增加排煙熱損失。總之，生物質(zhì)燃燒的速度忽快忽慢，燃燒所需的氧量與外界的供氧極不匹配，呈波浪式燃燒，燃燒過程不穩(wěn)定。
⑨生物質(zhì)成型燃料燃燒特性
由于生物質(zhì)成型燃料是經(jīng)過高壓而形成的塊狀燃料，其密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原生物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與組織特征就決定了揮發(fā)分的逸出速度與傳熱速度都大大降低。點(diǎn)火溫度有所升高，點(diǎn)火性能變差，但比型煤的點(diǎn)火性能要好，從點(diǎn)火性能考慮，仍不失生物質(zhì)點(diǎn)火特性。燃燒開始時(shí)揮發(fā)分慢慢分解，燃燒處于動(dòng)力區(qū)，隨著揮發(fā)分燃燒逐漸進(jìn)入過渡區(qū)與擴(kuò)散區(qū)，燃燒速度適中，能夠使揮發(fā)分放出的熱量及時(shí)傳遞給受熱面，使排煙熱損失降低。同時(shí)揮發(fā)分燃燒所需的氧與外界擴(kuò)散的氧很好的匹配，揮發(fā)分能夠燃盡，又不過多的加入空氣，爐溫逐漸升高，減少了大量的氣體不完全燃燒損失與排煙熱損失。
揮發(fā)分燃燒后，剩余的焦炭骨架結(jié)構(gòu)緊密，像型煤焦炭骨架一樣，運(yùn)動(dòng)的氣流不能使骨架解體懸浮，使骨架炭能保持層狀燃燒，能夠形成層狀燃燒核心。這時(shí)炭的燃燒所需要的氧與靜態(tài)滲透擴(kuò)散的氧相當(dāng)，燃燒穩(wěn)定持續(xù)，爐溫較高，從而減少了固體與排煙熱損失。在燃燒過程中可以清楚地看到炭的燃燒過程，藍(lán)色火焰包裹著明亮的炭塊，燃燒時(shí)間明顯延長(zhǎng)。
總之，生物質(zhì)成型燃料燃燒速度均勻適中，燃燒所需的氧量與外界滲透擴(kuò)散的氧量能夠較好的匹配，燃燒波浪減小，燃燒相對(duì)穩(wěn)定。
1.4生物質(zhì)成型壓塊點(diǎn)火助燃劑
目前還沒有對(duì)生物質(zhì)成型壓塊點(diǎn)火助燃劑的研究和報(bào)道，已有的煤用增燃劑、助燃劑、型煤粘結(jié)劑以及火鍋煤球、易燃炭球等都只適用于煤的增燃和助燃。由于壓縮成型前的玉米秸等生物質(zhì)原料（被粉碎的）疏松質(zhì)輕，不能和煤用增燃劑、助燃劑和粘結(jié)劑（堅(jiān)硬固體）均勻摻和到一起，更重要的是在生物質(zhì)原料壓縮成型過程中成型機(jī)模具和物料都會(huì)產(chǎn)生較高的溫度，如果在壓縮成型過程中加入助燃劑將會(huì)在壓制過程中引起火災(zāi)。在市場(chǎng)購(gòu)買的易燃煤球和炭球也不能將成型燃料很好的引燃。因此，急需要研制適合于生物質(zhì)固化成型燃料點(diǎn)火的專用引火助燃劑，用于解決普遍存在的成型燃料點(diǎn)火難問題。
1.5本文研究的主要內(nèi)容
本課題來源是北京市科委。生物質(zhì)半氣化爐的推廣對(duì)改善農(nóng)民生活質(zhì)量、減少秸稈的焚燒和環(huán)境污染等起到了積極的作用。但是，在推廣過程中，由于生物質(zhì)成型燃料與氣化爐具沒能形成良好的鏈接，農(nóng)民在使用過程中存在點(diǎn)火難和使用不方便的問題，導(dǎo)致爐具使用率較低，嚴(yán)重影響了生物質(zhì)成型技術(shù)的進(jìn)一步推廣。能否讓農(nóng)民方便快捷的將成型燃料迅速點(diǎn)燃是生物質(zhì)半氣化爐能否順利推廣的關(guān)鍵所在。
本文針對(duì)以上問題，主要進(jìn)行一下三個(gè)方面的研究：
(1)助燃劑的研制；
(2)點(diǎn)火影響因素的研究；
(3)點(diǎn)火方法的研究。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售的顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、木屑顆粒機(jī)專業(yè)處理農(nóng)作物秸稈焚燒問題。
