生物質（zhì）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（xiè）顆粒機、飼料（liào）顆粒（lì）機、秸（jiē）稈壓塊機等設備）將（jiāng）鬆散細（xì）碎（suì）的無（wú） 定型的秸稈擠壓成質地（dì）致密、形狀規則的成型燃料。如下（xià）圖所示： 原料擠壓成型後，密度可達0.8～1.3 t／m ，能量密度 與中質煤相當，可（kě）代替傳統礦物化石能源用於生（shēng）產和生活領 域，該技術已在世界範圍（wéi）內得到了廣泛的發展（zhǎn）。 目前，世界上關於生（shēng）物質成型燃料燃燒設（shè）備有生物質燃料鍋爐等燃燒爐和壁爐，主要用於家庭取暖。對於大塊成型 燃料的燃燒設（shè）備在世界上研究還不多。國內（nèi）曾有將 0.8t立式燃煤爐改造為燃用生物質成型燃料鍋（guō）爐。 但改造後鍋爐燃燒秸稈成型燃料存在 3個突（tū）出問 題：燃燒不穩（wěn）定。在燃燒（shāo）初期，大量的揮發份析（xī） 出，使部分揮發份來不及燃燒（shāo）或燃（rán）燒不完全，冒黑煙 現象嚴重，並且燃燒速度在很短時間內迅速下降（jiàng）； 存在（zài）著嚴（yán）重的（de）結渣現象。結渣增加了一次風的阻 力，減少了一次風（fēng）的進（jìn）入量，從（cóng）而影響（xiǎng）秸稈成型塊的 燃燒效率；煙氣中飄（piāo）塵含量偏高。秸稈成型塊燃（rán） 燒過程中（zhōng）的飄塵現象比秸稈（gǎn）散燒有所緩解，但仍達 不（bú）到國家環保要求 。為（wéi）了探討適合生物質成型燃裝置，同時解決秸稈成型（xíng）塊在燃燒過 程中（zhōng）存在的這（zhè）些問題，筆者對秸稈成型燃料在馬弗 爐上（shàng）進行了（le）單顆粒燃（rán）燒試驗，對單顆粒成型（xíng）燃料的 燃燒（shāo）速（sù）度和燃燒機理進行了探討，並設計出一種能 使秸稈成型（xíng）燃料穩定、充分燃燒的燃燒裝置（zhì） 。 1、秸稈生物質成型燃料燃燒試（shì）驗 1.1秸稈燃料的工業分（fèn）析 生物質的工業分析及發熱量 表1為玉（yù）米（mǐ）稈、小麥稈、稻稈及二種煤的工（gōng）業（yè）分（fèn）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 於煤；而灰分和含碳量，特別是固定碳的含（hán）量遠低於 煤，其熱值（zhí）也小於煤。 1.2秸（jiē）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（fú）爐中進行，由熱電偶（ǒu）數字顯示儀 控製和測量溫度，用電子天（tiān）平、托盤天平稱（chēng）量。試驗材料采用單個秸稈成型燃料棒。 1.2.2秸（jiē）稈（gǎn）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（bāo）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（jiē）稈成型燃料 燃燒試驗按（àn）以下參（cān）數判斷燃燒速度：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（zhì）質量，單位為 g；成（chéng）型燃料的平均燃燒速 度 ：在某段時間內，單位（wèi）時間（jiān）內成型燃料燃燒和揮 發所失去的物（wù）質質量，單位為 g·min-1；成（chéng）型（xíng）燃料可（kě）燃物的相對燃燒速度Vt：在某段時間內，成型燃 料燃燒和（hé）揮發所失去的物質質量相對於成型（xíng）燃料中 可燃物和揮（huī）發物質量（liàng）的百（bǎi）分比，單位為％；成型燃 料中可燃物和揮發（fā）物的（de）質量（liàng）：Vad+FCad 成型棒的 質量，單位為 g。燃燒試驗結果示於表 2、表 3和表4。 試（shì）驗結果顯（xiǎn）示：不（bú）同秸稈的（de）成型燃料具有不同的燃燒速度，但呈現相（xiàng）同的（de）變化規律。即燃燒初期(0～5 min)平均燃燒速（sù）度快，中期為過度段（duàn）(5～10min)，後期(10～20 min)燃燒速度最慢且趨於平穩。這是因為燃燒初（chū）期主要是揮發份的燃（rán）燒，這時揮發份濃度最大且基本上沒有（yǒu）灰殼的阻礙作用。燃燒中（zhōng）期是揮發份和碳（tàn）的混合燃燒。該階段揮（huī）發份濃度較低，灰殼（ké）的逐漸加厚也阻礙（ài）揮發（fā）分向外溢出的速度。燃燒後期主要是碳和少量殘餘揮發份（fèn）的燃（rán）燒（shāo），不斷加（jiā）厚的灰層使氧氣向內滲透（tòu）和燃燒產物的向外擴散明顯受阻，降低了燃燒速（sù）度。在整（zhěng）個燃燒（shāo）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。又由於小（xiǎo）麥（mài）秸稈的灰分小於玉米秸稈的灰份（fèn），其燃（rán）燒過程中灰層的阻（zǔ）礙小於玉米秸（jiē）稈，因此小麥 秸稈燃燒速度的衰減速度略大於玉米秸稈；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（rán）燒到 15 min時速度趨於平穩且基本燃盡。由於（yú）秸稈原料的揮發份含量高，使秸稈成型燃（rán）料燃燒初期的速（sù）度（dù）受溫度（dù）的影（yǐng）響較大（dà），溫（wēn）度越（yuè）高（gāo），揮發份析出速度越快，燃燒平穩性愈差。通（tōng）風量對成型燃料燃燒（shāo）速度（dù）的影響主要是溫度的影響，通風使爐膛內的溫度降（jiàng）低，揮發份析出速度相對平穩（wěn）性。由於試驗爐膛較小，兩種通風工況對燃燒（shāo）速度的（de）影響沒有明顯區別。成型密度、成型直徑（一般（bān）圓柱（zhù）狀生物質顆粒（lì）燃料直徑（jìng）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（de）增大，一（yī）定程度上抑製了成型燃料揮發份的析出速度。成型直（zhí）徑和成（chéng）型質量的增加，使得（dé）燃燒初期的平均燃燒速（sù）度（dù）增大，即燃燒初期析出（chū）的（de）揮發份（fèn）增多，而在中後（hòu）期（qī）揮發份的析（xī）出速度相對穩定。成型燃（rán）料（liào）的燃燒主要是揮發分的燃燒，為了使秸稈（gǎn）能在整個燃燒（shāo）過程中實現完（wán）全燃燒，最重要的（de）措施是實現（xiàn）合理配風下的控溫燃燒，從（cóng）而控製秸稈成（chéng）型燃料在整個燃燒（shāo）過程中（zhōng）揮發份的析出速度能相對平穩，對燃燒速度和狀（zhuàng）態產（chǎn）生均衡的影響。 2、生物（wù）質成型燃料鍋爐設計 2.1主要設計參數 鍋爐產出（chū）熱（rè）水量 G =1000 kg/h，進水溫度 t js= 20 ，熱水溫（wēn）度 t =95 ，冷空氣溫度為 20 ，由於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（fèn）、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（rán）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（sǔn）失 q =2％ ，散熱損失 q =6％，灰渣物理熱損失 q =2％ ，鍋爐效（xiào）率70％ ，爐排麵積熱強度（dù） q= 430 kW/m ，爐膛體積（jī）熱負（fù）荷 q =380 kW/m3，爐膛過 剩空（kōng）氣（qì）係數 a=1.2，排煙處過剩空（kōng）氣係數 apy= 1.55。 2.2 生物質成（chéng）型燃料鍋爐結構布置（zhì） 設計的生物質成型燃料（liào）鍋爐（lú）采用雙膽反燒結 構。由環型外膽、環型內膽、上爐門、中（zhōng）爐門、下爐 門、觀（guān）火口、上爐（lú）排、下爐（lú）排、風室、二次鳳管、爐膛、 輻（fú）射受（shòu）熱麵（miàn）、對流受熱麵、排汽管、煙道、煙囪等部分 組成，其結構（gòu）布置如圖 1所示。 雙層爐排的（de）上爐門常開，作為投燃料與供（gòng）應空（kōng）氣之用，中爐門用於調（diào）整 下爐排上燃料的燃燒和清除灰渣，下（xià）爐門用於排灰， 觀火口除用於觀火外還用（yòng）於上爐排的清（qīng）渣，正常運 行（háng）時中爐門、下爐門（mén）、觀火口關閉。上爐排以上的空 間相（xiàng）當於風（fēng）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（de）空間為（wéi） 爐膛，環型（xíng）外膽和環型內膽之（zhī）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（yuán）理是，一定粒徑生物（wù）質成型燃料經上爐門被送（sòng）入上爐排上燃燒，一次空氣通過上爐門吸入，上爐排漏（lòu）下的生物質屑和灰渣到下爐排上繼（jì）續燃燒和燃盡。秸稈成型（xíng）燃料（liào）燃燒時產生的未完全燃燒的 CO及揮（huī）發份穿過爐排，並爐膛內與（yǔ）二次風混（hún）合後進行二次燃燒，燃燒後的煙氣與下爐排上燃料產生的煙氣一起，經環型外膽和（hé）環型內膽之間構成煙道進入煙囪。這（zhè）種燃燒方（fāng）式，實現了生物質成型燃（rán）料的分步燃燒，緩解生物質燃燒速度，達（dá）到燃燒需氧與供氧的匹配，使生物質（zhì）成型燃料穩定持續完全燃燒（shāo）。 3、生物質成型燃料鍋爐試驗 根據工業（yè）鍋爐熱實驗規（guī）範(GB10108.88)、鍋爐 大氣汙（wū）染物（wù）排放標準（zhǔn）(GWPB321999)及鍋爐煙塵（chén）測 試方法(GB54682．91)，對該生物質成（chéng）型燃料鍋爐熱 性能及環保指標（biāo）進行測（cè）試。 3.1 主要測（cè）試儀表 （1）KM9106綜合燃燒分（fèn）析儀 （2）IRT22000A手 持式快速紅外測（cè）溫儀 （3）SWJ精密數字熱電偶溫度 計 （4）應（yīng）用 3012H型自動煙塵(氣)測試儀等。 3.2 試（shì）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（dào）基淨發熱量為 15847 kJ/kg。試驗結果示於表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（gǎn）成（chéng）型燃料不直接進入（rù）燃燒室，使燃料從爐壁到剛投人爐（lú）內的新料層溫度逐（zhú）漸降低形（xíng）成溫度梯（tī）度，使揮發（fā）分的析出速度相對平（píng）穩，解決秸稈成型塊燃燒的不穩定現象；灰渣在料層（céng）的壓力和自身的重力作用下自動下落，基本上解決了秸稈（gǎn）成型（xíng）燃料結渣對（duì）燃燒產生的不利影（yǐng）響；采用煙道加（jiā）寬，使（shǐ）煙氣流速降（jiàng）低，同時改（gǎi）變煙氣流向迫使煙（yān）塵下落，有效解決（jué）了煙氣中飄塵問題。 （2）從不同直徑（jìng）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（lú）的熱效率、熱（rè）水流量、熱水壓力（lì）與溫度等（děng）熱性能參數達到或接近設計要求（qiú）。鍋爐熱效率隨成型燃料直徑的增大而降低，直徑（jìng）為 130mm的玉米秸稈成型燃料在燃燒裝置內的燃燒（shāo）狀況明顯變差，燃（rán）燒效率為（wéi） 65．4％，一（yī）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（xíng）成空氣束，布風不勻，使（shǐ）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（yóu）試驗結果得（dé）出：直徑為 45 mm、55 mm、65mm、75mm和90 mm的玉（yù）米秸稈成型燃料燃燒時， 該種（zhǒng）鍋爐氣體不完全燃燒損失基本為（wéi）0.1％～1.5％，固體不完全燃燒損失（shī）為0.67％～6.75％ ，燃（rán）燒效率（lǜ）高達99.23％～91.75％ ，熱效率達75.6％～85.01％。 （4）試驗除開始點火時（shí）有少量黑煙外，燃燒裝置 正常運行後，整個（gè）過程燃燒連續平穩，鍋爐排煙中CO、NO 、SO：和煙塵濃度等（děng）環保指標遠遠（yuǎn）低於（yú）燃煤 鍋（guō）爐，符合國家工業鍋爐大氣汙染物（wù）排放標準要求。 （5）從試驗結果來看，生物（wù）質（zhì）成（chéng）型燃料鍋爐的運 行（háng）參數與（yǔ）設計選用參數（shù）之間存在一定的差別，這可（kě）能是由於該爐設（shè）計參數是根據生物質(秸稈)成型（xíng）燃料特性相近的煤質和經驗確定造成的（de）。因此，需不斷完善生物質(秸稈)成型燃料鍋爐主要設計數（shù）據，以提高生（shēng）物質(秸稈)成型燃料鍋爐設計精度。 4、結 語（yǔ） 秸（jiē）稈成型燃料和燃燒技術已引起（qǐ）了人們的廣泛興趣。通過（guò）對（duì）秸稈成型（xíng）燃料單顆（kē）粒燃燒試驗和對秸稈成型（xíng）燃料燃燒規律的探討，本文針（zhēn）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（fǎn）燒結構。這（zhè）種結構不但有利於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（cì）風道的問題和爐（lú）具（jù）排煙中飄（piāo）塵含量過高的問題。對設計出（chū）的秸稈成型燃料鍋爐的測試表明（míng）：該爐具有較高的熱效率和環保效益，燃用（yòng）秸稈成型燃料燃（rán）燒（shāo）穩定、床（chuáng）層不易結渣且（qiě）煙氣中飄塵含（hán）量達標。轉（zhuǎn）載請注（zhù）明：河（hé）南省麻豆影视传媒文化新能源顆粒機