隨著常規(guī)能源供應(yīng)的緊缺和價(jià)格的不斷上漲，合理開發(fā)利用可再生的生物質(zhì)資源，將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)燃料，已越來越引起人們的重視．農(nóng)作物秸稈體積能量密度低，運(yùn)輸、燃用不方便，直接燃燒熱效率低，但棉桿等秸稈破碎后在熱壓成型機(jī)上可制成生物質(zhì)成型燃料，密度可達(dá)1.0～1.2 g/m3，運(yùn)輸、貯存方便，可替代木柴和煤作為生活或農(nóng)副產(chǎn)品加工燃料，也可作為生物質(zhì)氣化爐的燃料和制炭原料，且秸稈壓縮成型又能防止農(nóng)業(yè)病蟲害的寄生繁衍。
有關(guān)秸稈壓縮成型工藝及力學(xué)特性和機(jī)械設(shè)備研制等方面的研究報(bào)道較多，但棉桿等生物質(zhì)成型燃料的燃燒特性研究報(bào)道很少，因此配套爐子的研制和成型燃料的應(yīng)用缺乏科學(xué)依據(jù)，本文的研究目的是獲取棉桿成型塊等生物質(zhì)燃料在移動(dòng)層上吸式熱解燃燒爐中的熱特性參數(shù)，探明燃燒過程中升溫速率、降溫速率等指標(biāo)隨燃燒時(shí)間的變化規(guī)律以及揮發(fā)份穩(wěn)定燃燒的條件，富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型燃料。
1、材料與方法
1.1試驗(yàn)材料及燃燒方法
用生物質(zhì)熱壓成型機(jī)壓制的棉桿成型塊作為試驗(yàn)樣品，成型塊截面尺寸55mmX55mm，內(nèi)孔直徑15mm．采集其它生物質(zhì)固體燃料：木塊、椰棗樹枝、玉米芯、棉桿和牛糞餅等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)．
生物質(zhì)燃料在小型的移動(dòng)層上吸式熱解燃燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒特性試驗(yàn)，見圖1．爐子由圓柱狀爐體（內(nèi)膽直徑100 mm）、一次進(jìn)風(fēng)口(直徑30 mm)、爐柵、二次進(jìn)風(fēng)口（直徑30 mm）和出風(fēng)口（燃燒腔）等組成見圖1．燃料從上部加入并充填到爐膽內(nèi)；試驗(yàn)時(shí)首先將上部燃料引燃，熱解及氣化反應(yīng)自上而下進(jìn)行，固體物料層逐漸下移減少．一次進(jìn)風(fēng)口吸人的空氣自下而上流動(dòng)，使上層部分燃料氧化燃燒，為固體物料的熱解氣化提供熱量，二次進(jìn)風(fēng)口吸入的空氣從爐膽上部均布的小孔(直徑3～4 mm)流出，與自下而上（上吸式）可燃?xì)怏w混合燃燒，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的灰分靠自重通過燃料之間的間隙和爐柵落入底部灰腔內(nèi)，熱電偶用于測(cè)定爐子的火焰溫度和鍋內(nèi)水溫，由計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)并顯示．
1.2測(cè)試內(nèi)容與方法
1. 2.1生物質(zhì)燃料的理化特性參數(shù)測(cè)定利用常規(guī)分析方法，測(cè)定棉桿成型塊和其它固體生物質(zhì)燃料的理化特性參數(shù)．其中，固體揮發(fā)份采用在300℃下隔絕空氣加熱120 min和450℃下加熱20 min兩種方式測(cè)定，測(cè)量重復(fù)5次，取平均值．
1.2.2相同重量的生物質(zhì)燃料的燃燒特性測(cè)定 在相同的爐子運(yùn)行參數(shù)和試驗(yàn)條件下，測(cè)定不同種類生物質(zhì)燃料加熱鍋中相同重量水的熱性能，鍋內(nèi)水重量為17.5 kg．由最小容積密度的燃料（棉桿）充滿爐膽，燃料的重量為500 g．容積密度大于棉桿的其他燃料，則不能填滿爐膽，測(cè)試前爐子用少量棉桿燃燒預(yù)熱，使各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在同樣的初始條件下進(jìn)行．鍋水吸熱獲得的熱能作為計(jì)算爐子有效熱能的依據(jù)．
有效熱能一水重量×水比熱×水的增溫．
該實(shí)驗(yàn)中，由于水溫沒有達(dá)到沸點(diǎn)，故在有效熱能的計(jì)算中，鍋水蒸發(fā)所消耗的能量可忽略不計(jì)．測(cè)量重復(fù)5次，取平均值。
1.2.3相同體積的生物質(zhì)燃料的燃燒特性測(cè)定測(cè)定體積相同（按爐子容積確定）的不同種類生物質(zhì)燃料，加熱鍋中相同重量水的熱性能，測(cè)試的固體燃料有：2.6 kg棉桿成型塊，1.3 kg椰棗樹枝，0.5 kg棉桿和0.5 kg牛糞餅．對(duì)棉桿成型塊和椰棗樹枝，需計(jì)算鍋內(nèi)水的蒸發(fā)量，這2種燃料將使鍋內(nèi)水溫達(dá)到沸點(diǎn)，其有效熱能應(yīng)按下式計(jì)算
有效熱能一水重量×水比熱×水的增溫十水蒸發(fā)量×水汽化潛熱，
鍋水升溫時(shí)吸收的熱量（顯熱）同蒸發(fā)的鍋水吸收的熱量（潛熱）之和與加入爐膽內(nèi)的燃料熱量之比，即為熱效率。
2、結(jié)果和討論
2.1 生物質(zhì)壓縮成型對(duì)燃料理化性能的影響
棉桿成型塊和其他生物質(zhì)固體燃料的理化特性參數(shù)測(cè)試結(jié)果見表1．從表1可知，棉桿壓縮成型后的比重比其它固體燃料大，是棉桿本身的2.14倍；棉桿成型塊的容積密度是未經(jīng)壓縮的棉桿的13倍，棉桿等生物質(zhì)燃料在300℃時(shí)熱解產(chǎn)生的可燃揮發(fā)份達(dá)80%以上，除牛糞餅外，這些生物質(zhì)燃料的固體揮發(fā)份和熱值接近，灰份含量少，但未經(jīng)壓縮處理的生物質(zhì)體積松散，燃燒相同重量的燃料時(shí)占據(jù)的爐子容積要比成型塊大得多．
2.2相同重量的生物質(zhì)燃料的燃燒特性比較
不同種類的生物質(zhì)燃料在重量相同情況下的燃燒結(jié)果見表2．表2結(jié)果表明，爐子的升溫速率或降溫速率與燃料的比重成反比，比重較大的燃料，燃燒升溫或降溫的速率較小，這是由于成型塊密度大，燃料變得致密，限制了揮發(fā)份的逸出速度，故升溫速率相對(duì)較低，且熱解過程及揮發(fā)份的逸出時(shí)間增加，爐子和鍋水的升溫時(shí)間明顯延長(zhǎng)．此外，由于壓縮密實(shí)作用，揮發(fā)份逸出后剩余的炭結(jié)構(gòu)緊密，運(yùn)動(dòng)氣流不易解體，炭的氣化和燃燒熱可以充分利用，故降溫速率也較低，因此，爐子的熱效率提高（燃燒棉桿成型塊達(dá)36. 7%，燃燒棉桿僅21.5%）．
試驗(yàn)結(jié)果還表明，棉桿成型塊在爐膽內(nèi)的充填量對(duì)燃燒腔的火焰溫度影響顯著，燃燒棉桿成型塊的最高爐溫（即爐子燃燒腔火焰對(duì)鍋?zhàn)拥募訜釡囟龋┎坏?40℃．這主要是由于棉桿成型塊容積密度最大，重量為500g的棉桿成型塊（燃料體積最小）位于爐膽下方，爐膽內(nèi)燃料充填量不足，空隙率較大，不能有效發(fā)揮爐子自上而下的移動(dòng)層熱解氣化作用；爐子上方的燃燒腔不能形成穩(wěn)定的可燃?xì)怏w燃燒火焰．
2.3相同體積的生物質(zhì)燃料的燃燒特性比較
表3為幾種生物質(zhì)燃料在分別充滿爐膽容積情況下的燃燒結(jié)果．同樣的爐子容納棉桿成型塊的重量是棉桿的5.2倍，棉桿成型塊的燃燒性能優(yōu)于棉桿，其燃燒效率比棉桿提高1. 72倍（棉桿成型塊為39. 3%，棉桿為22. 8%）．說明成型塊燃料充填滿爐膽，能充分發(fā)揮爐子的移動(dòng)層上吸式熱解燃燒功能，使?fàn)t子持續(xù)較長(zhǎng)的旺火時(shí)間，并且熱效率顯著提高．這是因?yàn)樯镔|(zhì)燃料熱解燃燒過程中，燃料首先脫水，然后釋放出揮發(fā)份，最后進(jìn)入碳化階段，隨著爐內(nèi)燃料的下移，反應(yīng)層依次為上部的還原層、中間的氧化層、下方的熱解層和干燥層，燃料熱解及干燥過程中產(chǎn)生的水分參與了還原層的氣化反應(yīng)，增加了可燃?xì)怏w的熱值，試驗(yàn)過程的觀察發(fā)現(xiàn)，燃燒腔能形成穩(wěn)定的可燃?xì)怏w燃燒火焰；熱解燃燒過程中，火焰高度不受反應(yīng)層下移的影響；而且固體物料轉(zhuǎn)化率高，灰份中幾乎無顆粒狀固體可燃物殘留．
3、結(jié) 論
3.1棉桿等生物質(zhì)燃料的固體揮發(fā)份高，灰份含量少；成型燃料的密度提高，體積縮小，結(jié)構(gòu)致密的成型燃料使配套的爐子容積可以明顯縮小．
3.2爐子的升溫速率和降溫速率與燃料的比重成反比．比重較大的棉桿成型燃料升溫速率或降溫速率均較低，但熱解揮發(fā)份的逸出時(shí)間增加，燃燒時(shí)間延長(zhǎng)，炭的氣化和燃燒熱也可充分利用，爐子的熱效率提高．
3.3棉桿成型塊在爐膽中的充填量對(duì)燃燒過程的火焰溫度影響顯著．成型塊燃料充填滿爐膽，使可燃?xì)怏w燃燒穩(wěn)定，高溫火焰持續(xù)時(shí)間增加，熱效率顯著提高，棉桿成型塊的燃燒性能優(yōu)于棉桿，其燃燒熱效率達(dá)39.3%，為棉桿的1.72倍，
