//soledad.com.cn    我國生物質能源相當豐富，僅各類農業廢棄物（如秸稈等）的資源量每年就相當于3.08億噸標煤。生物質成型燃料是將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等生物質廢棄物，用機械加壓的方法，使原來松散、無定形的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的固體成型燃料，其具有體積小、密度大、儲運方便；燃燒穩定、周期長；燃燒效率高；灰渣及煙氣中污染物含量小等優點，為從根本上解決農村能源短缺和秸稈焚燒問題提供了有效途徑。
    一直以來，在我國的廣大農村，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，還浪費了大量生物質能源，針對這種現狀，河南農業大學的教授們在有關政府部門的大力支持下，完成了壓縮成型機的研制和生物質專用改良灶、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，而且每次點火也很浪費生物質資源。所以在原有的灶具設計基礎上，提出了生物質灶具封火的設計方案，對優化廣大農村地區的炊事燃料問題具有重要的意義。
1  生物質成型燃料的燃燒
    生物質成型燃料燃燒屬于靜態滲透式擴散燃燒，從著火后開始其燃燒過程如下：1）生物質成型燃料表面可燃揮發物燃燒．進行可燃氣體和氧氣的放熱化學反應，形成火焰；2）除生物質成型燃料表面可燃揮發物燃燒外，成型燃料表層部分的炭處于過渡燃燒區，形成較長火焰；3）生物質成型燃料表面仍有較少的揮發分燃燒，燃燒向成型燃料更深層滲透。焦炭的擴散燃燒，燃燒產物C0₂、CO及其它氣體向外擴散，CO不斷與0₂結合成C0₂，成型燃料表層生成薄灰殼，外層包圍著火焰；4）生物質成型燃料進一步地向更深層發展，在層內主要進行碳燃燒（即C+O₂一CO），在其表面進行一氧化碳的燃燒（即CO+O₂一CO₂），形成比較厚的灰殼，由于生物質的燃盡和熱膨脹，灰層中呈現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  生物質成型燃料灶具的設計
2.1生物質成型燃料灶具的設計原則
    生物質成型燃料灶具的設計原則為：1）適應當地燃料要求，易點燃、上火速度快、省時間；2）結構合理，熱效率高，比舊柴灶省柴；3）安全、衛生、熱性能穩定；4）有輔鍋和其它余熱利用裝置。
    根據農村的實際情況，考慮技術和成本等因素，設計的生物質成型燃料灶具以燃燒效果相對較差的成型燃料為主，在河南農村地區推廣的該灶具，主要是粒度為直徑50～120 mm的實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生物質成型燃料灶具的結構
    生物質成型燃料燭具由封火蓋、灶膛、灶篦、輔鍋、煙囪等部分組成，其結構簡圖如圖1所示。
 
    其中2既是出灰口，又是進風口，通過封火蓋1可以調節進風量的大小；進料口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，其內部空間較大，有利于放入足夠多的成型燃料，也有利于進入足夠多的空氣，使燃料的燃燒能充分進行，這種灶膛的內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；為延長可燃氣體或煙氣在灶內停留時間及調整火焰和煙氣流動方向，控制煙氣流速，在灶膛4內設置攔火圈，攔火圈與灶膛表面抹光成一體，可以通過試驗修改確定攔火圈的合適高度；灶蓖5用于支撐燃料并通風助燃，灶蓖5的安裝，應保證空氣進入順利通暢，且分布均勻；煙囪9產生的抽力要能克服空氣與煙氣流動的阻力，使灶膛內稍有負壓。
    第一次使用時打開封火蓋1和閘板8，檢查進風口和出煙口是否暢通，須保證空氣、煙氣的順利流通，先點燃引火柴，等引火柴燒旺后，加入少量成型燃料，關上進料口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經煙囪9排出室外。炊事完畢，關上閘板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：
    B_L= Q_L／（Q_net.arn_r）   （1）
式中：B_L一每次炊事的燃料消耗量，kg；Q_L 為每次炊事所需的熱量，kJ；Q_net.ar為成型燃料的收到基低位發熱量，kj/kg；n_r為成型燃料的熱效率，%。
    根據在河南商丘的測試與實驗，B_L直接取經驗數值2 kg。
2.3.2灶膛容積的確定灶膛容積按(2)式計算：
    V_L= B_LQ_net.arn_L/（q_vmaxl）   (2)
式中：V_L為灶膛容積，m³；n_L一灶膛設計的熱效率，%；q_vmax為灶膛的最大熱容強度，kj/（h·m³）；t為每次炊事所需時間，h。
為延長可燃氣體或煙氣在灶內停留時間及調整火焰和煙氣流動方向，控制煙氣流速，在灶膛內設置攔火圈。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，通過試驗修改確定。燒

3   生物質成型燃料灶具熱性能測試
結果
    根據CB 4363 -1984《民用柴爐、柴灶熱性能測試方法》，對設計的生物質成型燃料灶具進行熱性能測試，試驗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   結論
    4.1由熱性能測試結果可知，生物質成型燃料灶具的熱效率達到并高于設計值，說明該灶具的設計是合理的。
    4.2生物質成型燃料灶具的升溫速度和蒸發速度都很高，說明該灶具具有很好的啟動性能和持續加熱性能。
    4.3由熱性能測試結果可知，生物質成型燃料灶具具有良好的封火性能。
    生物質成型燃料灶具燃燒穩定、操作方便、使用安全、熱效率高、成本低，適合在廣大農村使用，在我國村鎮有較好的推廣應用前景。該灶具的研制為生物質成型燃料提供了配套的新型灶具，支持了生物質能資源的有效利用，為秸稈等生物質的合理利用尋找了一條新途徑，具有顯著的經濟效益與社會效益。
    三門峽富通新能源還生產銷售顆粒機、秸稈壓塊機、木屑顆粒機、飼料顆粒機等生物質燃料飼料成型設備。

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