在能源问题日趋严峻的今天，生物质能成为一种替代能源已经被世界所认可．生物质秸秆作为可再生资源，不仅可以缓解日益严峻的能源问题，同时有利于环境保护。
世界对生物质能源化技术研究已取得很大成就，而目前发展快、应用最多的是生物质秸秆直燃发电和生物质秸秆生物质成型颗粒燃料两项技术，其中生物质直燃发电技术近年来得到快速应用，但秸秆直燃发电厂仅适用于秸秆丰富的地区，生物质秸秆生物质成型颗粒燃料技术可以在更大的范围内使用，但目前在生物质秸秆生物质成型颗粒燃料使用中出现了许多问题：1）没有合适的燃烧设备．由于秸秆比煤更易着火燃烧和燃尽，因此使用者大多直接采用燃煤锅炉，2）大多数生物质秸秆锅炉并不适合秸秆燃烧，由于缺乏对生物质秸秆燃烧特性的认识，目前推出的生物质秸秆锅炉，设计上存在严重缺陷，导致锅炉实际效率低，冒黑烟等问题，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机、秸秆颗粒机压制的生物质颗粒燃料，家用生物质锅炉如下图所示：
为了解决上述问题，笔者根据农作物秸秆压块的燃料及燃烧特性，设计并加工制造新型生物质压块热水锅炉，对缓解农村秸秆焚烧问题以及能源合理、有效利用有重要意义。
1、设计依据1.1 生物质压块燃料特性
生物质压块燃料是由玉米、水稻、小麦等秸秆作为原料挤压而成，形状通常呈圆形或方形，其元素种类与原材料基本相同．通过实验测定，挤压密度在0.9～1.2g/cm3范围内便于充分燃烧且结焦率很小。
参照国家标准GB212 -9煤的工业分析法和GB5186生物质燃料发热值测量方法，对3种生物质秸秆进行工业分析及发热值测定，所得结果如表1所示。
由表l可以看出生物质空气干燥基中的碳含量集中在35%～43%，灰分和含碳量都小于煤.N元素含量占0.6%～1%，S元素占0.1%～0.2%，这远远低于煤炭中N元素和S元素的含量，因此生物质压块燃烧产生的有害气体远低于煤炭，生物质压块挥发分含量一般高达55%以上，所以在设计生物质锅炉过程中挥发分是要考虑的主要因素。
1.2烘烧特性分析
生物质燃料经过挤压后密度增大，使得挥发分溢出变得缓慢，但与煤相比仍然十分迅速．燃烧开始阶段点火温度有所提高，点火性能相对减弱，燃烧初期挥发分缓慢分解，生物质热分解的温度比较低，一般在350℃就释放出80%左右的挥发分，燃烧速度很快．高挥发份在燃料不完全燃烧过程中析出，要充分燃烧这些挥发分必须配以足量二次风，以减少气体不完全燃烧损失。
与一般常见燃料相比，生物质的灰熔点较低，因为生物质燃料包含相对大量碱金属，如钾、钠、氯等，这些碱金属降低灰分的熔点．使得炉膛内燃烧温度超过700℃时即会引起聚团结渣，达到1000℃以上将会严重结渣，因此燃烧区采用低温厌氧燃烧将会有效减轻结渣现象。
总体来看，生物质压块燃烧速度适中，燃烧相对稳定．只要控制好炉膛内氧量及炉膛温度，便会使燃料燃烧完全。
2、生物质生物质成型颗粒燃料热水锅炉设计
2.1锅炉结构示意图
生物质成型热水锅炉由炉门孔、进料口、炉排、燃烧室、一次通风口、二次风管、降尘室、对流受热面、烟道、烟囱等部件组成。
2.2生物质生物质成型颗粒燃料锅炉的工作原理
锅炉燃烧部分由下到上由3部分构成：灰渣区；固体燃烧区；气体然烧区。固体燃烧区使压块燃料初步燃烧，产生大量可燃气体，可燃气体在气体燃烧区内配以足够二次风的情况下顺利燃烧，高温烟气首先以较低速度横向冲刷错列布置的凝渣管，然后进入降尘室，此处大量飞灰由于重力作用面停留，随后烟气进入三行程火管，每行程火管烟气流通面积逐渐减小，使烟气始终以楣对较高速度冲刷火管。
2.3燃烧设备设计
2.3.1燃烧设备中炉排及炉膛尺寸
炉排尺寸与炉膛尺寸是锅炉设计的重要参数，也是首先要确定的参数，他们直接影响到锅炉供热量与燃烧情况．根据锅炉原理及计算，选取合适的炉排面积热负荷及炉膛容积热负荷，其中，炉排面积热负荷q=400 kW．m-2;炉膛容积热负荷g，=350kW·m3；炉排尺寸A。
2.3.2一次风、二次风送风装置
针对生物质燃料高挥发份的特点，采用分级配风模式，由于空气中氧气体积占21%，则1 kg生物质燃料燃烧理论空气量为
v=0.0889(C+0.375S)+0.265H-0.0333O
根据试验证明中型生物质锅炉过量空气系数一般大于1.5，本小型锅炉过量空气系数取1.8，一次风、二次风风量配比4:6，这样分配的目的是：一次风使燃料在固相燃烧区低温半气化燃烧，有效减少炉膛结渣现象产生，二次风使挥发分在气体燃烧区全部燃尽。
二次风从二次风管以一定角度吹向炉膛，在炉膛内形成漩涡型气流流场，这样能使燃烧火焰向中间靠拢，提高火焰温度，同时还延长火焰在炉膛停留时间，对炭及挥发分充分燃烧有重要作用。
2.4.2对流受热面的设计
对流受热面可分为降尘受热面以及降温受热面．降尘受热面布置在炉膛出口处如图1所示，高温烟气以3～5 m/s速度横向冲刷错列钢管，有效防止大量飞灰随烟气进入下一级吸热面，同时由于烟气温度较高，该对流受热面吸收一部分辐射热量，吸热受热面是烟气以14~16m/s速度流经三行程烟管，实验证明，这样既保证锅炉的吸热量，同时由于烟气在烟管内停留时间较短，有效防止碱金属灰析出。
3、生物质生物质成型颗粒燃料热水锅炉性能
3.1试验教据
为进一步验证该生物质锅炉设计的合理性及锅炉效率、烟气排放特性，根据CCAEPI - RG-Q-28环保产品认证实施规则《生物质生物质成型颗粒燃料锅炉》、GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》、GB10180/T-2003《工业锅炉热工性能试验规程》，对该生物质燃料锅炉进行热性能及环保指标测试。
3.2结果分析
由表2~3的物质生物质成型颗粒燃料热水锅炉测试可以看出，正、反平衡试验结果均达到了预定的供热量，反平衡测试中格林曼黑度级小于1，且排放物浓度均小于燃煤锅炉，证明锅炉设计的合理性。
4 结 论
通过对生物质锅炉设计及测试，得到以下结论：
1)生物质压块由于其燃料特性与燃烧特性要求其燃烧设备的风量配比与煤相比有所不同．生物质压块燃烧要求过量空气系数大于1.5，且二次风风量占总供风量的60%情况下燃料燃烧更充分；
2)生物质热水锅炉效率可达到80.14%，烟尘、S02 .NOx排放浓度都有远低于国家关于工业锅炉大气中污染物排放标准要求．生物质锅炉C02排放量为零，这对控制温室效应有长远意义；
3)生物质热水锅炉结构简单，成本低廉，且解决农村秸秆焚烧的难题，无论从社会效益还是经济效益均有广泛的应用前景。
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