隨著常規能源供應的緊缺和價格的不斷上漲，合理開發利用可再生的生物質資源，將其轉化為優質燃料，已越來越引起人們的重視．農作物秸稈體積能量密度低，運輸、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上可制成生物質成型燃料，密度可達1.0～1.2 g/m3，運輸、貯存方便，可替代木柴和煤作為生活或農副產品加工燃料，也可作為生物質氣化爐的燃料和制炭原料，且秸稈壓縮成型又能防止農業病蟲害的寄生繁衍。
    有關秸稈壓縮成型工藝及力學特性和機械設備研制等方面的研究報道較多，但棉桿等生物質成型燃料的燃燒特性研究報道很少，因此配套爐子的研制和成型燃料的應用缺乏科學依據，本文的研究目的是獲取棉桿成型塊等生物質燃料在移動層上吸式熱解燃燒爐中的熱特性參數，探明燃燒過程中升溫速率、降溫速率等指標隨燃燒時間的變化規律以及揮發份穩定燃燒的條件，富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機、木屑顆粒機專業壓制生物質成型燃料。
1、材料與方法
1.1試驗材料及燃燒方法
    用生物質熱壓成型機壓制的棉桿成型塊作為試驗樣品，成型塊截面尺寸55mmX55mm，內孔直徑15mm．采集其它生物質固體燃料：木塊、椰棗樹枝、玉米芯、棉桿和牛糞餅等進行對比試驗．
    生物質燃料在小型的移動層上吸式熱解燃燒爐內進行燃燒特性試驗，見圖1．爐子由圓柱狀爐體（內膽直徑100 mm）、一次進風口(直徑30 mm)、爐柵、二次進風口（直徑30 mm）和出風口（燃燒腔）等組成見圖1．燃料從上部加入并充填到爐膽內；試驗時首先將上部燃料引燃，熱解及氣化反應自上而下進行，固體物料層逐漸下移減少．一次進風口吸人的空氣自下而上流動，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，二次進風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）可燃氣體混合燃燒，反應過程中產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，熱電偶用于測定爐子的火焰溫度和鍋內水溫，由計算機采集數據并顯示．
1.2測試內容與方法
1. 2.1生物質燃料的理化特性參數測定利用常規分析方法，測定棉桿成型塊和其它固體生物質燃料的理化特性參數．其中，固體揮發份采用在300℃下隔絕空氣加熱120 min和450℃下加熱20 min兩種方式測定，測量重復5次，取平均值．
1.2.2相同重量的生物質燃料的燃燒特性測定    在相同的爐子運行參數和試驗條件下，測定不同種類生物質燃料加熱鍋中相同重量水的熱性能，鍋內水重量為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，測試前爐子用少量棉桿燃燒預熱，使各項實驗在同樣的初始條件下進行．鍋水吸熱獲得的熱能作為計算爐子有效熱能的依據．
    有效熱能一水重量×水比熱×水的增溫．
    該實驗中，由于水溫沒有達到沸點，故在有效熱能的計算中，鍋水蒸發所消耗的能量可忽略不計．測量重復5次，取平均值。
1.2.3相同體積的生物質燃料的燃燒特性測定測定體積相同（按爐子容積確定）的不同種類生物質燃料，加熱鍋中相同重量水的熱性能，測試的固體燃料有：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．對棉桿成型塊和椰棗樹枝，需計算鍋內水的蒸發量，這2種燃料將使鍋內水溫達到沸點，其有效熱能應按下式計算
    有效熱能一水重量×水比熱×水的增溫十水蒸發量×水汽化潛熱，
    鍋水升溫時吸收的熱量（顯熱）同蒸發的鍋水吸收的熱量（潛熱）之和與加入爐膽內的燃料熱量之比，即為熱效率。
2、結果和討論
2.1  生物質壓縮成型對燃料理化性能的影響
    棉桿成型塊和其他生物質固體燃料的理化特性參數測試結果見表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壓縮的棉桿的13倍，棉桿等生物質燃料在300℃時熱解產生的可燃揮發份達80%以上，除牛糞餅外，這些生物質燃料的固體揮發份和熱值接近，灰份含量少，但未經壓縮處理的生物質體積松散，燃燒相同重量的燃料時占據的爐子容積要比成型塊大得多．
2.2相同重量的生物質燃料的燃燒特性比較
    不同種類的生物質燃料在重量相同情況下的燃燒結果見表2．表2結果表明，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，限制了揮發份的逸出速度，故升溫速率相對較低，且熱解過程及揮發份的逸出時間增加，爐子和鍋水的升溫時間明顯延長．此外，由于壓縮密實作用，揮發份逸出后剩余的炭結構緊密，運動氣流不易解體，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36. 7%，燃燒棉桿僅21.5%）．
    試驗結果還表明，棉桿成型塊在爐膽內的充填量對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鍋子的加熱溫度）不到240℃．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，爐膽內燃料充填量不足，空隙率較大，不能有效發揮爐子自上而下的移動層熱解氣化作用；爐子上方的燃燒腔不能形成穩定的可燃氣體燃燒火焰．
2.3相同體積的生物質燃料的燃燒特性比較
    表3為幾種生物質燃料在分別充滿爐膽容積情況下的燃燒結果．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，能充分發揮爐子的移動層上吸式熱解燃燒功能，使爐子持續較長的旺火時間，并且熱效率顯著提高．這是因為生物質燃料熱解燃燒過程中，燃料首先脫水，然后釋放出揮發份，最后進入碳化階段，隨著爐內燃料的下移，反應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生的水分參與了還原層的氣化反應，增加了可燃氣體的熱值，試驗過程的觀察發現，燃燒腔能形成穩定的可燃氣體燃燒火焰；熱解燃燒過程中，火焰高度不受反應層下移的影響；而且固體物料轉化率高，灰份中幾乎無顆粒狀固體可燃物殘留．
3、結  論
3.1棉桿等生物質燃料的固體揮發份高，灰份含量少；成型燃料的密度提高，體積縮小，結構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，但熱解揮發份的逸出時間增加，燃燒時間延長，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，使可燃氣體燃燒穩定，高溫火焰持續時間增加，熱效率顯著提高，棉桿成型塊的燃燒性能優于棉桿，其燃燒熱效率達39.3%，為棉桿的1.72倍，