農(nóng)村能源資源是指可在農(nóng)村就地開(kāi)發(fā)和利用的能源物質(zhì)，如薪柴、農(nóng)作物秸稈、人畜糞便等，農(nóng)村能源基本上是可再生資源，而且具有較強(qiáng)的地域性、分散性和間歇性。
    農(nóng)村能源利用率低，其生物質(zhì)能源綜合利用效率僅為16%，薪柴超伐量達(dá)54%，秸稈直接燃燒用量占60%。生物質(zhì)能源的不合理消耗，加劇了農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡的失調(diào)。
    生物質(zhì)成型技術(shù)為高效利用農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物秸稈等提供了一條很好的途徑。為了更好地利用生物質(zhì)成型燃料，使農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)用上高品位的能源，筆者設(shè)計(jì)了一種用于取暖和炊事等用途的生物質(zhì)成型燃料鍋爐。
1、生物質(zhì)成型燃料燃燒特性
    生物質(zhì)成型燃料燃燒屬于靜態(tài)滲透式擴(kuò)散燃燒。該燃料在鍋爐中的燃燒可分為五個(gè)階段，總時(shí)間約為50min。
    ①生物質(zhì)成型燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒，進(jìn)行可燃?xì)怏w和氧氣的放熱化學(xué)反應(yīng)，形成火焰；
    ②除生物質(zhì)成型燃料表面可燃揮發(fā)物燃燒外，成型燃料表層部分的炭處于過(guò)渡燃燒區(qū)，形成較長(zhǎng)火焰；
    ③生物質(zhì)成型燃料表面仍有較少的揮發(fā)分燃燒，并且逐漸向成型燃料更深層滲透。焦炭燃燒產(chǎn)生的C02、CO及其它氣體向外擴(kuò)散，CO不斷與O2結(jié)合生成C02，成型燃料表層生成薄灰殼包圍著火焰；
    ④生物質(zhì)成型燃料進(jìn)一步向更深層燃燒，且主要是進(jìn)行碳燃燒(即C+02→C02)，在其表面則進(jìn)行一氧化碳的燃燒（即C0+02→CO2），形成了較厚的灰殼，由于生物質(zhì)的燃盡和熱膨脹，灰層中呈現(xiàn)微孔組織或空隙通道甚至裂縫，還有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(méi)有強(qiáng)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(gè)燃燒過(guò)程，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、生物質(zhì)成型燃料鍋爐設(shè)計(jì)
    生物質(zhì)成型燃料鍋爐由灰室、爐排、爐膛、爐門(mén)、二次配風(fēng)環(huán)、煙筒水套等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
    本次設(shè)計(jì)的生物質(zhì)成型燃料鍋爐主要是用于農(nóng)村取暖，其供暖能力（面積）為100m2。
2.1采暖熱負(fù)荷及燃料計(jì)算式中：Qh為采暖熱負(fù)荷(kW)；4為采暖建筑面積(m9；qa為采暖熱指標(biāo)(W/m2)。
    民用住宅采暖熱指標(biāo)推薦值為58—64，取qk=60Whu2。則采暖熱負(fù)荷為：
    Q/z=6.OkW=21600kj/h
    根據(jù)參考文獻(xiàn)，玉米秸稈成型燃料的低位發(fā)熱量Q=15658kj/kg假設(shè)本次設(shè)計(jì)的鍋爐熱效率77=70%，則每小時(shí)需要的燃料量為：
2.2爐膛參數(shù)確定
    爐膛指爐箅上部到爐口下部之間的部分，燃料在這里充分燃燒。優(yōu)化爐膛的幾何形狀可提高熱氣流的對(duì)流和輻射作用，使之有利于爐膛溫度的升高，從而增強(qiáng)水套和鍋與煙氣之間的傳熱：同時(shí)爐膛容積要適中，既不浪費(fèi)燃料又不影響通風(fēng)，避免燃燒不充分。
    決定爐膛容積大小的主要指標(biāo)是爐膛容積熱負(fù)荷，即每立方米爐膛容積中每小時(shí)燃料燃燒的發(fā)熱量大小。爐膛容積熱負(fù)荷過(guò)大，燃料在爐內(nèi)停留的時(shí)間短，不易完全燃燒；爐膛容積熱負(fù)荷過(guò)小，爐膛容積過(guò)大，則燃燒分散，火力不集中。
    爐膛容積計(jì)算公式為：口小的圓臺(tái)狀，平直的爐壁有利于減小空氣進(jìn)入爐膛的阻力，促進(jìn)空氣與燃料充分混合，增加空氣與燃料接觸的比表面積，促進(jìn)燃燒；直徑較大的空氣進(jìn)口使進(jìn)入的空氣可均勻地分布在燃燒室下方，空氣在煙囪抽力作用下向上方移動(dòng)，較均勻地供給燃料形成燃燒，而直徑較小的爐口可以起到聚集火焰、增加火力強(qiáng)度的作用。
    本次設(shè)計(jì)的生物質(zhì)成型燃料鍋爐上方較小的爐口直徑d為15cm。
2.3吊火高度
    吊火高度是指鍋爐底與爐排之間的垂直距離。吊火高度的確定與所燒燃料種類和鍋爐的大小有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和本次設(shè)計(jì)的鍋爐結(jié)構(gòu)確定吊火高度^為31cm，比一般爐具的30cm吊火高度要高。本爐具專門(mén)設(shè)計(jì)了拔火筒（主要在炊事時(shí)使用），其有利于火焰聚集，拔高火苗的高度，使鍋具能夠受到高溫火焰的沖刷，有利于提高上火速度和熱能利用率。
2.4爐排總面積與爐箅
    ①爐排總面積：
    本文中爐排總面積指爐箅爐條總面積及爐條之間縫隙總面積之和。
    根據(jù)以上分析和圖1可知爐膛為圓臺(tái)形，其體積表達(dá)式為：
2.5煙囪和通炕煙道
    煙囪設(shè)計(jì)在水套的上方；通炕煙道設(shè)計(jì)在水套后面，方便與農(nóng)村火炕相連接。在煙筒和通炕煙道內(nèi)部設(shè)計(jì)有翻板，可以任意調(diào)節(jié)其開(kāi)口的大小，用于控制煙氣的流量，進(jìn)而控制進(jìn)入爐具的空氣量和燃燒狀況。這種設(shè)計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品不但可以燒炕，而且還能做飯。
2.6水套部分設(shè)計(jì)
    鍋爐燃燒所產(chǎn)生的熱量，絕大多數(shù)都被水套吸收，水套吸收的熱量越多，鍋爐的熱效率就越高。水套設(shè)計(jì)的是否合理對(duì)鍋爐的熱效率影響很大，水套的設(shè)計(jì)要求煙氣能順利通過(guò)，并且要盡可能長(zhǎng)時(shí)間地停留在水套里，以便吸收更多的煙氣熱量；同時(shí)要求焊縫嚴(yán)密不漏水、不漏氣。
    本爐具水套采用2mm厚的Q235鋼板焊接而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。水套的夾層厚度為20mm，中央有一個(gè)直徑為244mm的環(huán)形水管，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，該環(huán)形水管的吸熱效果非常明顯。為了充分吸收煙氣的熱量，在水套后半部分縱向還設(shè)置了10根鋼管。
    爐體煙筒部分也設(shè)有水套，以便進(jìn)一步吸收煙氣余熱。煙筒水套的截面為圓環(huán)形，內(nèi)徑146mm，夾層厚度為23mm，也采用2mm厚的Q235鋼板焊接而成，用法蘭與水套相連接。這部分可以根據(jù)用戶的要求安裝在水套上，不需要時(shí)可拆卸下來(lái)。
2.7配風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    ①進(jìn)風(fēng)口：進(jìn)風(fēng)口的作用是供給空氣，調(diào)節(jié)風(fēng)量，清除灰渣。進(jìn)風(fēng)口的截面形狀為llOmmx150mm的方形，采用2mm厚的Q235鋼板焊接而成。
    ②配風(fēng)管：為了在炊事時(shí)提高上火速度，本鍋爐還配置了一個(gè)30W的鼓風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)安裝在爐體后側(cè)，從風(fēng)機(jī)出來(lái)的風(fēng)（空氣）被分成上下兩部分，下面的風(fēng)被配風(fēng)管引導(dǎo)從爐箅子下面吹入爐膛，作為一次風(fēng)供燃料燃燒使用；從上面吹入的風(fēng)被配風(fēng)管引導(dǎo)，經(jīng)二次配風(fēng)環(huán)出來(lái)，供沒(méi)有完全燃燒的揮發(fā)物燃燒，以提高燃料的利用率和減少有害物質(zhì)的排放。配風(fēng)管的截面形狀為方形，采用厚度為1mm的Q235鋼板點(diǎn)焊而成。
    ③二次配風(fēng)環(huán)：二次配風(fēng)環(huán)的作用是把從配風(fēng)管出來(lái)的風(fēng)（空氣）均勻地分布在爐口，使其能夠與氣體揮發(fā)物混合均勻進(jìn)而充分燃燒。二次配風(fēng)環(huán)四周均勻分布有若干個(gè)螺旋配風(fēng)槽，使火焰呈螺旋狀，有聚集火焰的作用，以提高火焰沖刷鍋底的時(shí)間和熱效率。二次配風(fēng)環(huán)為圓臺(tái)狀，其上開(kāi)有螺旋配風(fēng)槽的蓋可以取下來(lái)。
2.8爐體壁、保溫層和爐體外殼
    根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求，爐體壁為圓柱形，尺寸為∮304mmx263mm，采用2mm厚的鋼板焊接而成。
    保溫層的材料為耐火水泥，其厚度是由上爐口和爐箅子的尺寸決定的，形狀為喇叭形。上爐口的保溫層厚度為75mm，爐箅上部的保溫層厚度為20mm。
    爐體外殼（在圖1中未畫(huà)出）的作用是使?fàn)t具美觀，本設(shè)計(jì)的爐體外殼采用噴涂工藝，使其更加漂亮。爐體壁和爐體外殼之間填充有巖棉，以免發(fā)生燙傷事故，同時(shí)還可增加爐體外殼的剛度。
3、結(jié)束語(yǔ)
    生物質(zhì)成型技術(shù)為高效利用農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物秸稈等提供了一條新途徑，該鍋爐的研制為生物質(zhì)成型燃料燃燒提供了配套新型爐具，為農(nóng)村取暖開(kāi)辟了一條新路。