农村能源利用率低，其生物质能源综合利用效率仅为16%，薪柴超伐量达54%，秸秆直接燃烧用量占60%。生物质能源的不合理消耗，加剧了农业生态平衡的失调。
生物质成型技术为高效利用农林废弃物、农作物秸秆等提供了一条很好的途径。为了更好地利用生物质成型燃料，使农村和乡镇用上高品位的能源，笔者设计了一种用于取暖和炊事等用途的生物质成型燃料锅炉。
1、生物质成型燃料燃烧特性
生物质成型燃料燃烧属于静态渗透式扩散燃烧。该燃料在锅炉中的燃烧可分为五个阶段，总时间约为50min。
①生物质成型燃料表面可燃挥发物燃烧，进行可燃气体和氧气的放热化学反应，形成火焰；
②除生物质成型燃料表面可燃挥发物燃烧外，成型燃料表层部分的炭处于过渡燃烧区，形成较长火焰；
③生物质成型燃料表面仍有较少的挥发分燃烧，并且逐渐向成型燃料更深层渗透。焦炭燃烧产生的C02、CO及其它气体向外扩散，CO不断与O2结合生成C02，成型燃料表层生成薄灰壳包围着火焰；
④生物质成型燃料进一步向更深层燃烧，且主要是进行碳燃烧(即C+02→C02)，在其表面则进行一氧化碳的燃烧（即C0+02→CO2），形成了较厚的灰壳，由于生物质的燃尽和热膨胀，灰层中呈现微孔组织或空隙通道甚至裂缝，还有较少的短火焰包围着成型块；
⑤燃烬壳不断加厚，可燃物基本燃尽，在没有强烈干扰的情况下，形成整体的灰球，灰球表面几乎看不出火焰，灰球变暗红色，至此完成整个燃烧过程，30码期期必中生产销售颗粒机、木屑颗粒机等生物质燃料成型机械设备，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
2、生物质成型燃料锅炉设计
生物质成型燃料锅炉由灰室、炉排、炉膛、炉门、二次配风环、烟筒水套等组成，其结构如图1所示。
本次设计的生物质成型燃料锅炉主要是用于农村取暖，其供暖能力（面积）为100m2。
2.1采暖热负荷及燃料计算式中：Qh为采暖热负荷(kW)；4为采暖建筑面积(m9；qa为采暖热指标(W/m2)。
民用住宅采暖热指标推荐值为58—64，取qk=60Whu2。则采暖热负荷为：
Q/z=6.OkW=21600kj/h
根据参考文献，玉米秸秆成型燃料的低位发热量Q=15658kj/kg假设本次设计的锅炉热效率77=70%，则每小时需要的燃料量为：
2.2炉膛参数确定
炉膛指炉箅上部到炉口下部之间的部分，燃料在这里充分燃烧。优化炉膛的几何形状可提高热气流的对流和辐射作用，使之有利于炉膛温度的升高，从而增强水套和锅与烟气之间的传热：同时炉膛容积要适中，既不浪费燃料又不影响通风，避免燃烧不充分。
决定炉膛容积大小的主要指标是炉膛容积热负荷，即每立方米炉膛容积中每小时燃料燃烧的发热量大小。炉膛容积热负荷过大，燃料在炉内停留的时间短，不易完全燃烧；炉膛容积热负荷过小，炉膛容积过大，则燃烧分散，火力不集中。
炉膛容积计算公式为：口小的圆台状，平直的炉壁有利于减小空气进入炉膛的阻力，促进空气与燃料充分混合，增加空气与燃料接触的比表面积，促进燃烧；直径较大的空气进口使进入的空气可均匀地分布在燃烧室下方，空气在烟囱抽力作用下向上方移动，较均匀地供给燃料形成燃烧，而直径较小的炉口可以起到聚集火焰、增加火力强度的作用。
本次设计的生物质成型燃料锅炉上方较小的炉口直径d为15cm。
2.3吊火高度
吊火高度是指锅炉底与炉排之间的垂直距离。吊火高度的确定与所烧燃料种类和锅炉的大小有关。根据经验和本次设计的锅炉结构确定吊火高度^为31cm，比一般炉具的30cm吊火高度要高。本炉具专门设计了拔火筒（主要在炊事时使用），其有利于火焰聚集，拔高火苗的高度，使锅具能够受到高温火焰的冲刷，有利于提高上火速度和热能利用率。
2.4炉排总面积与炉箅
①炉排总面积：
本文中炉排总面积指炉箅炉条总面积及炉条之间缝隙总面积之和。
根据以上分析和图1可知炉膛为圆台形，其体积表达式为：
2.5烟囱和通炕烟道
烟囱设计在水套的上方；通炕烟道设计在水套后面，方便与农村火炕相连接。在烟筒和通炕烟道内部设计有翻板，可以任意调节其开口的大小，用于控制烟气的流量，进而控制进入炉具的空气量和燃烧状况。这种设计生产的产品不但可以烧炕，而且还能做饭。
2.6水套部分设计
锅炉燃烧所产生的热量，绝大多数都被水套吸收，水套吸收的热量越多，锅炉的热效率就越高。水套设计的是否合理对锅炉的热效率影响很大，水套的设计要求烟气能顺利通过，并且要尽可能长时间地停留在水套里，以便吸收更多的烟气热量；同时要求焊缝严密不漏水、不漏气。
本炉具水套采用2mm厚的Q235钢板焊接而成，结构简单。水套的夹层厚度为20mm，中央有一个直径为244mm的环形水管，根据实验得知，该环形水管的吸热效果非常明显。为了充分吸收烟气的热量，在水套后半部分纵向还设置了10根钢管。
炉体烟筒部分也设有水套，以便进一步吸收烟气余热。烟筒水套的截面为圆环形，内径146mm，夹层厚度为23mm，也采用2mm厚的Q235钢板焊接而成，用法兰与水套相连接。这部分可以根据用户的要求安装在水套上，不需要时可拆卸下来。
2.7配风系统设计
①进风口：进风口的作用是供给空气，调节风量，清除灰渣。进风口的截面形状为llOmmx150mm的方形，采用2mm厚的Q235钢板焊接而成。
②配风管：为了在炊事时提高上火速度，本锅炉还配置了一个30W的鼓风机。风机安装在炉体后侧，从风机出来的风（空气）被分成上下两部分，下面的风被配风管引导从炉箅子下面吹入炉膛，作为一次风供燃料燃烧使用；从上面吹入的风被配风管引导，经二次配风环出来，供没有完全燃烧的挥发物燃烧，以提高燃料的利用率和减少有害物质的排放。配风管的截面形状为方形，采用厚度为1mm的Q235钢板点焊而成。
③二次配风环：二次配风环的作用是把从配风管出来的风（空气）均匀地分布在炉口，使其能够与气体挥发物混合均匀进而充分燃烧。二次配风环四周均匀分布有若干个螺旋配风槽，使火焰呈螺旋状，有聚集火焰的作用，以提高火焰冲刷锅底的时间和热效率。二次配风环为圆台状，其上开有螺旋配风槽的盖可以取下来。
2.8炉体壁、保温层和炉体外壳
根据设计结构要求，炉体壁为圆柱形，尺寸为∮304mmx263mm，采用2mm厚的钢板焊接而成。
保温层的材料为耐火水泥，其厚度是由上炉口和炉箅子的尺寸决定的，形状为喇叭形。上炉口的保温层厚度为75mm，炉箅上部的保温层厚度为20mm。
炉体外壳（在图1中未画出）的作用是使炉具美观，本设计的炉体外壳采用喷涂工艺，使其更加漂亮。炉体壁和炉体外壳之间填充有岩棉，以免发生烫伤事故，同时还可增加炉体外壳的刚度。
3、结束语
生物质成型技术为高效利用农林废弃物、农作物秸秆等提供了一条新途径，该锅炉的研制为生物质成型燃料燃烧提供了配套新型炉具，为农村取暖开辟了一条新路。
