以華北產量較大的玉米秸稈、大豆秸稈為原料，采用HPB—III改進型生物質
秸稈壓塊機，就大粒徑秸千1：粒度、含水率等對成型密度、抗水性影響因素進行了研究。結果發現，原料含水率在8％～15％時均很容易壓縮成型，在12％左右成型效果最佳，成型密度接近或大于1g•cm。經抗水性試驗發現其耐水浸蝕性能好，玉米秸稈成型燃料最長達300h，便于儲存、處理及運輸。從成型燃料專用燃燒設備燃燒試驗看到，該成型燃料燃燒充分，燃燒效率超過98％，最高燃燒溫度1100℃以上，燃燒過程飛灰少，不結渣或輕微結渣。
目前，不少農村大量燃用液化氣、煤炭等礦物能源燃料，使得農林廢棄物、農作物秸稈、糠渣、谷殼的剩余量越來越大。這些廢棄生物質體積密度小，占用空間大，到處堆積，銷毀處理不易，掩埋困難，荒燒又會嚴重破壞農業生態環境。為此，科研人員研究了多種生物質處理及再利用技術，其中生物質壓縮成型就是比較成熟的技術之一。生物質秸稈收割后經過干燥、粉碎，再經生物質成型設備擠壓成棒狀、塊狀或顆粒等成型燃料，其密度可達0.8～1.35g•cm，體積壓縮比7～10倍，便于儲存、處理和運輸。
現有的國內外生物質成型工藝絕大多數要先將秸稈粉碎至極為細小的顆粒或粉末，然后經成型設備壓縮成型，否則不能成型或難以成型。作者利用河南農業大學研制的HPB—III型生物質秸稈成型設備進行粗大秸稈擠壓成型試驗，將原料的粒度大大放寬，粗大玉米秸稈只需簡單切碎，對麥秸、豆秸、稻殼、花生殼等直徑小于1cm、長度小于25cIn的大粒徑松軟生物質秸稈，不需要粉碎便可輸入成型機擠壓出成型燃料。
不但降低了粉碎秸稈的能耗，減少了生產環節，還有效地提高了生產效率。由于擠壓時高溫高壓調整了原生物質含水率，改變了其分子結構，成型后生物質內部空隙率大大減少，揮發分被濃縮，容積密度增大，從而改善了生物質顆粒燃料的燃燒特性。
1、試驗材料與方法
1.1準備試驗原料
試驗采用河南農業大學科教園提供的本年度收割成熟玉米秸稈、大豆秸稈，自然風干至含水率25％以下，然后應用改進的臥式錘片粉碎機將玉米秸稈切碎，要求粉碎后秸稈長度不大于25cm便可入倉備用；大豆秸稈抽出籽粒時已被太陽光干燥，碾壓后絕大部分秸稈粒度已滿足成型要求，可不粉碎。試驗前將原料從倉庫取出分組晾曬或用烤箱烘干，使含水率分別控制在8％、12％、15％、18％和21％，用塑料袋分裝、密封待用。
1.2主要試驗設備
1.2.1成型設備
主要包括電機、液壓系統、活塞沖桿、成型套簡和電加熱圈等部分。
1.2.2生物質燃燒鍋爐
采用河南農業大學農業部可再生能源重點實驗室自行研制的88kW生物質成型燃料鍋爐對成型燃料的燃燒性能進行測試。
1.2.3其他儀器和設備
IRT-2000A手持式快速紅外測溫儀；KM9106綜合煙氣分析儀；3012H型自動煙塵測試儀；游標卡尺、秒表、烘干箱、磅稱、電子天平等。
2試驗結果與討論
2.1含水率對松弛密度的影響
在合適的溫度及壓力下壓縮的成型燃料，原料含水率會對其成型密度產生影響。成型塊推出壓模后含水率會發生變化，隨著放置時間的延長而趨于相近。
2.2成型燃料的抗水性
成型燃料的抗水能力是評價其穩定性的一個重要指標，耐水浸能力差的成型燃料會給運輸、儲存帶來麻煩，需要增加防水防潮投資。試驗證明大粒徑秸稈加工成型燃料的耐水性優于細小粉粒加工而成的成型燃料，而且抗沖擊能力強。
2.3燃燒特性試驗
經試驗測得成型燃料與原生物質的化學性質沒有明顯的變化，只是物理結構重新調整，導致燃燒特性出現較大的差異。根據GB／T15137—1994(32業鍋爐節能監測方法》、GB5468—91《鍋爐煙塵測試方法》及GWPB3—1999(鍋爐大氣污染物排放標準》，參照國家標準GB212—91《煤的工業分析方法》和GB5186《生物質燃料發熱量測試方法》，對該生物質成型燃料成分分析以及發熱量、灰分、燃燒性能、環保指標等進行測驗。
2.3.1成型燃料工業及化學分析
參照國家標準GB212—91《煤的工業分析方法》和GB5186(生物質燃料發熱量測試方法》，對成型燃料進行工業分析和元素分析，所得各成分空氣干燥基的質量百分比及發熱量見表2與表3。可以看出，生物質成型燃料的揮發分遠遠高于煤，灰分和含碳量小于煤，這些特點決定了生物質秸稈成型燃料燃燒時與煤相比具有易燃燒、低污染等特性。
2.3.2秸稈成型燃料燃燒性能
為了取得真實的燃燒效果、可靠的試驗數據，本試驗采用在實用鍋爐中進行燃燒性能試驗的方式，所用鍋爐為河南農業大學農業部可再生能源重點實驗室自行研制的生物質成型燃料專用鍋爐。該生物質成型燃料鍋爐采用雙層爐排、風機強制對流、上燃下吸式燃燒，屬于常壓熱水鍋爐，設計功率88kW，每小時燃燒消耗成型燃料20～27kg。
2.3.2.1點火性能
取含水率8％的2種成型燃料各100kg，每次試驗取其中一種20kg左右加入上爐膛，用少許稻草引燃。秸稈成型燃料特點是揮發分高而空隙率低、結構密實，其組織結構限制揮發分由內向外的析出速度，熱量由外向內的傳播速度減慢，由于與氧接觸面減少，使得點火所需的氧原生物質點火有所減少，因此其點火性能比原生物質有所降低，但遠遠高于型煤的點火性能。總的說來，生物質成型燃料的點火特性更趨于生物質點火特性，影響成型燃料點火的主要因素有松弛密度、生物質種類、成型燃料幾何尺寸等，松弛密度越小、燃料揮發分越高而空隙率越低點火越容易，反之點火性能降低。無論何種成型燃料，其點火時間均比型煤引燃時間短數倍，其點火溫度與原生物質相比略有提高，但遠低于型煤。
2.3.2.2燃燒過程
秸稈成型燃料燃燒時，它仍不失生物質秸稈的燃燒特性。整個燃燒過程大致為揮發物燃燒——表面焦炭過渡區燃燒——滲透擴散燃燒——灰塊形成4個階段。其實質屬于靜態滲透式擴散燃燒。
首先，成型燃料燃表面可燃揮發物析出并開始燃燒，進行可燃氣體和氧氣的熱化學反應，此時燃燒屬于動力區：燃燒持續10min左右，可燃揮發物燃燒速度較快，形成藍色并略帶淺橙色的中長火焰；隨后，成型燃料表層部分的碳開始燃燒，外焰紅色加重，成橙紅色火焰，燃燒速度變慢；燃燒又持續10min左右，紅色漸褪，藍色、橙色變多，漸漸形成藍色外焰包圍著黃色火苗的火焰；又燃燒5min左右，火苗藍色變少，火焰變短，這時明火較多，形成紅色火焰。
接著，燃燒逐漸向成型燃料更深層——焦炭層滲透擴散，進人靜態滲透區：CO氣體向外擴散，不斷與O2結合生成CO2，大約經過15min后，成型燃料表面生成薄灰殼，外層包圍著藍色短火焰，藍色火焰又被內部溢出的揮發分燃燒形成的黃色長火焰包圍；隨著時間的推移，成型燃料進一步向更深層發展，在層內主要進行碳燃燒(即C+O2=CO)，在燃料表面進行一氧化碳的燃燒(即CO+O2=CO2)，這時藍色火焰消失，形成紅色的中長火焰，火焰逐漸變短。這一階段燃燒溫度達到最高，大約持續30min。
最后，燃料中剩余碳繼續燃燒：這時可燃物基本燃盡，燃料塊形成一個整體的火球，隨著燃料繼續燃燒，火焰逐漸變短，火焰顏色逐漸變暗，直至灰球表面看不出火焰，灰球變成一團暗紅色灰塊，然后封火保溫并記錄試驗數據。
2.3.2.3煙塵及結渣分析
待成型燃料充分燃燒后，應用KM9106綜合煙氣分析儀測得煙塵中的CO、CO2、SO2、NOx體積百分比分別為CO<0.3％。
燃燒灰渣與結渣情況也是衡量燃料優劣的重要參數。由于秸稈灰分低，秸稈成型燃料燃燒后灰渣所占比例一般不超過其重量的10％。燃料燃燒時如果結渣嚴重則降低燃料燃燒效率，不利于鍋爐正常運行。結渣性能除了受生長秸稈的土質1．05g·cm的成型燃料燃燒時，由于燃料密度大，燃燒持續時間長，造成爐膛中心溫度較高，容易結渣，但結渣率與型煤相比仍然是很小的。
