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袁海榮1，2，左曉宇1，李秀金1，龐云芝1
（1.北京化工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京100029；2.北京市延慶縣種植業(yè)服務(wù)中心，北京102100）
摘要：對生物質(zhì)固化成型燃料（Densified biomass briquette fuel，DBBF）引火助燃劑進行了試驗研究。以LLA-6型戶用生物質(zhì)爐具為試驗裝置，選取3種廢棄液體燃料為原料，按不同的體積比制成15種液體引火助燃劑，對助燃劑的不同用量進行了試驗研究。結(jié)果表明，助燃劑JC15和CJ51均能在1min內(nèi)順利將DBBF引燃，在助燃劑JC15用量為8～9mL時，40s即可使?fàn)t火達到炊事要求，大大縮短了不加助燃劑時燃料的引燃時間。引火助燃劑的研究解決了DBBF點火難和使用不方便的問題，為DBBF的大規(guī)模推廣提供了前提保障。
0引言
采用生物質(zhì)固化成型技術(shù)可以提高生物質(zhì)的能量密度及其燃燒特性，是生物質(zhì)能開發(fā)利用的一種有效途徑[1]，可替代薪柴和煤[2]。生物質(zhì)固化成型燃料有許多優(yōu)點：便于儲存、運輸；使用方便、衛(wèi)生；燃燒效率高；清潔污染少，有利于環(huán)保等[3]。因此，DBBF成為我國農(nóng)村能源利用的首選技術(shù)。但由于DBBF密度較大，為0.8～1.4g/cm3[4]，所以燃料點火時間長，影響了DBBF的進一步推廣。
目前只有用于型煤的增燃劑、助燃劑、粘結(jié)劑以及火鍋煤球、易燃炭球等方面的報道[5]～[9]，它們對于引燃DBBF效果很不理想。劉圣勇人從DBBF燃燒理論方面分析了影響點火性能的幾個因素[10]，馬孝琴人用馬弗爐作為燃燒裝置，在理論上驗證了成型燃料種類、密度、質(zhì)量、含水率和直徑對點火及燃燒速度有不同程度的影響[11]，而針對實際應(yīng)用過程中出現(xiàn)的DBBF點火難問題，尚未發(fā)現(xiàn)更好的解決方法。因此，研制成型燃料專用引火助燃劑將為我國DBBF大規(guī)模推廣提供有力保障。
1材料與方法
1.1原料
以玉米秸為原料，由河北省石家莊燕峰機械制造有限公司生產(chǎn)的9SGJ-1000型生物質(zhì)致密固化成型成套設(shè)備機組壓制成型，成型燃料外形尺寸為32mm×32mm，長度為30～80mm，密度為0.9g/cm3。
1.2試驗裝置
試驗裝置為北京神州大蓄生物質(zhì)能科技有限公司生產(chǎn)的LLA-6型炊事爐具，規(guī)格為340mm×340mm×720mm，錐形煙筒高為1.5m（圖1）。該爐具為組裝式爐體，分為上下兩部分，上爐體為氣化室，下爐體為燃燒室。爐具由氣化室、燃燒室、活動料箱、助燃器、水套、爐體、進水管、輸氣管、蒸鍋、煙筒等組成。爐體總高度72cm，重量52kg。水套及助燃器由1mm不銹鋼板制成。內(nèi)膽由25mm的耐火材料制成。料箱高230mm，厚4mm，直徑180mm，爐體外殼厚4mm。
1.3試驗方法
選取3種廢棄液體燃料作為配制引火助燃劑的主要原料，3種原料按照不同的比例配制出15種引火助燃劑。配制原則及用量是以最高成本不超過0.065元/次，最小用量以每次都能將成型燃料引燃為標(biāo)準(zhǔn)。
將配制好的15種引火助燃劑分別裝入容量為500mL的小噴壺中，將玉米秸稈塊狀成型燃料裝至料箱的3/4，用小噴壺將引火助燃劑噴灑在成型燃料表面，采用上燃式點火方式。
點燃引火助燃劑，如果3～5min后爐膛內(nèi)火焰高度達到爐口（火焰高度30～35cm），視為引火助燃劑將成型燃料引燃，如果點火后火焰逐漸減小，3～5min后熄滅，則視為本次點火失敗，以每種助燃劑的不同用量做試驗，分別重復(fù)6次，取平均值，如果6次都能將成型燃料引燃，記為“√”，有一次或多次不能將其引燃記為“×”。
2結(jié)果與討論
2.1助燃劑的引燃效果
15種不同用量的助燃劑引燃玉米秸稈塊狀成型燃料的結(jié)果如表1所示。
由表1可以看出，助燃劑JC51不能將成型燃料引燃；用量為3mL時，只有助燃劑JC53和JC55能順利將成型燃料引燃，助燃劑用量＜5mL時，引燃效果不理想；用量≥5mL時，助燃劑除JC51，CJ52和JCJ161外均能順利將成型燃料引燃，助燃劑用量越大，引燃效果越好，但助燃劑用量越大，其成本越高。
2.2引火助燃劑燃燒情況
引火助燃劑引燃成型燃料的燃燒情況如圖2所示。由圖2可以看出，每種助燃劑引燃成型燃料都具有相同的趨勢：助燃劑用量越小，引燃成型燃料所用的時間越長，用量過小，則不能引燃成型燃料，這是因為燃燒過程中助燃劑燃燒放出的熱量損失過大，剩余熱量不足以滿足成型燃料的引燃條件；反之，助燃劑用量越大，引燃成型燃料所用的時間越短，引燃效果也越好，如果助燃劑用量過大，點火成本超過0.065元/次，用戶將不能接受。
14種助燃劑在可以接受的用量范圍內(nèi)均能在3～5min順利引燃玉米秸稈塊狀成型燃料，并達到炊事要求。
從圖2的燃燒情況曲線可以看出，圖2（a～d）中，助燃劑JC52，JC53，JC54和JC55點火時間為20～30s；圖2（e～h）中，助燃劑JC45，JC35，JC25和JC15點火時間為6～14s；圖2（i～n）中，助燃劑點火不需要時間，火焰一接觸到助燃劑立刻就能將其全部引燃。這充分說明點火及燃燒效果與合成助燃劑的兩種液體燃料的性質(zhì)及配比有很大關(guān)系，具有易燃性質(zhì)的燃料所占比例越大，點火時間就越短，反之時間就越長。火焰高度、煙氣減小和無煙時刻也具有和點火時間參數(shù)一致的趨勢。
從點火的整個過程來看，助燃劑JC15、JCJ151、CJ51和CJ53都能滿足實際需要，均能在1min左右使火焰高度達到30～35cm（即達到氣化爐爐口），其中助燃劑JC15用時最短，為40s，CJ53用時最長，為65s，燃燒效果如表2所示。使用助燃劑JC15的點火時間為6s，使用其它3種引火助燃劑時，火焰一接觸到助燃劑立刻就能將周邊的助燃劑引燃，這是由助燃劑JC15所含的兩種主要成分本身的性質(zhì)所決定的。
從點火后火勢增強情況看，引火助燃劑JC15火勢增強速度最快。火焰高度為10～15cm時，除助燃劑JC15外，其他3種助燃劑所用的時間相差不多。助燃劑JCJ151和CJ51冒煙時間比助燃劑JC15和CJ53略長。
從助燃劑用量、成本及引燃成型燃料效果等因素綜合考慮，助燃劑JC15引燃效果最佳，用量為8mL時1min能達到炊事要求，9mL時40s即能引燃，點火成本為0.061元/次。助燃劑JC51用量為8ml時，56.4s能將成型燃料引燃，點火成本為0.053元/次，具體數(shù)據(jù)如表3所示。
不同用量的引火助燃劑對點火過程有較大的影響，綜合考慮點火成本、點火時間、火勢強度及冒煙情況等多種因素，選用助燃劑JC15和CJ51作為實際推廣應(yīng)用的引火助燃劑。
3結(jié)論
15種不同用量的助燃劑（JC51除外）均能將玉米秸稈塊狀成型燃料順利引燃，用量＜5mL時，引燃效果不理想，用量≥5mL時，除助燃劑JC51、CJ52和JCJ161外均能順利地將成型燃料引燃，助燃劑用量越大，引燃效果越好，但受點火成本所限，并不是用量越大越好。
（1）助燃劑JC15和CJ51引燃效果較好，均能在1min內(nèi)順利將成型燃料引燃，并且助燃劑JC15用量為8～9mL時，40s即可使?fàn)t火達到炊事要求，大大縮短了未加助燃劑的燃料引燃時間。
（2）引火助燃劑的研究解決了秸稈固化成型燃料在實際推廣應(yīng)用過程中普遍存在的點火難和使用不方便的問題，為DBBF的大規(guī)模推廣提供了前提保障。
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