PDF《高效生物质直燃炉的设计》

高效生物质直燃炉的设计 张丽娜,文美纯,李真西,刘吉普 (湖南应用技术学院,湖南常德415000) 摘要:在分析了生物质燃烧过程的基础上,设计了一种新型户用高效生物质直燃炉.

该炉点火方便、操作简单、节 能安全.一次风、二次风配风系统分开,对燃料无苛刻要求,配有星型给料机可根据燃料用量随时添加.该炉有利于 优化能源结构,改善农村生态环境,市场前景广阔. 生物质能是太阳能以化学能的形式储存在生物中的一种可再生能源,具有氧氢元素含量高、挥发性高、炭活性高、 N和S含量低、灰分低,点火性能较好等特点,特别适合燃烧转化利用.我国生物质资源极为丰富,每年有约6亿吨废 弃物可用作生物质能源的开发和利用.由于我国农村分布范围广泛,经济发展差异性大,以废弃农作物为主的生物质 能源是农村生活中的主要能源. 目前,我国农村使用的生物质炊事炉主要有土炉灶和全气化炉具.土炉灶建造技术粗糙,生物质在炉膛内直接燃烧 ,炊事过程中损失大量的热能,同时还严重污染空气、不易封火.全气化炉具是将生物质完全气化后作为能源,燃烧 其产生的可燃气体.该炉虽解决了土炉灶的部分缺点,但燃烧过程中产生大量污染环境的焦油,而且对原材料的密度 要求较高,燃烧过程不稳定. 本文介绍一种以秸秆、木柴、柴草、稻壳、树枝、压块燃料等农林剩余物为原料的高效生物质直燃炉设计,该直燃 炉避免了现有生物质炊事炉的缺点,点火方便、操作简单、节能安全,一次风和二次风配风系统分开,对燃料无苛刻 要求,配有星型给料机可根据燃料用量随时添加,具有大范围推广的优势及前景. 1生物质燃烧过程 生物质能是太阳能以化学能的形式储存在生物中的一种可再生能源,其氧元素和氢元素含量高,固定碳含量在10% ~15%之间,含水量较高,点火性能较好,能量密度小.生物质能的燃烧过程是复杂的化学反应过程,包含预热(水分 蒸发);

高温加热发生热解(产生挥发分和焦炭);

挥发分燃烧、焦炭(固定碳)燃烧、燃尽等过程.各阶段燃烧特点如下 : (1)预热阶段.由于生物质含水量较高,在热辐射的作用下其温度逐渐升高,随着温度的升高所含水分被蒸发出来 .此过程产生了大量的烟气,导致热损失较高. (2)分解阶段.生物质内部的半纤维素、纤维素和木质素在此阶段随着温度的继续升高开始分解挥发. (3)挥发分燃烧阶段.挥发出来的有机物,随着温度升高与氧气发生剧烈化学反应(燃烧),释放出大量热能. (4)焦炭(固定碳)燃烧阶段.当达到一定温度,生物质内的固定碳与氧气发生反应,进一步加速燃烧而释放出热能. (5)焦炭(固定碳)燃尽阶段.随着焦炭的燃烧,产生的灰分逐渐把剩余焦炭包裹起来,阻碍含氧空气向其内部扩散, 从而妨碍焦炭继续燃烧,降低了焦炭的燃烧速度. 2高效高效生物质直燃炉结构设计及工作原理 2.1结构分析 高效生物质直燃炉(见图1)主要由料斗

1、星型给料机

2、进水管

3、炉膛

4、保温层

5、外壳

6、出灰和一次风口

7、炉篾

8、热水出口

9、水箱

10、二次风进口

11、二次风道

12、烟囱

13、燃烧器14等部件构成. 高效生物质直燃炉的炉膛是为生物质原料提供燃烧、热解的地方,炉膛的大小、形状和保温等决定了生物质原料的 燃烧能否充分进行、热传递的效率和燃烧效率的高低.本炉将一次风、二次风配风系统分开,一次风主要利用烟囱抽 力由进料口提供,这样一次风能均匀地进人生物质燃料层,与炉膛内炭化物进行接触,供给焦炭(固定碳)燃烧阶段和 焦炭(固定碳)燃尽阶段充足的氧气,使该处焦炭(固定碳)耦合燃烧进一步加速燃烧释放热能.完成生物质燃料的直接 页面

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3 燃烧.设置的二次风道,可利用炉膛的余热将二次风加热,加热后的二次风与可燃气在燃烧器处充分混合后燃烧,加 快了化学反应,同时使未反应的气体参与燃烧,提高炉膛子的燃烧效率.为保证炉膛燃烧温度高、热流密度大、燃烧 均匀,高效生物质直燃炉过量空气系数设为1.4,防止由于生物质挥发分含量高,燃烧时先析出的大量挥发份在炉膛 上部燃烧,产生较多的CO2影响炉膛的热效率.通过调整星型给料器电机的转速,可随时按需自动给炉膛添加燃料用 量.在二次风道与出料管口处设一连通管,通人适量的二次风以加速生物质的流动,防止在喂人过程中发生堵塞现象 . 2.2主要部件设计 (1)炉膛.高效生物质直燃炉设计利用了生物质气化技术和反烧技术原理,炉膛为上下部分为圆锥、中间夹一圆柱 形的结构,炉膛体积的大小足以满足普通家庭每天3~5kg的用料,原料进入炉膛的通道位于炉膛的上部圆锥处.炉膛 的底部为出灰室、一次通风口,上部为燃烧器和二次风口. 页面

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3 (2)进风系统.炉膛的底部为出灰室、一次风风口,炉篾设置在炉膛下部通风口上方,一次进风系统中设置有调节 风量的风门,可根据焦炭(固定碳)燃烧阶段和焦炭(固定碳)燃尽阶段的燃烧状态,调节风门开度大小来调节风量大小 . 在烟囱的抽力作用下,未燃烧的气体会随烟气快速排出炉膛,将浪费掉大量的能量,对炉膛的热效率造成影响.本 炉在炉膛的外壁上部设置了二次风道,利用炉膛的余热将二次进风加热.而二次风的扰动加快了化学反应,同时使未 反应的气体参与燃烧,提高炉膛子的燃烧效率. (3)进料口.高效生物质直燃炉的另一重要部分为炉膛的进料口,本炉膛进料口的位置采用的方式为顶部加料,料 口设置在二次通风口的上方圆锥上,为满足生物质堆积角料斗设计为倒锥形.通过调整星型给料器电机的转速,可随 时按需自动给炉膛添加燃料用量.为防止在喂人过程中发生堵塞现象,在二次风道与出料管口处设一连通管,通人适 量的二次风以加速生物质的流动. (4)烟囱.通常而言,抽力的大小与烟囱的高度呈现出较为明显的正比关系,抽力会直接受到烟囱放置位置和烟囱 高度的影响,为保证炉膛内空气流动,应使生物质内烟气流动所产生的阻力略大于抽力.根据相关的设计手册和国内 外文献,烟囱高2m,直径为50mm的圆筒形. (5)保温.为了降低热损失并且能够提高炉膛热效率及其温度,高效生物质直燃炉的外层装有40mm保温材料. 3实际应用效果 高效生物质直燃炉的实际应用效果与土炉灶和全气化炉具对比如下: (1)燃烧效率.本文研究的高效生物质直燃炉由于结构的优化和二次风的通人,和仅简单通人一次风的土炉灶相比 ,由简单的热力学计算可得其燃烧效率提高40%以上;

和全气化炉具比较,其燃烧效率略有降低,由相关研究可得降 低率在10%左右,但其燃烧稳定性比全气化炉具要好很多. (2)热能利用率.与土炉灶比较本文所研究直燃炉提高的热能利用率可达50%以上,与全气化炉具相比其热能利用 率也可提高15%以上. (3)对原材料的要求.与土炉灶和全气化炉具对比,高效生物质直燃炉不仅可应用的燃烧原材料范围更为广泛,而 且不需要对原材料进行特殊的加工,故而其性价比更好. (4)环境保护.本文研究的直燃炉由于燃烧效率和热能利用率的提高、原材料要求的降低和燃烧过程的稳定性,其 产生的对空气的粉尘和焦油等环境污染物大为下降. 4结束语 高效生物质直燃炉具有以下优点: (1)生物质燃料在炉膛底部进行直接燃烧,燃烧时无炯尘和焦油,燃料能够完全燃烧,燃烧残余物少. (2)设计的一次风、二次风配风系统分开.一次风主要利烟囱抽力由进料口提供,完成生物质燃料的直接燃烧.供 给加热后的二次风,促进燃烧器处可燃气与空气充分混合燃烧. (3)点火方便、操作简单、使用安全、对燃料无苛刻要求,炉体采用保温隔热设计,无安全隐患,且可以封火. (4)亦可一次性添加或根据用量添加,并且燃料不需特殊处理. (5)占地小,可随意摆放,使用方便,随点随用,火力大小可调;

适用于炒菜、做饭、洗浴、取暖. (6)利用普通材料制作,设计简单,成本较低,市场前景广阔. 原文地址:http://www.china-nengyuan.com/tech/140077.html Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) 页面

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