戶(hù)用型生物質(zhì)濕柴直燃氣化爐的設計

2011年第6期新疆農機化.開(kāi)發(fā)研究●戶(hù)用型生物質(zhì)濕柴直燃氣化爐的設計馬飛',王維新1,鄭美娥2(1.石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院,新疆石河子832000;2.長(cháng)樂(lè )市 第二中學(xué))摘要:為了解決 當前農村面臨的用能負擔問(wèn)題,依據當前農村普遍炊事用能習慣,設計出戶(hù)用型炊事所需要的生物質(zhì)濕柴直燃氣化爐,并通過(guò)實(shí)驗設計和數據分析,確定了其燃料消耗量、爐膛容積、吊火高度、煙囪高度及煙囪截面積等主要設計參數。關(guān)鍵詞:戶(hù)用型;濕柴直燃;爐膛;吊火高度中圍分類(lèi)號:TP273.5文獻標識碼:A因此研究和發(fā)展農村戶(hù)用型生物質(zhì)爐具，充分利用文章編號: 1007-7782(2011 )06 -0027-03農村秸稈資源,是減輕這一負擔的有效方法。由于目近年來(lái),隨著(zhù)國民經(jīng)濟快速增長(cháng),用能問(wèn)題已經(jīng)前市場(chǎng)上的各種生物質(zhì)爐具在使用的過(guò)程中，普遍成為世界各國人民面臨的最緊迫問(wèn)題之-，與此同存在熱效率低、點(diǎn)火困難和產(chǎn)生焦油等問(wèn)題。故從節時(shí)商品化熱源價(jià)格也隨之上漲，我國的廣大農村面能減排的角度出發(fā)，設計- -種經(jīng)濟環(huán)保的戶(hù)用型生臨嚴重的用能負擔。新疆是一個(gè)農業(yè)大省，農作物物質(zhì)濕柴直燃氣化爐,減輕農民用能負擔,促進(jìn)農村秸稈資源豐富,據新疆2007年農作物產(chǎn)品產(chǎn)量利用經(jīng)濟可持續發(fā)展。農作物秸稈資源量估算，新疆農作物秸稈資源量估1爐具結構及工作原理算值為4073.558萬(wàn)t,折合2154.912萬(wàn)t標準煤"。1.1爐具結構.爐具采用符合農村炊事習慣的傳統爐型，整個(gè)收藊日期:2011-11-30肥箱上的鏈輪帶動(dòng)有機施肥箱上的撥肥軸進(jìn)行傳化學(xué)顆粒肥施肥量根據需求調整動(dòng),撥肥軸上的撥肥齒撥動(dòng)有機肥料進(jìn)人排肥口。農家肥施肥量(kg/667m2) 500~1 500 (可調)同時(shí)撥肥軸通過(guò)鏈輪轉動(dòng)將動(dòng)力傳遞給排肥軸,排4機具特點(diǎn)肥軸和撥肥軸的工作原理基本相同，不同之處是排肥口兩側的排肥軸上焊接有螺旋葉片，可將肥料向(1)由于該機開(kāi)溝裝置在右側(旋耕刀在拖拉排肥口移動(dòng)。排肥口處的排肥軸上焊接有3片排肥機右輪正后方),作業(yè)時(shí)拖拉機行間行走可將施肥溝開(kāi)在距樹(shù)干0.5~1.0 m處,而不受樹(shù)冠樹(shù)葉的影響。葉片,將有機肥料排進(jìn)溝內進(jìn)行施肥。(2)該開(kāi)溝施肥機一機多用,不僅適用果園,還.3主要技術(shù)參數適用農田和林帶的開(kāi)溝、開(kāi)渠和斷根作業(yè)。(3)體積小、重量輕操作方便、可靠、生產(chǎn)效率外形尺寸(mm)1 700x1 060x1 230高成本低,生產(chǎn)效率比人工作業(yè)高出35倍。配套動(dòng)力(kW)29.4~36.75結構質(zhì)量(kg)3005試驗應用傳動(dòng)方式減速換向器總成2011年.中國煤化工把樣機在阿拉掛接方式作業(yè)速度(km/h)三點(diǎn)懸掛爾地區紅棗THCNMH友的認可經(jīng)2~5過(guò)試驗,開(kāi)溝施肥效果良好,樣機各項性能指標全部溝深范圍(cm)200- ~350達到了設計要求。溝寬范圍(cm)200~300.7.●開(kāi)發(fā)研究.新疆農機化2011年第6期爐具分為上、中、下三個(gè)部分,灶頭主要是氣化氣與高氣化效 率。爐排設計成活動(dòng)式爐排,主要是考慮到空氣接觸并燃燒的場(chǎng)所,爐體主要是濕柴燃燒和氣傳統的固定爐排爐具工作時(shí),物料消耗到- -定量后,化場(chǎng)所,爐底座的主要功能是支持爐體和灶頭,并且氧化層會(huì )隨之下降,導致吊火高度相應增高,火焰溫可以調節一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口,結構如圖1。 根據燃料燃燒度較高處與鍋底的接觸不良,不利于熱源利用效率，的特性,爐具燃燒方式分別設計為層燃和上點(diǎn)火。而活動(dòng)爐排可以解決這一-問(wèn)題,當氧化層下降時(shí),用1.2工作原理戶(hù)可通過(guò)手動(dòng)提升爐排，從而維持吊火高度在設計爐體由三個(gè)不同內徑的圓簡(jiǎn)組成蒸汽腔道和二二范圍內,提高熱源利用率。次風(fēng)道,中間形成濕柴的燃燒爐膛(見(jiàn)圖2)。使用2濕柴爐具主要設計參數的確定時(shí),濕柴物料由爐膛上方加入,落至爐膛底部的活動(dòng)爐排上，達到一定量后,再加入少量點(diǎn)燃的易燃干2.1爐具熱負荷的確定柴,關(guān)閉爐底座上的- -次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口,干燥并引燃下方爐具熱負荷的確定是爐具設計中的關(guān)鍵，熱負的濕柴,觀(guān)察濕柴燃燒的火焰情況，并調節- -次風(fēng)進(jìn)荷的大小直接影響到炊事活動(dòng)的正常進(jìn)行。據資料風(fēng)口大小,至火焰足夠大后，進(jìn)行炊事活動(dòng)。本爐設顯示，中國農村以五口之家為例,要維持起碼的生活計成上點(diǎn)火式爐型，點(diǎn)火速度快并且方便。從氧化水平，平均每人每天的所需的熱量為11 880 kJ,因層到鍋底這--區域的溫度一般可以超過(guò)1000C,此每天所需的熱量為59400kJ);設計的生物質(zhì)燃而焦油在無(wú)催化劑時(shí)裂解溫度為1000~1200C,料爐具的設計熱效率為40%。當加入催化劑后,只需730 C以上就可以獲得99%Q= qxn.(1)以上的焦油轉化率[,因此本爐具在焦油的控制方式中τ 一每天的做飯時(shí)間(h/d)。將已知數據代面有- -定的優(yōu)勢。人(1)式，可得出Q=9900 kJ/h,因此,爐具的總熱負荷為9 900 kJ/h。2.2燃料消耗量t的確定在確定了爐具的爐具和燃料的熱負荷之后,就L2要確定燃料的消耗量。試驗用的玉米秸稈成型燃料的熱值q約為15 999 kJkg4。在進(jìn)行正常的炊事活1(動(dòng)時(shí),燃料的消耗量為m=-Q(2)qXη式中q一 燃料的熱值(kJ/kg);Q-每 天炊事所需圉1濕柴直燃氣化爐結構圄2工作原理示意的熱量(kJ/d);η一爐具的設計效率( %)。將已知的1.擋火圈2.二次風(fēng)小孔3.蒸汽出1.擋火圈2.氧化層3.解熱數據代人(2),得爐具燃料的消耗為m≈1.547 kgh,孔4.蒸汽腔道5.二次風(fēng)道6.蒸汽入孔層 4.干燥層5.水蒸氣燃料的消耗量為爐膛參數的確定提供參考依據。7.活動(dòng)爐排8.一次風(fēng)入口9.爐 排升降調節桿10.二次風(fēng)入口11.煙囪2.3爐膛參數的確定由于在爐頭中設置-一個(gè)擋火圈，火焰在爐頭中爐膛(燃燒室)是指從爐底到爐口之間的部分,停留會(huì )長(cháng)一些;灶頭上的煙窗可以向上抽風(fēng),不僅將燃料在這里充分燃燒;爐膛參數主要包括調火高度、一次風(fēng)吸入爐灶內，也將二次風(fēng)從二次風(fēng)人口經(jīng)二爐膛 容積和爐排熱負荷，恰當選擇爐膛參數是燃料次風(fēng)道穿過(guò)二次風(fēng)小孔吸人爐頭中,此過(guò)程同時(shí)對完全燃燒的根本保證P。二次風(fēng)所攜帶的空氣進(jìn)行了預熱，進(jìn)一步提高了燃2.3.1吊火高度燒反應溫度,從而提高了燃燒效率;在爐具工作過(guò)程吊火高度是指爐排與氧化層之間的距離間。由中，由干燥區所產(chǎn)生的蒸汽從蒸汽人口經(jīng)蒸汽腔道文獻可知蘭中國煤化工時(shí),火焰溫度較穿過(guò)蒸汽出孔進(jìn)人氣化區，從而使水蒸氣與小顆粒高處與鍋底MHCNMHG住要是加熱炊具的可燃物發(fā)生進(jìn)- - 步的氣化反應生成CO和H2提提供熱量,為使高溫火焰能較好的加熱炊具,將吊火2011年第6期新疆農機化●開(kāi)發(fā)研究●高度定為30 cmm。環(huán)境溫度(K); Tz一煙囪內的平均溫度(K)。2.3.2爐膛容積.根據本地情況取P。=760毫米汞柱，爐具的吸爐膛容積熱負荷決定爐膛容積的大小，即在單風(fēng)壓P根據經(jīng)驗取0.11毫米汞柱。環(huán)境溫度T為位爐膛容積內燃料每小時(shí).燃燒釋放熱量的大小。293K,煙囪內的平均溫度為473K,將以上數據代爐膛容積大小的確定可按下式計算人(4)式得到煙囪高度L=2.4 m。v= qXmxη (3)2.4.2煙囪截面積煙囪截面積可用下式計算式中V- 爐膛容積(m3); m-爐具燃料的消耗量S= .mx Vx(273+t)2 (5)(kg/h); q.燃燒室 的最大容積熱負荷(kJ/h.m')。3600x W,x273據全國優(yōu)秀省柴灶的統計數字,燃燒室熱容強式中s一煙囪截面積(m2); Vr-單位時(shí)間、單位度一般在25000~40 000 kJ/h.m',根據爐具燃燒室燃料產(chǎn)生的煙氣量(m2/kg.h); W,- -煙氣流速(m/s)。容積的設計經(jīng)驗,取容積熱負荷為33 000 kJ/h.m',煙氣流速按1.5 m/s計算,算得s為24.9 cm?,采用代人(3)式可得V是0.3 m'。而從大量統計數字看,圓形煙囪,其直徑算得5.64 cm。中國五口之家所用的燃煤爐具的爐膛容積- -般是在3結論0.015~0.035 m3之間”。選取爐膛容積為0.03 m3代人上式時(shí),可得熱容強度為330 006 kJ/h.m'。本爐(1)本爐的氣化直燃工作原理是結合固定床氣具在選定最大爐膛熱容強度時(shí)參考上述經(jīng)驗數據,化爐、干餾氣化、空氣氣化、水蒸氣氣化和焦油的催將定為300000kJ/h.m',代人公式(3)中可得化裂解的特點(diǎn)而設計的,氣化產(chǎn)生的可燃氣體直接在爐頭中燃燒。V=0.033 m3。根據爐具設計的特點(diǎn)，考慮到直簡(jiǎn)狀的爐壁有(2)本爐主要燃燒濕柴,在燃燒過(guò)程中濕柴被利于活動(dòng)爐排的上下升降，以提高濕柴直燃爐的氣干燥,轉化成水蒸氣并參與氣化,生成CO和H2等高熱值氣體進(jìn)一步提高火焰溫度,更有利于焦油的化反應的效率,故將爐膛設計為直簡(jiǎn)狀。取爐膛直徑D=20 cm，該尺寸為農用省柴爐常裂解。用尺寸,從而算出物料堆積高度約為30 cm,再加上(3)設計的生物質(zhì)成型燃料爐具具有點(diǎn)火方便快速低污染物排放的特點(diǎn),它可以為廣大的農村用吊火高度30 cm,故爐膛高度設計為60 cm。戶(hù)提供高效廉價(jià)的炊事用能。2.3.3活動(dòng)爐排升降范圍根據1.2可知,爐具中爐排為活動(dòng)爐排,由2.3.2參考文獻:1]劉彥東,李紅.新疆生物質(zhì)能資源總量的估算及分布特征的數據,將升降最大范圍設置為25cm,從而可保證分析[]經(jīng)濟研究導刊,2010,(13):109-110.吊火高度維持在30 cm。[2]郭秀蘭,黃鶴,周強等.生物質(zhì)焦油裂解催化劑研究進(jìn)展2.4煙囪參數的確定.[J].可再生能源,2004,(1):9-~13.煙囪的主要作用是將空氣從進(jìn)風(fēng)口抽人爐膛,[3] Karakas A,Egrican N,Uypur S. Second -law of solar使燃料和空氣充分接觸,提高燃料利用率,同時(shí)將爐absorption -cooling cycles using lithium bromide/water andammonia/water as working fluids [J]. Applied Energy 37,膛內的煙塵抽出。無(wú)論燃用何種生物質(zhì)燃料,煙囪1990:169-187.都會(huì )對燃燒效果產(chǎn)生很大的影響。[4]馬隆龍,吳創(chuàng )之,孫立.生物質(zhì)氣化技術(shù)及其應用[].北2.4.1煙囪的高度京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003,6.煙囪高度可用下式計算[5]劉圣勇,連瑞瑞,王曉東等.制冷炊事兼用生物質(zhì)成型燃29.27P料爐具的設計([].農業(yè)工程學(xué)報,2011,(27):286~290.(4)Po六虧」[6]傅莉霞,張建高,劉天慰.省柴灶爐膛吊火高度的研究[J].浙江農業(yè)大中國煤化工式中H -煙囪的高度(m);Po-平均大氣壓力,取[7] 侯中蘭.家MHCN MH Git與研究[DI.河值為1 032 hJ/760,ho一當地實(shí)際大氣壓力(毫米汞南農業(yè)大學(xué),2006 ,23~24.柱);P-爐具的吸風(fēng)壓(毫米汞柱);T,一當地的