秸稈灶的節能

2002第2期(總第102期)秸稈灶的節能孔春林,黃衛星,漆小波(四川大學(xué),成都610065)摘要:依據熱學(xué)理論和燃燒學(xué)理論,對秸稈灶的結構和使用方式進(jìn)行了分析,提出了減少排煙熱損失滅少灶體散熱,強化鍋與高溫煙氣之間傳熱的節能措施。對改進(jìn)前后的秸稈灶進(jìn)行了對比實(shí)驗,結果表明,改進(jìn)后灶的熱效率是改進(jìn)前的1.5倍。關(guān)鍵詞:秸稈灶;節能;傳熱;燃燒中圖分類(lèi)號:TK16文獻標識碼B文編號:1003-7993(2002)02-0003-03我國農村居民生活用能70%以上依靠薪秸稈燃燒時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的煙氣從煙囪排出柴、秸稈等生物質(zhì)燃料。農村生活用灶的熱效室外,煙氣會(huì )帶走秸稈燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能,而且率低,往往達不到20%。本文從以下幾方面探煙氣的排放量越大,損失的熱能就越多。節能的討秸稈灶的節能問(wèn)題。項重要措施就是設法控制秸稈灶的煙氣排放1減少熱能損失量。同時(shí),排煙熱損失與煙氣的溫度成正比。所根據傳熱學(xué)理論,秸稈灶的熱效率可以用以減少排煙熱損失可以從減少煙氣排放量和降下式近似表示低煙氣溫度兩方面入手。Qr(Q +Q,)(1)減少煙氣排放量煙氣的排放量是同空氣的供應量(進(jìn)入燃式中:n一秸稈灶的熱效率;燒室空氣的量)密切相關(guān)的。我們把實(shí)際空氣供0QQ燃料完全燃燒放出的熱量;應量同燃料完全燃燒所需的空氣量的比值稱(chēng)為排煙損失的熱量;空氣消耗系數。在燃燒室內,燃料同空氣中的氧通過(guò)灶體損失的熱量。發(fā)生氧化反應而燃燒。當空氣過(guò)量時(shí),沒(méi)有參加要提高秸稈灶的熱效率,就要讓通過(guò)煙氧化反應的冷空氣會(huì )與燃燒生成的高溫氣體迅氣、灶體排到周?chē)h(huán)境的熱量更少。速混合,降低了高溫氣體的溫度,同時(shí)使煙囪排1.1減少排煙熱損失放的煙氣量增多;當空氣供應不足時(shí),盡管煙氣圖1為典型的秸稈灶結構示意圖。排放量有所減少,但是燃燒室內由于缺氧燃燒生成CO、CH和H2等成分,導致燃料的浪費,熱效率也會(huì )降低。所以,對每一種燃料存在想燒室加柴通道個(gè)最佳的空氣消耗系數,在該空氣消耗系數下煙氣排放引起的熱損失與燃料不完全燃燒引起的熱損失之和最小對于大多數燃料,最佳的空圖1秸稈灶結構示意圖氣消耗系數為1.1-13。收稿日期:200201-21清者簡(jiǎn)介:孔春林(1976-),男,碩士研究生,研究方向:化工設備傳熱與節能。TYH中國煤化工CNMHGRURAL ENERGY No. 2 2002(102 Issue in All在實(shí)際應用中,秸稈灶一般開(kāi)有如圖1所燃料在鍋的正下方發(fā)生燃燒,燃燒產(chǎn)生的高溫示的加柴通道和清灰通道?？諝饪梢栽趲缀鹾翢煔怆S著(zhù)氣流直接被抽入煙囪后排出室外(如無(wú)阻擋的條件下進(jìn)入燃燒室,空氣系數往往會(huì )圖1中箭頭所示),高溫煙氣在鍋底的行程短,遠大于1。所以應該采取措施控制燃燒空氣的大量熱能還沒(méi)有來(lái)得及傳遞給鍋就排到大氣量。例如圖2所示的秸稈灶,在加柴通道熱能得不到充分利用。如果將灶算設置在離煙囪較遠的一側,那么火焰的位置也會(huì )相應移得離煙囪較遠,這樣便增加了高溫煙氣在通向煙囪的過(guò)程中與鍋的接觸,經(jīng)過(guò)較長(cháng)的距離與鍋發(fā)生換熱以后,煙氣的溫度會(huì )降得更低,熱能利用更充分。1.2減少灶體散熱秸稈在燃燒室內與空氣中的氧氣發(fā)生強烈圖2改進(jìn)后的秸稈灶結構示意圖的氧化反應而燃燒,形成的半發(fā)光火焰向周?chē)颓寤彝ǖ揽诟髟O置一塊擋板,通過(guò)調整擋板輻射熱能。圖1所示的加柴通道就是一個(gè)重要的開(kāi)度來(lái)控制空氣供應量,以減少排煙熱能損的熱能輻射損失通道。有時(shí)火焰甚至會(huì )直接從失。國內有一種稱(chēng)為“快速無(wú)煙秸稈反燒灶的加柴通道里冒出來(lái),不僅造成熱量嚴重損失,而專(zhuān)利技術(shù),該技術(shù)采用比傳統秸稈灶小的加柴且使室內煙薰火燎,影響人的健康:為了解決這通道來(lái)減少空氣供應量,從而減少了排煙熱損一問(wèn)題,可以將加柴通道的上沿適當下移,以防失止火焰外冒;在加柴通道外面加一個(gè)密封擋板由于燃料種類(lèi)的不同和加柴量的不同,最來(lái)減少輻射熱損失。擋板可以是一塊普通的紅佳空氣供應量會(huì )發(fā)生變化,在實(shí)際使用過(guò)程中磚,也可以是一塊金屬板加一層隔熱層,擋板上還應當根據燃燒室內火焰的狀況來(lái)調節擋板應設法留一窺視孔,以便觀(guān)察燃燒室內情況。的開(kāi)度。另一方面,熱量也會(huì )以傳導的方式通過(guò)灶(2)增加煙氣的灶內行程,降低排煙溫度體向外界散失要減少傳導熱損失,就要選用保傳統的秸稈灶將灶算安置在鍋的正下方,溫性能較好的材料修建灶體。表1列出了農村表1農村常用遮筑材料在常溫下的導熱系效材料名稱(chēng)水泥大理石粉煤灰磚硅藻土磚導熱系數(W(m℃))0.490.301.70~4.00.100,076常用的建筑材料的導熱系數,材料的導熱系數Q。被鍋吸收的熱量;越小,其保溫性能越好。從該表可以看出,在新Q燃料完全燃燒放出的熱量建和改建灶體時(shí),應盡量選用如硅藻土磚這樣提高秸稈灶熱效率的另一條途徑就是要在導熱系數小的材料,避免釆用花崗巖這樣的導燃燒一定量燃料的條件下讓鍋吸收更多的熱熱系數大的材料量ε通過(guò)強化高溫氣體同鍋的換熱,使鍋得到更2強化高溫氣體與鍋的傳熱多的熱量秸稈灶的熱效率也可以用下式表示:火焰與鍋的換熱方式以輻射為主,根據輻n=(QQ)×100%射理論;火焰溫度提高一倍,火焰的輻射力將提式中:—秸稈灶的熱效率;高到原來(lái)的16倍,所以提高火焰溫度對強化火中國煤化工CNMHG2002第2期(總第102期)焰與鍋之間的換熱非常有效。為了獲得較髙的少煙氣排放量,降低煙氣排放溫度,減少排煙熱火焰溫度,通常的空氣消耗系數略大于1(燃燒損失,防止火焰向外輻射,減少灶體散熱,提高室的空氣供應量略大于完全燃燒所需的空氣火焰溫度,強化鍋與高溫煙氣的傳熱等節能措量),空氣供應量過(guò)多或過(guò)少都會(huì )降低燃燒溫施。改造后的秸稈灶熱效率大大提高度。所以,在作為空氣進(jìn)人通道的加柴通道和參考文獻清灰通道上設置擋板也是一種強化火焰與鍋1鄧可蘊,賀亮我國農村地區能源形勢分析J中國之間傳熱的措施工程科學(xué),20002(6):52-58秸稈與空氣發(fā)生燃燒反應后生成的高溫2.李明輝,肖青能源環(huán)境與可持續發(fā)展地域研煙氣,在掠過(guò)鍋底的過(guò)程中與鍋發(fā)生對流換究與開(kāi)發(fā),1997,16(3):24-36熱,然后通過(guò)煙囪排入大氣:煙氣的流速越高,3郭晉埭節柴改灶、發(fā)展沼氣,降低森林資源消耗對流換熱系數越大;煙氣的擾動(dòng)越大,對流換J林業(yè)資源管理,1996,4:12-14熱系數也越大。因此,可以采取使煙氣在鍋底4楊美玲,秦邦振節能新技術(shù)在工業(yè)鍋爐燃燒系統的通道變窄,以提高氣體流速和在煙氣通道上中的應用河北煤炭,1999,2:26-27設置障礙物,以增加煙氣擾動(dòng)(如圖2)等措施。!5顧恒祥張青藩,王洪銘等,燃料與燃燒M]西安在采取強化對流換熱措施的同時(shí),煙氣在西北工業(yè)大學(xué)出版社,1993向煙囪運動(dòng)的過(guò)程中壓力降會(huì )有所增加,嚴重6:張勝利,安國發(fā)工業(yè)鍋爐過(guò)量空氣系數的檢測時(shí)會(huì )阻礙煙氣順利排出室外。為了解決壓力降與燃燒設施的改造J應用能源技術(shù),1998,9:增大而引起的排煙困難的問(wèn)題,可以采取強化41-44排煙措施:把煙囪通道內的拐彎處做成圓弧過(guò)7姚仲鵬,王瑞君,張習軍傳熱學(xué)M北京:北京理渡(如圖2);增加煙囪的高度;提高煙囪與燃燒工大學(xué)出版社,1995室之間通道的水平位置,使之高于其它與燃燒8:程桂蘭北山林區節柴改灶技術(shù)J青海環(huán)境,室相連的氣體通道1999,3:28~383節能效果實(shí)驗基于以上分析,筆者對圖1所示的秸稈灶本刊將從下期更名進(jìn)行了如圖2所示的改造。新灶沿用舊灶的s67cm鐵鍋、51m高的煙囪,用與舊灶相同為《可再生能源》的材料(普通紅磚、水泥和河砂)建成。新灶灶算中心偏離鍋中心線(xiàn)10cm,從燃燒室到煙囪經(jīng)科技部和國家新聞出版暑批準,我刊從的通道用碎磚塊設置障礙,加柴通道和清灰通下期起更名為《可再生能源)。道口均設置可裝拆的擋板。對新舊兩灶進(jìn)行了可再生能源,既包括了農村能源的主要內對比實(shí)驗:舊灶將20kg水從5℃加熱到容,也涵蓋了更加豐富的新能源領(lǐng)域;可再生能100℃,用柴39kg,根據可比文獻8]計算,熱漂約利用,既反映了我們現實(shí)生活的篝要,也代效率為14%。新灶將20kg水從5℃加熱到表了未來(lái)能源的發(fā)展方向。本刊的更名是與時(shí)100℃用柴26kg,熱效率為21%實(shí)驗結果表俱進(jìn),不新創(chuàng )新的舉措。明,改造后的秸稈灶的熱效率是原來(lái)的15倍。更名后,本刊將繼續堅持指導性,突出實(shí)用4結論性,兼顧學(xué)術(shù)性,更加合理池設量欄目,不新地從傳熱學(xué)理論和燃燒學(xué)理論的角度,對秸提高辦刊水平,形成自己約特色更好池為新老稈灶的結構和使用方式進(jìn)行了分析;提出了減讀著(zhù)、作者服務(wù)。中國煤化工CNMHG