生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具的設計

第17卷第4期農業(yè)工程學(xué)報Vol 17 No 4001年月Transactions of the csaeJuly2001165文章編號:1002-6819(2001)04-165-03生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具的設計雷廷宙,師新廣,李海軍,楊劍鋒,李再峰,胡建軍(河南省科學(xué)院能源研究所)摘要:按照生物質(zhì)燃氣物理、燃燒特性,根據燃燒學(xué)、傳熱學(xué)及燃氣互換性原理進(jìn)行燃燒器、鍋架髙度等理論計算,優(yōu)化設計岀條形火孔旋流燃燒器、柱形極針高頻脈沖點(diǎn)火器及雙鍋支架等各部分結構和尺寸,制作樣機后由配氣裝置配制岀各種生物質(zhì)燃氣進(jìn)行實(shí)驗研究,最終研究設計出高效節能、低污染、通用性好、易于點(diǎn)火、燃燒穩定的生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)燃氣;通用性;灶具;燃燒器中圖分類(lèi)號:S216.2文獻標識碼:B生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)的推廣應用是一項新殊的柱形極針,可方便可靠點(diǎn)火,著(zhù)火率達100%興的事業(yè),對于消化農村大量剩余秸稈,減少環(huán)境污4)燃燒穩定性好,不脫火,不回火,無(wú)黃焰;染,改善農村用能結構,促進(jìn)農業(yè)可持續發(fā)展具有重5)堅固耐用,價(jià)低質(zhì)優(yōu)要意義。作為該技術(shù)重要組成部分的生物質(zhì)燃氣灶1.2擬達到的主要技術(shù)指標具,是實(shí)現用氣的終端設備,直接影響到用戶(hù)的用氣生物質(zhì)燃氣適應范圍:4.6~6.6MJ/m3;額定效果。使用沒(méi)有經(jīng)過(guò)正規設計計算和實(shí)驗研究而簡(jiǎn)熱流量:3.2kW;熱效率≥55%;煙氣中CO含量(a單改裝成的灶具,不僅浪費能源,而且造成環(huán)境的二1時(shí))<0.05%;著(zhù)火率100%;燃燒穩定性:不脫次污染,甚至會(huì )出現安全事故。鑒于此,1998年河南火,不回火,無(wú)黃焰。省重大科技攻關(guān)項目“新型生物質(zhì)氣化系統的研究1.3總體結構設計與開(kāi)發(fā)”中的子課題“生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具的研制”,采用與液化氣、天燃氣通用的全不銹鋼外殼,內就是要針對生物質(zhì)燃氣的燃燒特性,研制岀一種達設冷板噴塑支撐架,設計加大燃氣閥體總成以及特到和超過(guò)GB16410家用燃氣灶具標準要求的生物殊的燃燒器,組成整體性能優(yōu)良,美觀(guān)大方,堅固耐質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具用的生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶。1生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具總體方案的確定2生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具各部分結構的設計1.I研究設計原則及計算1)高效節能、低污染。目前所有低熱值煤氣(包2.1生物質(zhì)燃氣成分及各種參數確定括低熱值生物質(zhì)燃氣)灶具普遍存在著(zhù)熱效率較低生物質(zhì)燃氣是一種特殊的燃氣,其特點(diǎn)是熱值達不到國標要求的現象;同時(shí)由于燃燒不完全使得較低而比重較大,其流量特性及燃燒特性有其自身煙氣中CO含量過(guò)高而污染環(huán)境。因此必須硏制新的規律性,不同于一般的城市用燃氣。因此必須根據型的燃燒器,并能控制燃氣與空氣配比達到完全燃生物質(zhì)燃氣固有的特性,進(jìn)行確切的設計計算來(lái)確燒,提高熱效率,降低污染;定生物質(zhì)燃氣灶具的各部分尺寸。2)通用性好。根據燃氣互換性原理,研究設計中國煤化工論是固定床,還是流化出的灶具當生物質(zhì)燃氣成分發(fā)生較大變化時(shí)也能正床CNMHG布產(chǎn)生的燃氣,其燃氣各常燃燒;成分含量一般在表1所外范圍內3)著(zhù)火率高。采用高壓脈沖點(diǎn)火方式,配以特根據計算知道,生物質(zhì)燃氣的各種物理和燃燒性能參數:低位熱值HL:4.60~6.56MJ/m3;高位作者簡(jiǎn)仍賞勤集963-),男,所長(cháng),副研究員,湖南漢壽河熱值H:4.95~7.13MJ/m;華白數W:5.18南省科學(xué)院能源研究所,主要從事生物質(zhì)能利用研究,450087.77MJ/m3;實(shí)用華白數W:4.81~7.15MJ/m3;166農業(yè)工程學(xué)報相對密度S:0.8426~0.9146;絕對密度d:1.089理論煙氣量:1.798~2.135m3/m3;燃燒速度指數~1.183kg/m3;理論空氣量:0.962~1.370m2/m3;Cp:26~36。表1生物質(zhì)燃氣成分Table 1 Biomass gas componen氣體名稱(chēng)H體積百分比/%13.0~19.018.6~19.81.8~4.00.2~0.760.1~0.1410.6~12.21.6~1.944.1~52.2我們以上述生物質(zhì)燃氣范圍的平均值計算出灶3)引射器喉部直徑為d"1=5mm,其它尺寸如具的各部分尺寸,然后根據燃氣互換性原理進(jìn)行數圖1b。據調整,再通過(guò)實(shí)驗研究進(jìn)行驗證,最終確定灶具的各部分尺寸及適用范圍。生物質(zhì)燃氣的平均值:燃氣成分:H216%CO19.2%、CH12.8%、CO211.4%、O21.9%、N48.1%、C2H30.48%、C3H30.12%;燃氣低熱值Fb.內圈5.547MJ/m3;華白數W=6.396MJ/m3;相對密圖1外、內圈引射器尺寸度S=0.8792;理論空氣量V=1.16m3/m3;理論Fig. 1 The sizes of out and inner ring of sprayer煙氣量V2.5說(shuō)明2.2確定燃燒方式及熱流量1)從燃燒器計算結果可以確定燃燒器的所有烹調用灶具,一般采用大氣式燃燒器根據生物尺寸但為了加工及裝配方便,將某些尺寸做局部調質(zhì)燃氣理論空氣量小,H2、CO含量高且含氧量較大整。例如:為了安裝方便,將內、外圈燃燒器的引射器的特點(diǎn),選取一次空氣系數a=0.55,保證燃燒時(shí)的長(cháng)度取為一致,保證喉部直徑不變的前題下,引射在較低灶前壓力時(shí)不回火較高灶前壓力時(shí)不脫火。性能影響不大根據實(shí)際使用經(jīng)驗及GB16410家用燃氣灶具2)為了節約鋼材,同時(shí)保證火孔深度,條形火的要求,我們選取灶具燃燒器額定熱流量Q=3.2孔加工成帶凸緣的形狀,當燃氣流量在一定范圍內kW。為了保證充分燃燒,將燃燒器設計成內、外兩變化時(shí),該火孔是比較適用的其外圈熱流量為2.3kW,內圈熱流量為θ.93)設置調風(fēng)板,保證當燃氣成分發(fā)生變化時(shí),kW,并分別設置獨立引射器,以便于調節吸入適量的一次空氣,滿(mǎn)足正常燃燒;調風(fēng)板與混合2.3外圈燃燒器計算管的滑動(dòng)部分要配合嚴密,并用鋼簧支撐,不能隨意設計火孔沿火蓋均勻排列成條形,外沿高,內沿滑動(dòng)低,內外沿連線(xiàn)的延長(cháng)線(xiàn)與火蓋平面的夾角為20°,2.6鍋支架的設計火孔與徑向連線(xiàn)之間的夾角為40°。根據常壓大氣1)鍋支架的高度式燃燒器的計算方法,可得到如下計算結果。由于內圈燃燒器的單個(gè)火孔面積小于外圈燃燒1)火孔總面積F=200mm2,沿圓周均布22器,以外圈火焰的高度高于內圈,可以外圈火焰高度個(gè)矩形(12mm×0.8mm)火孔深度為2.4mm;為準。根據已設計的燃燒器可計算岀外圈燃燒器內2)噴嘴直徑d=4.0mm;錐高度ha=7.7mm,外錐高度為h=32mm,因此)引射器喉部直徑d1=9mm,其它尺寸如圖可rV凵中國煤化工2mm1a所示CNMHG2.4內圈燃燒器的計算吧鏑攴架攴點(diǎn)截面設計為梯形,既能滿(mǎn)足平底其計算方法同外圈燃燒器,各部分尺寸為:鍋的要求,又適合于尖底炒鍋的需要。為了避免支架1)火孔總面積FP=75mm2,可均布φ2.8mm過(guò)長(cháng)伸入火焰燃燒區引起冷態(tài)效應,造成不完全燃的孔13個(gè)受擔孔深度為h=64mm;燒,設計鍋支架內環(huán)直徑為125mm。按照GB164102)噴嘴直徑d"=2.46mm1996家用燃氣灶具的要求,鍋支架應能滿(mǎn)足第4期雷廷宙等:生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶具的設計0mm的小鍋,設計一外圈φl(shuí)80mm,內環(huán)φ75較大,一般燃具閥體的通氣孔及密封長(cháng)度均不能滿(mǎn)mmn的小鍋支架,在使用小鍋且僅使用內圈火時(shí),將足要求。根據使用情況,對生物質(zhì)燃氣閥體提出如下小鍋支架放在大鍋支架上使用,避免了冷態(tài)效應。要求:①能夠單獨控制內、外圈燃燒器且能調節內外2.7點(diǎn)火系統的確定圈燃燒器的火力大小;②保證達到噴嘴截面積4倍生物質(zhì)燃氣著(zhù)火溫度較高(700~800C)決定了以上的通氣孔截面積(即通氣孔直徑≥9.4mm);③其點(diǎn)火的難度。實(shí)現正常點(diǎn)火的必要條件有兩個(gè):其旋塞閥周向密封長(cháng)度≥3mm,軸向密封長(cháng)度≥6是燃氣與空氣的混合。點(diǎn)火是一種近似爆燃的狀mm;④實(shí)現旋塞閥與點(diǎn)火聯(lián)動(dòng)態(tài),它必須是在燃氣與空氣混合的狀態(tài)下進(jìn)行。生物2.9灶具進(jìn)氣丁字管尺寸的確定質(zhì)燃氣的燃燒范圍為20.7%~73.3%,從燃燒器設灶具進(jìn)氣丁字管尺寸的大小,影響著(zhù)灶具熱流計計算中可知,一次空氣系數為0.55時(shí),從火蓋流量的大小。根據經(jīng)驗,丁字管進(jìn)氣口內徑≥13.3岀的燃氣濃度為61%,符合正常燃燒的范圍,可以mm,分支管內徑≥9.4mm,即可滿(mǎn)足灶具熱流量的直接點(diǎn)燃;其二是點(diǎn)火時(shí)間。為防止爆燃,從燃氣噴大小且滿(mǎn)足流量百分比>90%的要求。出到著(zhù)火,時(shí)間最長(cháng)不得超過(guò)4s。2.10灶具材質(zhì)的確定基于以上電極面板采用0.45mm厚拋光不銹鋼板;火蓋、燃考慮,采用電子具旋塞、噴嘴等部件采用黃銅鑄件機加工;燃燒器為脈沖自動(dòng)點(diǎn)火鑄鐵外涂耐高溫不沾油涂料;燃氣閥體為鋁合金壓燃燒器系統(即連續點(diǎn)火變壓器鑄件;鍋支架為冷板鍍鎳一鉻;內部支撐架為冷板烤火花式點(diǎn)火裝漆置),其原理如圖2所示。為方3結語(yǔ)便點(diǎn)火,調整脈通過(guò)計算分析,能基本確定生物質(zhì)燃氣專(zhuān)用灶沖次數為3次/圖2連續火花式點(diǎn)火裝置原理圖具各部分結構及尺寸,經(jīng)過(guò)大量的試驗研究表明,優(yōu)s;將火花塞固Fg.2 Principle of the continuous化設計的條形火孔旋流燃燒器、柱形極針高頻脈沖定于燃燒器上,flame lightin點(diǎn)火器,雙鍋支架結構等是可行的,該燃氣灶高效節直接點(diǎn)燃燃燒器,省去點(diǎn)火燃燒器。將點(diǎn)火電源開(kāi)關(guān)能、低污染、通用性好、易于點(diǎn)火、燃燒穩定。設置與燃氣旋塞閥聯(lián)動(dòng)并超前2s,保證燃氣流出[參考文獻]前脈沖電火花已產(chǎn)生。另外,將電火花塞設置在內1]李強霖煤氣應用手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版圈燃燒器上,以防溢鍋污染電極造成點(diǎn)火不暢。社,1989.2.8燃氣閥體總成的確定[2]鄧淵.煤氣規劃設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)生物質(zhì)燃氣由于其華白數較低而需要燃氣流量出版社,1997Design of Biomass Gas applianceLei Tingzhou, Shi Xinguang, Li Haijun, Yang Jianfeng, Li Zaifeng, Hu Jianjun(Energy Research Institute of Henan Academy of Science, ZhengAbstract: Based on the principle of combustion science, heat transfer, gas interchangeability and thebiomass gas physical and combustion characters, through theoretical calculation. the burner and the hightof double pot support were designed The burner with re中國煤化工 ight hole and the highfrequency pulse lighter is cylinder-shape with needle polCN MH Gs gas produced by gassupplying systems, the experiment on the sample appliance was carried out, and an improved type biomassgas appliance was designed The appliance has the advantages of efficient energy-saving, low pollutiongood general-purpose and steady combustion etcKey words丹數 gas; generality; appliance; burner