2011年第6期新疆農(nóng)機(jī)化.開發(fā)研究●戶用型生物質(zhì)濕柴直燃?xì)饣癄t的設(shè)計馬飛',王維新1,鄭美娥2(1.石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院,新疆石河子832000;2.長樂市 第二中學(xué))摘要:為了解決 當(dāng)前農(nóng)村面臨的用能負(fù)擔(dān)問題,依據(jù)當(dāng)前農(nóng)村普遍炊事用能習(xí)慣,設(shè)計出戶用型炊事所需要的生物質(zhì)濕柴直燃?xì)饣癄t,并通過實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)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(shè)計參數(shù)。關(guān)鍵詞:戶用型;濕柴直燃;爐膛;吊火高度中圍分類號:TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A因此研究和發(fā)展農(nóng)村戶用型生物質(zhì)爐具，充分利用文章編號: 1007-7782(2011 )06 -0027-03農(nóng)村秸稈資源,是減輕這一負(fù)擔(dān)的有效方法。由于目近年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)快速增長,用能問題已經(jīng)前市場上的各種生物質(zhì)爐具在使用的過程中，普遍成為世界各國人民面臨的最緊迫問題之-，與此同存在熱效率低、點火困難和產(chǎn)生焦油等問題。故從節(jié)時商品化熱源價格也隨之上漲，我國的廣大農(nóng)村面能減排的角度出發(fā)，設(shè)計- -種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的戶用型生臨嚴(yán)重的用能負(fù)擔(dān)。新疆是一個農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)作物物質(zhì)濕柴直燃?xì)饣癄t,減輕農(nóng)民用能負(fù)擔(dān),促進(jìn)農(nóng)村秸稈資源豐富,據(jù)新疆2007年農(nóng)作物產(chǎn)品產(chǎn)量利用經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)作物秸稈資源量估算，新疆農(nóng)作物秸稈資源量估1爐具結(jié)構(gòu)及工作原理算值為4073.558萬t,折合2154.912萬t標(biāo)準(zhǔn)煤"。1.1爐具結(jié)構(gòu).爐具采用符合農(nóng)村炊事習(xí)慣的傳統(tǒng)爐型，整個收藊日期:2011-11-30肥箱上的鏈輪帶動有機(jī)施肥箱上的撥肥軸進(jìn)行傳化學(xué)顆粒肥施肥量根據(jù)需求調(diào)整動,撥肥軸上的撥肥齒撥動有機(jī)肥料進(jìn)人排肥口。農(nóng)家肥施肥量(kg/667m2) 500~1 500 (可調(diào))同時撥肥軸通過鏈輪轉(zhuǎn)動將動力傳遞給排肥軸,排4機(jī)具特點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(cè)的排肥軸上焊接有螺旋葉片，可將肥料向(1)由于該機(jī)開溝裝置在右側(cè)(旋耕刀在拖拉排肥口移動。排肥口處的排肥軸上焊接有3片排肥機(jī)右輪正后方),作業(yè)時拖拉機(jī)行間行走可將施肥溝開在距樹干0.5~1.0 m處,而不受樹冠樹葉的影響。葉片,將有機(jī)肥料排進(jìn)溝內(nèi)進(jìn)行施肥。(2)該開溝施肥機(jī)一機(jī)多用,不僅適用果園,還.3主要技術(shù)參數(shù)適用農(nóng)田和林帶的開溝、開渠和斷根作業(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。配套動力(kW)29.4~36.75結(jié)構(gòu)質(zhì)量(kg)3005試驗應(yīng)用傳動方式減速換向器總成2011年.中國煤化工把樣機(jī)在阿拉掛接方式作業(yè)速度(km/h)三點懸掛爾地區(qū)紅棗THCNMH友的認(rèn)可經(jīng)2~5過試驗,開溝施肥效果良好,樣機(jī)各項性能指標(biāo)全部溝深范圍(cm)200- ~350達(dá)到了設(shè)計要求。溝寬范圍(cm)200~300.7.●開發(fā)研究.新疆農(nóng)機(jī)化2011年第6期爐具分為上、中、下三個部分,灶頭主要是氣化氣與高氣化效 率。爐排設(shè)計成活動式爐排,主要是考慮到空氣接觸并燃燒的場所,爐體主要是濕柴燃燒和氣傳統(tǒng)的固定爐排爐具工作時,物料消耗到- -定量后,化場所,爐底座的主要功能是支持爐體和灶頭,并且氧化層會隨之下降,導(dǎo)致吊火高度相應(yīng)增高,火焰溫可以調(diào)節(jié)一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口,結(jié)構(gòu)如圖1。 根據(jù)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(shè)計為層燃和上點火。而活動爐排可以解決這一-問題,當(dāng)氧化層下降時,用1.2工作原理戶可通過手動提升爐排，從而維持吊火高度在設(shè)計爐體由三個不同內(nèi)徑的圓簡組成蒸汽腔道和二二范圍內(nèi),提高熱源利用率。次風(fēng)道,中間形成濕柴的燃燒爐膛(見圖2)。使用2濕柴爐具主要設(shè)計參數(shù)的確定時,濕柴物料由爐膛上方加入,落至爐膛底部的活動爐排上，達(dá)到一定量后,再加入少量點燃的易燃干2.1爐具熱負(fù)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(fù)荷的確定是爐具設(shè)計中的關(guān)鍵，熱負(fù)的濕柴,觀察濕柴燃燒的火焰情況，并調(diào)節(jié)- -次風(fēng)進(jìn)荷的大小直接影響到炊事活動的正常進(jìn)行。據(jù)資料風(fēng)口大小,至火焰足夠大后，進(jìn)行炊事活動。本爐設(shè)顯示，中國農(nóng)村以五口之家為例,要維持起碼的生活計成上點火式爐型，點火速度快并且方便。從氧化水平，平均每人每天的所需的熱量為11 880 kJ,因?qū)拥藉伒走@--區(qū)域的溫度一般可以超過1000C,此每天所需的熱量為59400kJ);設(shè)計的生物質(zhì)燃而焦油在無催化劑時裂解溫度為1000~1200C,料爐具的設(shè)計熱效率為40%。當(dāng)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(zhuǎn)化率[,因此本爐具在焦油的控制方式中τ 一每天的做飯時間(h/d)。將已知數(shù)據(jù)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(fù)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(fù)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(動時,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?xì)饣癄t結(jié)構(gòu)圄2工作原理示意的熱量(kJ/d);η一爐具的設(shè)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(shù)據(jù)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(shù)的確定提供參考依據(jù)。7.活動爐排8.一次風(fēng)入口9.爐 排升降調(diào)節(jié)桿10.二次風(fēng)入口11.煙囪2.3爐膛參數(shù)的確定由于在爐頭中設(shè)置-一個擋火圈，火焰在爐頭中爐膛(燃燒室)是指從爐底到爐口之間的部分,停留會長一些;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(shù)主要包括調(diào)火高度、一次風(fēng)吸入爐灶內(nèi)，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(fù)荷，恰當(dāng)選擇爐膛參數(shù)是燃料次風(fēng)道穿過二次風(fēng)小孔吸人爐頭中,此過程同時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(yù)熱，進(jìn)一步提高了燃2.3.1吊火高度燒反應(yīng)溫度,從而提高了燃燒效率;在爐具工作過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(qū)所產(chǎn)生的蒸汽從蒸汽人口經(jīng)蒸汽腔道文獻(xiàn)可知蘭中國煤化工時,火焰溫度較穿過蒸汽出孔進(jìn)人氣化區(qū)，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(yīng)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(nóng)機(jī)化●開發(fā)研究●高度定為30 cmm。環(huán)境溫度(K); Tz一煙囪內(nèi)的平均溫度(K)。2.3.2爐膛容積.根據(jù)本地情況取P。=760毫米汞柱，爐具的吸爐膛容積熱負(fù)荷決定爐膛容積的大小，即在單風(fēng)壓P根據(jù)經(jīng)驗取0.11毫米汞柱。環(huán)境溫度T為位爐膛容積內(nèi)燃料每小時.燃燒釋放熱量的大小。293K,煙囪內(nèi)的平均溫度為473K,將以上數(shù)據(jù)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(fù)荷(kJ/h.m')。3600x W,x273據(jù)全國優(yōu)秀省柴灶的統(tǒng)計數(shù)字,燃燒室熱容強(qiáng)式中s一煙囪截面積(m2); Vr-單位時間、單位度一般在25000~40 000 kJ/h.m',根據(jù)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(shè)計經(jīng)驗,取容積熱負(fù)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(tǒng)計數(shù)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(jié)論0.015~0.035 m3之間”。選取爐膛容積為0.03 m3代人上式時,可得熱容強(qiáng)度為330 006 kJ/h.m'。本爐(1)本爐的氣化直燃工作原理是結(jié)合固定床氣具在選定最大爐膛熱容強(qiáng)度時參考上述經(jīng)驗數(shù)據(jù),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而設(shè)計的,氣化產(chǎn)生的可燃?xì)怏w直接在爐頭中燃燒。V=0.033 m3。根據(jù)爐具設(shè)計的特點，考慮到直簡狀的爐壁有(2)本爐主要燃燒濕柴,在燃燒過程中濕柴被利于活動爐排的上下升降，以提高濕柴直燃爐的氣干燥,轉(zhuǎn)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(yīng)的效率,故將爐膛設(shè)計為直簡狀。取爐膛直徑D=20 cm，該尺寸為農(nóng)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(shè)計的生物質(zhì)成型燃料爐具具有點火方便快速低污染物排放的特點,它可以為廣大的農(nóng)村用吊火高度30 cm,故爐膛高度設(shè)計為60 cm。戶提供高效廉價的炊事用能。2.3.3活動爐排升降范圍根據(jù)1.2可知,爐具中爐排為活動爐排,由2.3.2參考文獻(xiàn):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(shù)據(jù),將升降最大范圍設(shè)置為25cm,從而可保證分析[]經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊,2010,(13):109-110.吊火高度維持在30 cm。[2]郭秀蘭,黃鶴,周強(qiáng)等.生物質(zhì)焦油裂解催化劑研究進(jìn)展2.4煙囪參數(shù)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,同時將爐absorption -cooling cycles using lithium bromide/water andammonia/water as working fluids [J]. Applied Energy 37,膛內(nèi)的煙塵抽出。無論燃用何種生物質(zhì)燃料,煙囪1990:169-187.都會對燃燒效果產(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(yīng)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(shè)計([].農(nóng)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(nóng)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(dāng)?shù)貙嶋H大氣壓力(毫米汞南農(nóng)業(yè)大學(xué),2006 ,23~24.柱);P-爐具的吸風(fēng)壓(毫米汞柱);T,一當(dāng)?shù)氐?/p>