第29卷第15期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vol 29 No 15102013年8月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringAug.2013·農(nóng)業(yè)裝備工程與機(jī)械化生物質(zhì)燃料多功能爐設(shè)計(jì)與性能測(cè)試譚文英12,許勇12,王述洋,左光鑫2,董莘2,王字滿2(1.東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,哈爾濱150040;2.東北林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)能技術(shù)工程中心,哈爾濱150040摘要:為了解決當(dāng)前生物質(zhì)燃料爐存在的熱效率低、排放不達(dá)標(biāo)、有焦油味、炊事取暖不兼顧、炊事高度與燒炕爬煙高度不兼顧等問題,該文結(jié)合北方地區(qū)農(nóng)村居民生活習(xí)慣,設(shè)計(jì)了一種集取暖、炊事、洗浴等功能于一體的生物質(zhì)多功能爐,并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示,其額定熱功率為80kW,熱效率為69.7%,炊事熱效率為39.2%,炊事火力強(qiáng)度為39926J/g,綜合熱效率為78.55%,煙氣排放指標(biāo)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。研究結(jié)果可為中國北方地區(qū)的生物質(zhì)燃料多功能爐的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞:生物質(zhì),爐,設(shè)計(jì),試驗(yàn)doi:10.3969/jiss.1002-6819.2013.15.002中圖分類號(hào):TK6,S216.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1002-68192013)-15-0010-08譚文英,許勇,王述洋,等.生物質(zhì)燃料多功能爐設(shè)計(jì)與性能測(cè)試[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(15):10-17Tan Wenying, Xu Yong, Wang Shuyang, et al. Design and performance test of multi-function stove for biomass fuel[JTransactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSae), 2013, 29(15):10-17.(1Chinese with english abstract)0引言元素,可以全部作為肥料還田。鑒于生物質(zhì)能源所具有的獨(dú)特的可再生性和資源的巨量性優(yōu)勢(shì),目中國農(nóng)林廢棄生物質(zhì)資源非常豐富,但并沒有前世界各國無不將其作為國家新能源發(fā)展的重要得到充分的利用。據(jù)統(tǒng)計(jì),1999年中國農(nóng)作物秸稈選擇?？偭考s為6.4億t,2006年左右達(dá)到7.5億t,隨著中國的秸稈等農(nóng)作物資源集中分布在東北部農(nóng)作物單產(chǎn)的提高,秸稈產(chǎn)量也在隨之增加2。目和中部的農(nóng)區(qū)和西南部分省市。黑龍江、吉林、山前,中國薪炭林已達(dá)429萬hm2,全國有100余個(gè)東、河南、河北和江蘇是秸稈等農(nóng)作物資源分布最薪炭林試點(diǎn)縣,薪柴消耗量約占總能耗的29%。中集中的區(qū)域,其總量占全國的36%以上。林木生國正在大力發(fā)展薪炭林,計(jì)劃到2020年,將增建物質(zhì)資源主要分布在中國主要的林區(qū),黑龍江、內(nèi)50個(gè)薪炭林基地,薪炭林面積也將達(dá)到1600多萬蒙古、吉林3省區(qū)占全國總量的27.41%。按照中hm-3。單就農(nóng)業(yè)秸稈來說,扣除部分用于造紙、飼國生物質(zhì)資源的分布情況,在吉林、內(nèi)蒙古、黑龍料和還田等各種利用外,中國每年尚約有27億t江等北方高寒地區(qū),有著推廣應(yīng)用生物質(zhì)燃料爐具農(nóng)業(yè)秸稈本可用于能源利用。但由于目前還沒有的資源基礎(chǔ)明。特別經(jīng)濟(jì)、高效的利用技術(shù)而被白白廢棄,大多數(shù)自20世紀(jì)80年代開展改灶節(jié)柴工作以來,農(nóng)在秋后和次年春耕前被農(nóng)民付之一炬,既沒有轉(zhuǎn)變村的節(jié)能技術(shù)有了很大的提高,創(chuàng)造出了形式各樣成財(cái)富,又污染環(huán)境,還影響交通與航空安全。生的節(jié)柴灶和爐具。但分析其燃燒過程,其中大部分物質(zhì)具有揮發(fā)分高、灰分低、氧含量高、炭活性高、爐型仍是傳統(tǒng)模式,實(shí)質(zhì)上沒有得到改進(jìn)0近生命周期內(nèi)CO2零排放、S含量低等特點(diǎn),特別適年來國內(nèi)相繼開發(fā)了許多生物質(zhì)氣化、半氣化爐技合燃燒轉(zhuǎn)化利用,是一種理想的能源燃料。生物術(shù),在全國范圍內(nèi),市場(chǎng)上銷售的各類生物質(zhì)燃料質(zhì)燃燒排放的灰渣富含鉀、鎂、磷、鈣等植物營(yíng)養(yǎng)爐具有很多種,但是在北方農(nóng)村地區(qū)普及情況并不是很好。根據(jù)調(diào)查,影響生物質(zhì)燃料爐在北方農(nóng)村收稿日期:2012-12-28修訂日期:2013-07-04基金項(xiàng)目:國家星火計(jì)劃項(xiàng)目(072223002);黑龍江省科技計(jì)劃子課題推廣應(yīng)用的原因很多,如有的生物質(zhì)燃料爐效率秸稈多功能燃燒爐的研究(GAO9B501-3-2)低、排放不達(dá)標(biāo)、有焦油味;有的炊事燒炕取暖洗作者簡(jiǎn)介:譚文英(1960-),女,副教授,從事生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化和利浴不兼顧;有的炊事高度與燒炕爬煙高度不兼顧用方向的研究。哈爾濱東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,1500。等。因此,研究設(shè)計(jì)一種適用于北方高寒地區(qū)使用※通信作者:王述洋(1957—),男,博士,教授,博土生導(dǎo)師,從事的生物質(zhì)燃料生物質(zhì)能源與材料開發(fā)利用技術(shù)及裝備方向的研究。哈爾濱東北林業(yè)值中國煤化工義和市場(chǎng)價(jià)大學(xué)生物質(zhì)能技術(shù)工程中心,150040。Email:dljd2008@yaho.com.cnCNMHG第15期譚文英等:生物質(zhì)燃料多功能爐設(shè)計(jì)與性能測(cè)試1設(shè)計(jì)依據(jù)2生物質(zhì)燃料爐具設(shè)計(jì)1.1生物質(zhì)的燃燒過程2.1整體結(jié)構(gòu)生物質(zhì)燃料燃燒過程需要經(jīng)歷預(yù)熱與干燥、揮此爐依據(jù)生物質(zhì)燃料爐具設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì),發(fā)分析岀和焦碳燃燒等過程。燃料進(jìn)λ燃燒室后,所甪燃料為玉米秸稈成型燃料。根據(jù)燃料燃燒特性隨著溫度的升髙,到100℃左右時(shí),首先蒸發(fā)岀其所選定燃燒方法為層燃,主要結(jié)構(gòu)包括灰室、配風(fēng)管含的水分。然后,由于溫度繼續(xù)升髙,約在250℃左爐箅子組件、爐膛、拔火筒、周向水箱、水套、煙右時(shí),燃料開始熱分解,析岀揮發(fā)分,形成焦碳。囪、進(jìn)料機(jī)構(gòu)等裝置。圖1為該生物質(zhì)燃料爐具的氣態(tài)的揮發(fā)分和周圍高溫空氣混合后被引燃而燃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。燒。通常情況下,在燃燒室中,揮發(fā)分包圍著焦碳,氧氣不易滲透到焦碳表面,只有當(dāng)揮發(fā)分大部分燃燒后,氧氣才有可能接觸到焦碳。此時(shí),焦碳才開始燃燒,并不斷產(chǎn)生灰燼1214。試驗(yàn)用玉米秸稈型燃料工業(yè)元素分析如表1所示表1試驗(yàn)用成型燃料工業(yè)元素分析Table 1 Industry analysis and chemical analysis of fuel in項(xiàng)目符號(hào) Symbol數(shù)值Data含碳量 Carbon content/%42.572含氫量 HydrogHer含氧量 Oxygen content含氮量 Nitrogen content%1灰室2爐箅子料機(jī)構(gòu)4爐膛5.二次配風(fēng)6周向水箱7拔火筒8配風(fēng)10.周向水管11水套含硫量 Sulphur contLAsh chamber 2nts of grate 3. Feeding mechanism 4. FurnaceCircumferential water box 7. Cupping8. Air duct 9. Fan 10 Circumferential water pipe 11. Water jacket揮發(fā)分含量 Volatile content/灰分含量 Ash content/%圖1生物質(zhì)燃料多功能爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖熱值 Calorific value(kJkg)g I Structural diagram of biomass multifunction stoveQ1468該爐具使用傳統(tǒng)煤爐的爐型以符合農(nóng)民炊事1.2生物質(zhì)爐具的設(shè)計(jì)原則通過對(duì)黑龍江省農(nóng)民生活爐具使用情況和其取暖習(xí)慣。灰室位于爐膛下部,爐箅子組件安裝在灰室上面,風(fēng)機(jī)(CZR-42型,80W)安裝在爐膛對(duì)爐具的要求及存在的問題進(jìn)行走訪調(diào)研,發(fā)現(xiàn)北的右側(cè),之間通過爐體配風(fēng)管連接,二次配風(fēng)位于方農(nóng)民普遍習(xí)慣睡火炕,希望用一把火解決炊事、爐膛的正上方,爐門位于爐膛正前方,并開有自然室內(nèi)采暖、燒炕以及用熱水洗浴等問題。根據(jù)生物通風(fēng)道;進(jìn)料裝置通過進(jìn)料口與爐膛以一定角度連質(zhì)燃燒可以分作預(yù)熱、干燥、揮發(fā)分析岀和焦碳燃接;拔火器安裝在爐膛上方,可拆卸,爐體上部四燒等過程,考慮到農(nóng)民的生活習(xí)慣和經(jīng)濟(jì)條件,爐周安裝有水箱和吸熱管;上出煙口位于爐體右上具設(shè)計(jì)必須滿足以下原則方,與水套相連,高度為89cm。煙氣通過拔火器,1)功能齊全,結(jié)構(gòu)合理,使用方便,保證農(nóng)加熱周向水箱和水管后,由上出煙口進(jìn)入水套后排民一看就懂,一用就會(huì)。2)點(diǎn)火容易,上火快,燃燒連續(xù)、穩(wěn)定、宗出;煙氣也可通過加熱水箱吸熱管后由進(jìn)炕煙口全,火力足,火勢(shì)均,排煙通暢,不冒黑煙,不能(高度為40cm)進(jìn)入火炕。2個(gè)煙氣出口均設(shè)有開關(guān),以實(shí)現(xiàn)煙氣進(jìn)入炕洞和進(jìn)入炊事供暖出口之間產(chǎn)生焦油;需有煙氣廢熱利用裝置的切換。采用整體降低爐膛髙度的方式,以保證煙3)灶具的熱負(fù)荷應(yīng)滿足農(nóng)民一家人日常生活氣在需要的時(shí)候能夠順利入炕。炊事時(shí)采用裝加拔用能;熱性能穩(wěn)定,炊暖熱效率≥60%15火筒的方式拔高火苗的高度,以適應(yīng)做飯的需要4)符合農(nóng)民生活習(xí)慣,滿足燃料要求,經(jīng)濟(jì)實(shí)用爐體內(nèi)設(shè)有周向水箱,水箱與內(nèi)壁之間設(shè)有周向傳熱管道。在爐體上方出煙口處增設(shè)了環(huán)形水套,以利用非進(jìn)炕煙氣西右白動(dòng)講料機(jī)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)燜火燒炕時(shí)中國煤化工CNMHG農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2013年2.2爐膛的設(shè)計(jì)積A的一半,而爐排面積實(shí)際上是指爐具爐膛的下爐膛指爐箅上部到爐口下部之間的部分。根據(jù)部。爐膛形狀為圓臺(tái)型,已知爐膛體積V=0.02m3,秸稈成型燃料燃燒特點(diǎn),將爐膛設(shè)計(jì)為喇叭狀,其吊火高度h=0.32m,上爐口半徑r=D/2=0.06m,這空氣進(jìn)口大而爐口小。大直徑的進(jìn)口使進(jìn)入的空氣樣就可以利用圓臺(tái)體積公式得出爐膛底部圓的半能夠比較均勺的分布在燃燒室下方,在煙囪抽力作徑R,從而得出爐排的面積A。而圓臺(tái)體積公式為:用下使其向上方移動(dòng),均勻的供給燃料以形成燃V=πh(r2+rR+R2)燒,而較小的爐口可以起到聚集火焰,增加火力強(qiáng)式中,h為吊火高度,m;R、r分別為爐膛底部圓度的作用的半徑和爐膛上爐口半徑,m;由(2)式可得到?jīng)Q定爐膛容積大小的主要指標(biāo)是爐膛容積熱個(gè)關(guān)于R的關(guān)聯(lián)式,將已知數(shù)據(jù)帶入式(2),可負(fù)荷,即每立方米爐膛容積中每小時(shí)燃料燃燒的發(fā)得:R=01m。則爐排總面積A=R2=003m2,因此熱量大小。爐膛容積熱負(fù)荷過大,則燃料在爐內(nèi)停爐篦面積A=AP2=0015m2留的時(shí)間短,不易完全燃燒;反之,爐膛容積熱負(fù)根據(jù)生物質(zhì)燃料的特殊燃燒性能,在爐箅子中荷過小,爐膛容積過大,燃燒分散,火力不集中。心設(shè)計(jì)了二次通風(fēng)孔,以保證生物質(zhì)燃料的充分燃爐膛容積大小的確定按式(1)計(jì)算10燒。由于生物質(zhì)燃料燃燒時(shí),產(chǎn)生的灰分比較多(試qn(1)驗(yàn)測(cè)得,灰分占燃料質(zhì)量的10%左右),如不及時(shí)max清理會(huì)影響空氣流通,從而對(duì)燃燒性能產(chǎn)生影響。式中,V為爐膛容積,m3;m為生物質(zhì)爐具每小時(shí)根據(jù)這一問題設(shè)計(jì)了動(dòng)爐算子,通過一個(gè)延伸到爐燃料的消耗量,kgh;qsar為試驗(yàn)用燃料熱值,為外的連桿與之相連,往復(fù)拉動(dòng)連桿時(shí),爐箅子可以14683k/kg。φmx為燃燒室的最大容積熱負(fù)荷繞其中心旋轉(zhuǎn),從而把爐箅上的灰抖落進(jìn)灰室。其kW/hm3,n為熱效率,%。作用相當(dāng)于農(nóng)村舊灶燒火時(shí)的燒火棍,這樣就可以本次設(shè)計(jì)燃料消耗量m取3kg/h,爐具熱效率隨時(shí)清理灰分,減少灰層厚度,降低灰層對(duì)空氣的η取0.7,容積熱負(fù)荷一般在250~400kWh-m31,阻礙,從而使燃燒更旺盛。根據(jù)爐具燃燒室容積的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),本次設(shè)計(jì)取容積熱負(fù)荷qmx為350kWhm3,代入式(1)可得V=0.02m3,符合中國一般家庭所用的燃煤爐具的爐膛容積0015~0025m3的范圍18,證明選取的容積熱負(fù)荷合理。本設(shè)計(jì)的爐具爐口直徑為D=12cm,這也是農(nóng)用煤爐爐口的常用尺寸2.3吊火高度和拔火筒的設(shè)計(jì)230吊火高度是指鍋底與爐排之間的垂直距離。吊火高度由所燒的燃料種類以及鍋的大小確定。根據(jù)本設(shè)計(jì)爐具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)取吊火高度h為32cm,它a.主視圖 Front vievb.俯視圖 Top vier比一般爐具的吊火高度高(一般農(nóng)村舊灶的吊火高1.通風(fēng)孔2.爐箅子3.拉桿度為17~20cm,部分生物質(zhì)燃料爐的吊火高度為1. Air vent2. Grate3. Connecting rod28~30cm1)。本爐具根據(jù)生物質(zhì)燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生圖2爐箅子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖大量可燃性氣體的特性,專門設(shè)計(jì)了拔火筒(大口直徑Φ234mm,小口直徑Φ134mm,高h(yuǎn)137mm)在炊事時(shí)有利于聚集火焰,拔高火苗的高度,使鍋25煙囪高度的確定具能夠受到高溫?zé)煔鉀_刷,有利于提高上火速度,煙囪高度的確定采用式(3)來計(jì)算12提高熱能利用率。在燜火燒炕時(shí),去掉拔火筒,燃29.27h(3)料則主要在爐膛中下部燃燒,產(chǎn)生的高溫?zé)煔饪煞奖愕倪M(jìn)入炕洞和對(duì)爐體周向換熱水管加熱。273+1273+122.4爐箅的設(shè)計(jì)式中,ΔP為爐具的吸風(fēng)壓,Pa,一般為15~25爐箅安裝在爐膛的下部,作用是支撐燃料并通Pa2;P為當(dāng)?shù)卮髿鈮?Pa;t1為年平均大氣氣溫,風(fēng)助燃?？諝庥蛇M(jìn)風(fēng)口經(jīng)過爐箅的空隙進(jìn)入爐膛與℃;t2為煙囪內(nèi)煙氣平均溫度,℃燃料混合0。本設(shè)計(jì)爐箅的爐條面積與爐條空隙總?cè)t具中國煤化工本地情況取面積之比約為1:121,即爐算總面積A為爐排總面P=99500Pa,CNMHG=200℃。將第15期譚文英等:生物質(zhì)燃料多功能爐設(shè)計(jì)與性能測(cè)試上述數(shù)值代入式(3)可得H=3.4m設(shè)置在上方,也與傳統(tǒng)家用爐灶設(shè)置在正前方不煙囪截面積可按式(4)計(jì)算2同。見圖4。根據(jù)生物質(zhì)燃料的形狀特點(diǎn)以及燃燒B2…V(273+1,)特性,將進(jìn)料口設(shè)置在爐灶的前方偏上。進(jìn)料通道F3600·W·273由進(jìn)料口向下斜落入爐膛中心,為了使燃料能夠順式中,B為小時(shí)燃料消耗量,kgh;V為每小時(shí)燃利下落,進(jìn)料通道沿垂直方向的傾斜角度不能過料產(chǎn)生的煙氣量,Nm/kg;W為要求的煙氣流速,大,同時(shí)也不能過小,否則燃料無法落到爐膛中心ms;t為煙氣溫度,℃。本試驗(yàn)中,煙氣流速W,位置,根據(jù)進(jìn)料簡(jiǎn)和爐膛實(shí)際情況,經(jīng)過多次設(shè)計(jì)取15m,V取7Nm/g,t取200℃2。將數(shù)值和測(cè)試,認(rèn)為角度在55-60℃之間合適代入式(4)可得F=0.0072m2。本設(shè)計(jì)采用圓截面白鐵皮煙囪,其直徑為10cm2.6吸熱水套的設(shè)計(jì)針對(duì)大多數(shù)生物質(zhì)燃料爐沒有吸熱水套或水套吸熱效果不理想的情況,設(shè)計(jì)了一種大功率換熱水套。在保證岀煙順暢的前提下,通過設(shè)障法增加了廢熱煙氣和水套接觸面積,同時(shí)也增加了煙氣在水套內(nèi)的停留時(shí)間,從而加強(qiáng)了水套對(duì)煙氣熱量的吸收,使出水套煙氣溫度降到100℃C以下,同時(shí)加強(qiáng)了煙氣中粉塵的沉降1料箱2進(jìn)料筒3.螺桿4.電機(jī)1. Feed box 2. Feed tube 3, ScreElectromotor該水套主通水道和爐體周向水箱相連,輔通水道和淋浴設(shè)施相連接。在該水套的主進(jìn)水口與出水圖4進(jìn)料裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖口、輔進(jìn)水口與出水口各安裝1個(gè)閥門。主通水道Fig 4 Structural diagram of feeding device2閥門打開輔通水道2閥門關(guān)閉時(shí),則水套和水箱日常使用過程中,自動(dòng)給料器主要用于維持日相通,同時(shí)向與它們相連接的暖氣供暖;主通水道常燜火供暖的供料。例如在冬季取暖時(shí),可將料斗2閥門關(guān)閉輔通水道2閥門打開,則可以向淋浴設(shè)裝滿顆粒燃料,打開自動(dòng)給料器使進(jìn)料速度維持在施提供熱水。見圖3。通過這一途徑實(shí)現(xiàn)了供暖與2.5~30kgh,經(jīng)測(cè)試,可完成12hG的夜間供暖沐浴功能的集成。需求(維持暖氣和燒炕)。3生物質(zhì)燃料多功能爐性能試驗(yàn)31試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)中華人民共和國能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T34005201123民用生物質(zhì)固體成型燃料采暖爐具試驗(yàn)方法來測(cè)爐具的額定熱功率和爐具熱效率。依據(jù)國標(biāo)GB/T6412-200924家庭用煤及爐具試驗(yàn)方法對(duì)爐具的炊事熱效率進(jìn)行測(cè)試。依據(jù)GB/Tl0180一200325工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程中的反平衡測(cè)量方法來測(cè)供熱的綜合熱效率。依據(jù)GB1327120012鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法檢測(cè)爐具的煙氣排放。數(shù)據(jù)取值采用在線儀表計(jì)量與現(xiàn)1出水口(主)2出水口(輔)3水套主體4進(jìn)水口(輔)5煙場(chǎng)計(jì)量氣通道6進(jìn)水口(主)1. Main water outletssIst water outlet3. Water jacket4.Asis3.2試驗(yàn)系統(tǒng)water inlet 5. Gas passageway 6 Main water inlet為了測(cè)試生物質(zhì)燃料多功能爐具的熱工性能,圖3水套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖結(jié)合北方農(nóng)村家庭實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了一套完整的試Fig 3 Structural diagram of water tank驗(yàn)系統(tǒng)。該試驗(yàn)系統(tǒng)包括試驗(yàn)爐具主體(包括爐體自動(dòng)給料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水套、煙囪等)、浴房(900mm×900mm×1930mm),燒效果。本新型爐灶的進(jìn)料口既不像燃煤爐具一樣組(7b參么進(jìn)料口的大小,位置的高低都直接影響燃料燃節(jié)能炕(260中國煤化工)、暖氣片熱裝置和溫CNMHG農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2013年度測(cè)試系統(tǒng)(包括溫度計(jì)和熱電偶)、煙氣分析儀8[G:(t2-4)+G0(-t)等測(cè)試裝置。供暖面積為60m2,圖5為試驗(yàn)系統(tǒng)BOnet. ar +B, onct vart(6)實(shí)物圖。Q,=4.18×G3(4-13)+(G3-G4)y式中,B為生物質(zhì)固體成型燃料用量,kg;Qm為生物質(zhì)固體成型燃料收到基恒容低位發(fā)熱量,kJkg;B1為引火柴用量,kg; Onet v arl為引火柴的收到基恒容低位發(fā)熱量,kJ/kg:Q為余熱利用熱量kJ;G3為余熱利用裝置內(nèi)的初始水量,kg;t4-t3為試驗(yàn)期間余熱利用裝置內(nèi)水的溫升,℃;G4為試驗(yàn)量結(jié)束后余熱利用裝置內(nèi)的剩余水量,kg;y為余熱利用裝置內(nèi)水的汽化潛熱,kJ丿kg圖5多功能爐熱工性能測(cè)試系統(tǒng)3.5結(jié)果與分析Fig 5 Test system of thermal performance for multi-purpose爐具的額定熱功率和熱效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示,爐具炊事熱效率采用一次使用(不封火)的試3.3測(cè)量?jī)x器和儀表驗(yàn)方法24,其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。時(shí)鐘1個(gè),日差小于1min;SF-400A型臺(tái)秤1表2爐具性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)臺(tái),測(cè)量范圍0-~10kg,感量0.005kg:TL3011TTable 2 Data of stove performance test型磅秤1臺(tái),測(cè)量范圍0~50kg,感量0.02kg;水符號(hào)數(shù)值桶2個(gè),容量001m3;風(fēng)速儀,測(cè)量范圍0ItemsSymbol Data燃料用量Fuel10m/s,精度0.5m/s;林格曼黑度圖;干球溫度引火柴用量 Kindling/kgB10.190計(jì)、濕球溫度計(jì)等溫度計(jì)若干,測(cè)量范圍O燃料低位熱值 Low calorific value of fuel(kJkg')Qntm14683100℃,分度值0.2℃;GM900型遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀精度±0.5℃;鎳鉻-鎳硅K型鎧裝熱電偶,測(cè)溫范Low calorific value of kindling/(kkg平均出水溫度 Average temperature of outlet water/℃r279.3圍-200~1300℃,使用前需進(jìn)行溫度標(biāo)定;嶗應(yīng)平均進(jìn)水溫度 Average temperature of inlet water/C I823012H型綜合煙氣分析儀。結(jié)束時(shí)爐體水溫 End of the furnace temperature℃t72834試驗(yàn)條件和方法開始時(shí)爐體水溫試驗(yàn)條件:試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行;環(huán)境溫度20℃左Beginning of the furnace temperature/C右;相對(duì)濕度小于85%;室內(nèi)風(fēng)速小于0.5m/s;測(cè) Rise of temperature of waste heat utilization device/C908試工質(zhì)用常溫水;試驗(yàn)時(shí)爐具及暖氣等遠(yuǎn)離其他熱出水總量 Total discharge water/kg源、火源。測(cè)試燃料用自然風(fēng)干的成型玉米秸稈燃爐體容水量 Furnace water capacity/k料(圓柱形,直徑Φ=10mm,長(zhǎng)10~50mm)余熱利用裝置初始水量Initial water in waste heat utilization device/kg引火物質(zhì)為干燥松針余熱利用裝置剩余水量dual water in waste heat utilization device/kg試驗(yàn)方法:試驗(yàn)前按照規(guī)定校正儀器,依據(jù)試驗(yàn)時(shí)間 Test time /T2T1′14400NB/T34005—2011民用生物質(zhì)固體成型燃料采暖爐汽化潛熱 Latent heat of vaporization/(kJkg)具試驗(yàn)方法2進(jìn)行測(cè)試。本次測(cè)試共試驗(yàn)3次,每次試驗(yàn)4h,數(shù)值取平均值表3炊事效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)其額定熱功率按式(5)計(jì)算23:Table 3 Data of cooking efficiency test418×[G(2-)+G(t-t)項(xiàng)目 Items公式 Formula數(shù)值DataT2點(diǎn)火時(shí)間 Time of ignition T/min T=n-79式中,P為額定熱功率,kW;G2為試驗(yàn)期間出水上火時(shí)間 Time of burning Ty/minT產(chǎn)=T-71總量,kg;l2為平均出水溫度,℃;t為平均進(jìn)水旺火時(shí)間 Time of intense burning Twmin Tw=T5-74溫度,℃;G為爐體容水量,kg;t為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)可用火時(shí)間 Time for cooking T/mil總?cè)紵龝r(shí)間爐體的水溫,℃;t為試驗(yàn)開始時(shí)爐體的水溫,℃Total time of combustion Tr/minT2-T為試驗(yàn)時(shí)間,s。蒸發(fā)總量 Total evaporation n/g(m2+m)其熱效率按式(6)計(jì)算2爐口溫度FireeH中國煤化工CNMHG第15期譚文英等:生物質(zhì)燃料多功能爐設(shè)計(jì)與性能測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。該生物質(zhì)燃料爐具在進(jìn)78.55%。熱效率比較高,符合廣大北方農(nóng)村居民的料速率為2.5~3.5kg/情況下,均能進(jìn)行正常燃燒,生活習(xí)慣。排煙中CO平均體積濃度為O.1%,NOx額定熱功率為80kW,爐具熱效率為697%,炊事平均質(zhì)量濃度為138mg/m3,SO2平均質(zhì)量濃度為熱效率為39.2%,炊事火力強(qiáng)度為39926Jg,符合148mg/m3,煙氣格林曼黑度小于1。煙氣污染物排炊事采暖爐具國家標(biāo)準(zhǔn)炊暖型爐熱效率放指標(biāo)均符合國家有關(guān)要求坳,具有較好環(huán)保效ncx≥60%3的要求,表明該爐具設(shè)計(jì)參數(shù)合理益表4爐具性能試驗(yàn)結(jié)果4結(jié)論Table 4 Results of stove performance test項(xiàng)目 Items1)生物質(zhì)燃料多功能爐額定熱功率為額定功率 Rated power Pe/kw80kW,爐具熱效率為697%,炊事熱效率為爐具熱效率 Stove thermal efticiency n/%69,739.2%,炊事火力強(qiáng)度為39926J/g,符合一般炊事爐具的炊事效率 Stove cooking efficiency%采暖爐具的要求,能夠滿足北方居民日常生活中炊事火力強(qiáng)度 Cooking fire intensity(Jg)用能需求。試驗(yàn)系統(tǒng)的綜合熱效率檢測(cè)和煙氣排放成分2)試驗(yàn)系統(tǒng)的綜合熱效率為78.55%,熱效率檢測(cè)是由黑龍江省節(jié)能監(jiān)測(cè)中心工作人員依據(jù)較高。GB/T10180-200325工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程和3)生物質(zhì)燃料多功能爐排煙中CO平均體積濃GB13271-2001鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)度為0.1%,NOx平均質(zhì)量濃度為138mg/m3,SO2算中的規(guī)定和要求進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量和檢測(cè)平均質(zhì)量濃度為148mg/m,煙氣格林曼黑度小于試驗(yàn)系統(tǒng)的綜合熱效率是指生物質(zhì)燃料多功1,均符合國家相關(guān)要求,能夠確保潔凈的燃燒。能爐單位時(shí)間(24h)輸出的所有有效熱量與投入到爐具內(nèi)生物質(zhì)燃料發(fā)熱量的百分比。其有效熱量[參考文獻(xiàn)]韓魯佳,閆巧娟,劉向陽,等.中國農(nóng)作物秸稈資源包括炊事、暖氣取暖、燒炕、熱水洗浴等全部能夠及其利用現(xiàn)狀門.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2002,18(3):87利用的熱量。該綜合熱效率的檢測(cè)采用反平衡測(cè)量91.方法。生物質(zhì)成型燃料的進(jìn)料量因工況不同取值在Han Lujia, Yan Qiaojuan, Liu Xiangyang, et al. Straw25~3.5kg/h范圍內(nèi),平均為3kg/h。煙氣成分檢resources and their utilization in China []. transactions測(cè)在生物質(zhì)燃料爐具熱性能試驗(yàn)開始后,爐具燃o(jì)f the Chinese Society of Agricultural Engineering燒正常狀況下進(jìn)行,其試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。(Transactions of the CSAE), 2002, 18(3):87-91.(in表5綜合熱效率和煙氣排放的試驗(yàn)結(jié)果Chinese with English abstract)Table 5 Results of Comprehensive thermal efficiency and〕]馬文超,陳冠益,顏蓓蓓,等.生物質(zhì)燃燒技術(shù)綜述[flue gas emissions text生物質(zhì)化學(xué)工程,2007,41(1):43-48項(xiàng)目Iems數(shù)據(jù)來源結(jié)果Ma Wenchao, Chen guanyi, Yan Beibei, et al. Review onData sources Result固體未完全燃燒熱損失 Heat loss from solidbiomass combustion technologies[J]. Biomass Chemical氣體未完全燃燒損失 Heat loss from gas計(jì)算 calculate3.60incomplete combustion q3/%English abstract)排煙熱損失 Heat losing of smoke vent2/%計(jì)算 Calculate9.85[3]高利偉,馬林,張衛(wèi)峰,等.中國作物秸稈養(yǎng)分資源散熱損失 Heat loss gs/%查表 Lookup2.90數(shù)量估算及其利用狀況門.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,6%計(jì)算 Calculate0.1025(7):173-179綜合熱效率 Integrated thermal efficiency n/%100qg78.55料消耗量 Consumption of fuel b1/(kgh)設(shè)定 SettingGao Liwei, Ma Lin, Zhang Weifeng, et al. Estimation of煙塵濃度 Dust emission concentration/(mgm3)測(cè)量 Measure14.84nutrient resource quantity of crop straw and its utilizationNOx濃度situation in China[J]. Transactions of the CSAE,Average concentration of NOx/(mg-m)測(cè)量Me2009, 25(7): 173-179.(in Chinese with EnglishSO2濃度 Average concentration of SO2/(mgm3)測(cè)量 Measure148CO平均濃度 Average concentration of CO%測(cè)量 Measure0.abstract)林格曼黑度 Ringelman emittance則量 Measur4]蔣劍春.生物質(zhì)能源應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2002,22(2):75-80試驗(yàn)結(jié)果顯示,此生物質(zhì)燃料爐具的固體未完Jiang Jianchun Prospect on research and development of全燃燒損失為5.00%,氣體未完全燃燒損失為H中國煤化工and Industry of3.60%,排煙熱損失為9.85%,綜合熱效率達(dá)到Forest ProdChinese withCNMHG16農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2013年5]馬常耕,蘇曉華.生物質(zhì)能源概述J.世界林業(yè)硏究,煤炭學(xué)報(bào),2005,30(1):104-108Min Fanfei, Zhang Mingxu. Study on combustion modelMa Changgeng, Su Xiaohua. The review on issues ofand combustibility of biomass[J] Journal of China Coalbiomass quality energy[J]. World Forestry Research,Society, 2005, 30(1): 104-108. ( in Chinese with English2005, 18(6): 32-38. 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Engineering Centre for BiomassEnergy Technology of Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)Abstract: Rural China has a large number of biomass wastes, but the utilization efficiency of agricultural andforestry wastes are very low. there is a lot of waste in the traditional burning, it destroy the ecology, productindoor air pollution which affects the health of people, affect the sustainable development of rural areasHousehold biomass stoves has a broad application prospects, it not only improves the thermal efficiency, reduceemissions of pollutants, conserve resources, improve the living conditions of rural residents, but also of greatsignificance for China to achieve the sustainable development of the energy. The promotion of the biomass fuelstoves plays an important role for the promotion of the northern region the effective utilization of biomass energyHowever, the biomass stoves in northern China, exist low thermal efficiency, substandard flue gas emission, tarsmell, no consideration of both cooking and heating, no balance for both cooking height and climbing height ofsmoke which was used to warm the kang. In order to solve these problems, combined with the living habits of therural residents in the northern region, design a biomass multi-functional stove in accordance with the relevantnational standards. This design based on the design principles of biomass fuel stove, corn straw briquette fuel wasused. Select layer burning as combustion method according to the fuel combustion characteristics. The mainstructure consists of air duct, components of grate, furnace, Cupping, circumferential water box, water jacket,chimney, feeding device, etc. The furnace volume heat release rate mar is 350 k W/hm, Furnace volume is 0.02m, The adjustment of the flame height is 32 cm, grating area A is 0.015 m". The chimney cross-sectional area F is0.0072 m and white metal chimney of circular cross-section of diameter 10cm was used. Automatic feeder wasused and feed rate is maintained at 2.5 to 3. 0 kg/h, to be completed all night(12 h) of heating demand(heatingand warming kang). The biomass multi-functional stove with functions of heating, cooking, bathing etc integrated,and its performance was tested according to NB/T34005-2011 and GB/T6412-2009 The results show that theated thermal power was 8.0 kw, thermal efficiency was 69.7%0, cooking thermal efficiency was 39.2%0, cookingfire intensity was 39926 J/g, comply with the requirements of the general cooking and heating stove and meet theneeds of the north of peasants'lives. The integrated thermal efficiency and flue gas emission indexes were testedby Energy Conservation Monitoring Center in Heilongjiang Province according to GB/T10180-2003 andGB/T16157-1996. The integrated thermal efficiency was 78.55%0, thermal efficiency is higher than other stoves, ithas good energy saving effect. Flue gas emission indexes were lower than the national standard. Dust emissionconcentration was 14.84 mg/m, average concentration of NOx was 138 mg/m, average concentration of SO2 was14.8 mg/m, average concentration of CO was 0. 1%0, Ringelman emittance class