第17卷第4期農(nóng)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?xì)鈱Ｓ迷罹叩脑O(shè)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?xì)馕锢怼⑷紵匦?根據(jù)燃燒學(xué)、傳熱學(xué)及燃?xì)饣Q性原理進(jìn)行燃燒器、鍋架髙度等理論計算,優(yōu)化設(shè)計岀條形火孔旋流燃燒器、柱形極針高頻脈沖點火器及雙鍋支架等各部分結(jié)構(gòu)和尺寸,制作樣機(jī)后由配氣裝置配制岀各種生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)行實驗研究,最終研究設(shè)計出高效節(jié)能、低污染、通用性好、易于點火、燃燒穩(wěn)定的生物質(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷罹?。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)燃?xì)?通用性;灶具;燃燒器中圖分類號:S216.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)的推廣應(yīng)用是一項新殊的柱形極針,可方便可靠點火,著火率達(dá)100%興的事業(yè),對于消化農(nóng)村大量剩余秸稈,減少環(huán)境污4)燃燒穩(wěn)定性好,不脫火,不回火,無黃焰;染,改善農(nóng)村用能結(jié)構(gòu),促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重5)堅固耐用,價低質(zhì)優(yōu)要意義。作為該技術(shù)重要組成部分的生物質(zhì)燃?xì)庠?.2擬達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)具,是實現(xiàn)用氣的終端設(shè)備,直接影響到用戶的用氣生物質(zhì)燃?xì)膺m應(yīng)范圍:4.6~6.6MJ/m3;額定效果。使用沒有經(jīng)過正規(guī)設(shè)計計算和實驗研究而簡熱流量: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)<0.05%;著火率100%;燃燒穩(wěn)定性:不脫次污染,甚至?xí)霈F(xiàn)安全事故。鑒于此,1998年河南火,不回火,無黃焰。省重大科技攻關(guān)項目“新型生物質(zhì)氣化系統(tǒng)的研究1.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與開發(fā)”中的子課題“生物質(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷罹叩难兄啤?采用與液化氣、天燃?xì)馔ㄓ玫娜讳P鋼外殼,內(nèi)就是要針對生物質(zhì)燃?xì)獾娜紵匦?研制岀一種達(dá)設(shè)冷板噴塑支撐架,設(shè)計加大燃?xì)忾y體總成以及特到和超過GB16410家用燃?xì)庠罹邩?biāo)準(zhǔn)要求的生物殊的燃燒器,組成整體性能優(yōu)良,美觀大方,堅固耐質(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷罹哂玫纳镔|(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷睢?生物質(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷罹呖傮w方案的確定2生物質(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷罹吒鞑糠纸Y(jié)構(gòu)的設(shè)計1.I研究設(shè)計原則及計算1)高效節(jié)能、低污染。目前所有低熱值煤氣(包2.1生物質(zhì)燃?xì)獬煞旨案鞣N參數(shù)確定括低熱值生物質(zhì)燃?xì)?灶具普遍存在著熱效率較低生物質(zhì)燃?xì)馐且环N特殊的燃?xì)?其特點是熱值達(dá)不到國標(biāo)要求的現(xiàn)象;同時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含量過高而污染環(huán)境。因此必須硏制新的規(guī)律性,不同于一般的城市用燃?xì)?。因此必須根?jù)型的燃燒器,并能控制燃?xì)馀c空氣配比達(dá)到完全燃生物質(zhì)燃?xì)夤逃械奶匦?進(jìn)行確切的設(shè)計計算來確燒,提高熱效率,降低污染;定生物質(zhì)燃?xì)庠罹叩母鞑糠殖叽纭?)通用性好。根據(jù)燃?xì)饣Q性原理,研究設(shè)計中國煤化工論是固定床,還是流化出的灶具當(dāng)生物質(zhì)燃?xì)獬煞职l(fā)生較大變化時也能正床CNMHG布產(chǎn)生的燃?xì)?其燃?xì)飧鞒Ｈ紵?成分含量一般在表1所外范圍內(nèi)3)著火率高。采用高壓脈沖點火方式,配以特根據(jù)計算知道,生物質(zhì)燃?xì)獾母鞣N物理和燃燒性能參數(shù):低位熱值HL:4.60~6.56MJ/m3;高位作者簡仍賞勤集963-),男,所長,副研究員,湖南漢壽河熱值H:4.95~7.13MJ/m;華白數(shù)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;實用華白數(shù)W:4.81~7.15MJ/m3;166農(nóng)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(shù)~1.183kg/m3;理論空氣量:0.962~1.370m2/m3;Cp:26~36。表1生物質(zhì)燃?xì)獬煞諸able 1 Biomass gas componen氣體名稱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?xì)夥秶钠骄涤嬎愠鲈?)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(jù)燃?xì)饣Q性原理進(jìn)行數(shù)圖1b。據(jù)調(diào)整,再通過實驗研究進(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?xì)獾钠骄?燃?xì)獬煞?H216%CO19.2%、CH12.8%、CO211.4%、O21.9%、N48.1%、C2H30.48%、C3H30.12%;燃?xì)獾蜔嶂礔b.內(nèi)圈5.547MJ/m3;華白數(shù)W=6.396MJ/m3;相對密圖1外、內(nèi)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說明2.2確定燃燒方式及熱流量1)從燃燒器計算結(jié)果可以確定燃燒器的所有烹調(diào)用灶具,一般采用大氣式燃燒器根據(jù)生物尺寸但為了加工及裝配方便,將某些尺寸做局部調(diào)質(zhì)燃?xì)饫碚摽諝饬啃?H2、CO含量高且含氧量較大整。例如:為了安裝方便,將內(nèi)、外圈燃燒器的引射器的特點,選取一次空氣系數(shù)a=0.55,保證燃燒時的長度取為一致,保證喉部直徑不變的前題下,引射在較低灶前壓力時不回火較高灶前壓力時不脫火。性能影響不大根據(jù)實際使用經(jīng)驗及GB16410家用燃?xì)庠罹?)為了節(jié)約鋼材,同時保證火孔深度,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(dāng)燃?xì)饬髁吭谝欢ǚ秶鷥?nèi)kW。為了保證充分燃燒,將燃燒器設(shè)計成內(nèi)、外兩變化時,該火孔是比較適用的其外圈熱流量為2.3kW,內(nèi)圈熱流量為θ.93)設(shè)置調(diào)風(fēng)板,保證當(dāng)燃?xì)獬煞职l(fā)生變化時,kW,并分別設(shè)置獨立引射器,以便于調(diào)節(jié)吸入適量的一次空氣,滿足正常燃燒;調(diào)風(fēng)板與混合2.3外圈燃燒器計算管的滑動部分要配合嚴(yán)密,并用鋼簧支撐,不能隨意設(shè)計火孔沿火蓋均勻排列成條形,外沿高,內(nèi)沿滑動低,內(nèi)外沿連線的延長線與火蓋平面的夾角為20°,2.6鍋支架的設(shè)計火孔與徑向連線之間的夾角為40°。根據(jù)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(jié)果。由于內(nèi)圈燃燒器的單個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(nèi)圈,可以外圈火焰高度個矩形(12mm×0.8mm)火孔深度為2.4mm;為準(zhǔn)。根據(jù)已設(shè)計的燃燒器可計算岀外圈燃燒器內(nèi)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(nèi)圈燃燒器的計算吧鏑攴架攴點截面設(shè)計為梯形,既能滿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過長伸入火焰燃燒區(qū)引起冷態(tài)效應(yīng),造成不完全燃的孔13個受擔(dān)孔深度為h=64mm;燒,設(shè)計鍋支架內(nèi)環(huán)直徑為125mm。按照GB164102)噴嘴直徑d"=2.46mm1996家用燃?xì)庠罹叩囊?鍋支架應(yīng)能滿足第4期雷廷宙等:生物質(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷罹叩脑O(shè)計0mm的小鍋,設(shè)計一外圈φl80mm,內(nèi)環(huán)φ75較大,一般燃具閥體的通氣孔及密封長度均不能滿mmn的小鍋支架,在使用小鍋且僅使用內(nèi)圈火時,將足要求。根據(jù)使用情況,對生物質(zhì)燃?xì)忾y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(yīng)。要求:①能夠單獨控制內(nèi)、外圈燃燒器且能調(diào)節(jié)內(nèi)外2.7點火系統(tǒng)的確定圈燃燒器的火力大小;②保證達(dá)到噴嘴截面積4倍生物質(zhì)燃?xì)庵饻囟容^高(700~800C)決定了以上的通氣孔截面積(即通氣孔直徑≥9.4mm);③其點火的難度。實現(xiàn)正常點火的必要條件有兩個:其旋塞閥周向密封長度≥3mm,軸向密封長度≥6是燃?xì)馀c空氣的混合。點火是一種近似爆燃的狀mm;④實現(xiàn)旋塞閥與點火聯(lián)動態(tài),它必須是在燃?xì)馀c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?xì)獾娜紵秶鸀?0.7%~73.3%,從燃燒器設(shè)灶具進(jìn)氣丁字管尺寸的大小,影響著灶具熱流計計算中可知,一次空氣系數(shù)為0.55時,從火蓋流量的大小。根據(jù)經(jīng)驗,丁字管進(jìn)氣口內(nèi)徑≥13.3岀的燃?xì)鉂舛葹?1%,符合正常燃燒的范圍,可以mm,分支管內(nèi)徑≥9.4mm,即可滿足灶具熱流量的直接點燃;其二是點火時間。為防止爆燃,從燃?xì)鈬姶笮∏覞M足流量百分比>90%的要求。出到著火,時間最長不得超過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(jī)加工;燃燒器為脈沖自動點火鑄鐵外涂耐高溫不沾油涂料;燃?xì)忾y體為鋁合金壓燃燒器系統(tǒng)(即連續(xù)點火變壓器鑄件;鍋支架為冷板鍍鎳一鉻;內(nèi)部支撐架為冷板烤火花式點火裝漆置),其原理如圖2所示。為方3結(jié)語便點火,調(diào)整脈通過計算分析,能基本確定生物質(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷顩_次數(shù)為3次/圖2連續(xù)火花式點火裝置原理圖具各部分結(jié)構(gòu)及尺寸,經(jīng)過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(shè)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點火器,雙鍋支架結(jié)構(gòu)等是可行的,該燃?xì)庠罡咝Ч?jié)直接點燃燃燒器,省去點火燃燒器。將點火電源開關(guān)能、低污染、通用性好、易于點火、燃燒穩(wěn)定。設(shè)置與燃?xì)庑y聯(lián)動并超前2s,保證燃?xì)饬鞒鯷參考文獻(xiàn)]前脈沖電火花已產(chǎn)生。另外,將電火花塞設(shè)置在內(nèi)1]李強(qiáng)霖煤氣應(yīng)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火不暢。社,1989.2.8燃?xì)忾y體總成的確定[2]鄧淵.煤氣規(guī)劃設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)生物質(zhì)燃?xì)庥捎谄淙A白數(shù)較低而需要燃?xì)饬髁砍霭嫔?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(shù) gas; generality; appliance; burner