摘要：介紹了一種利用
生物質(zhì)顆粒作為燃料的專(zhuān)用炊事取暖爐具-11SKCQ型生物質(zhì)顆粒燃料炊事取暖爐的整體結(jié)構(gòu)及工作原理，說(shuō)明了其在設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，闡述了主要部件的設(shè)計(jì)，分析了應(yīng)用該機(jī)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：生物質(zhì)顆粒燃料；專(zhuān)用炊事取暖爐；設(shè)計(jì)；使用
1、研究背景
在我國(guó)，農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)約7億t，除部分作為造紙?jiān)虾惋暳�、肥料之外，大約有3億t可作為燃料使用，折合1.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤；林木枝椏和林業(yè)廢棄物年可獲得量約9億t，約有3億t可作為能源利用，折合2億t標(biāo)準(zhǔn)煤。黨和政府對(duì)生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用的高度重視，給戶用生物質(zhì)爐具的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。我國(guó)戶用生物質(zhì)爐具是個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，尤其是戶用高效低排放生物質(zhì)爐具，在溫室氣體減排、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和社會(huì)主義新農(nóng)村建沒(méi)中將發(fā)揮重要作用。
2、研究成果
山西省長(zhǎng)治市農(nóng)機(jī)研究所積極響應(yīng)國(guó)家關(guān)于“秸稈綜合利用”政策，根據(jù)市場(chǎng)需求，研制開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)顆粒燃料炊事取暖（智能）兩用爐-11SKCQ型生物質(zhì)顆粒燃料炊事取暖爐。經(jīng)過(guò)大量的調(diào)查研究、反復(fù)試制試驗(yàn)，樣機(jī)于2010年3月試制成功。從近S年的使用來(lái)看，該爐具基本達(dá)到?jīng)]計(jì)要求。富通新能源生產(chǎn)的
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下所示：
11SKCQ型生物質(zhì)顆粒燃料炊事取暖爐是以生物質(zhì)顆粒燃料為能源，采用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)和生物質(zhì)燃料燃燒技術(shù)，通過(guò)遙控器或觸摸面板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)供料、自動(dòng)溫控。該爐具是居家炊事做飯、取暖的理想的智能化沒(méi)備。
3、研究的主要內(nèi)容
3.1設(shè)計(jì)要求
為了達(dá)到戶用高效低排放生物質(zhì)爐具的使用性能，對(duì)炊事取暖兩用爐沒(méi)計(jì)要求如下：①環(huán)保、衛(wèi)生無(wú)污染、無(wú)廢水、無(wú)焦油，利于健康；②采用先進(jìn)的生物質(zhì)顆粒燃燒方式，多層給氧，充分燃燒，達(dá)到節(jié)能減排的目的；③設(shè)計(jì)多爐膛，合理利用余熱，提高熱效率，可同時(shí)做飯炒菜、煲湯、燒水、淋浴、取暖、烘烤等；④火力可調(diào)，有電源過(guò)載保護(hù)，有啟停按鈕及顯示；⑤性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、造價(jià)低廉；⑥使用生物質(zhì)顆粒燃料，備有燃料箱，具有自動(dòng)上料、自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)溫控等功能，智能化程度高，實(shí)現(xiàn)傻瓜式操作。
3.2結(jié)構(gòu)組成
11SKCQ型生物質(zhì)顆粒燃料炊事取暖爐主要由螺旋上料器、機(jī)架、燃燒室風(fēng)機(jī)、排煙引風(fēng)機(jī)、電控柜、燃燒室、灰室、燃燒風(fēng)道、二次風(fēng)道、主火灶、烤箱、爐具水套等組成。整機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖l。
3.3主要技術(shù)參數(shù)
外形尺寸 1200 mm 500 mm 700 mm
整機(jī)質(zhì)量250 kg
取暖額定功率15 kW
參考取暖面積130m2
3.4工藝路線
使用戶用生物質(zhì)炊事取暖爐時(shí)，把生物質(zhì)顆粒燃料直接放入爐中點(diǎn)燃。該爐型是在直燃和氣化燃燒共同作用的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，即在燃燒過(guò)程中既有明火燃燒，又有氣化成分，沒(méi)有焦油析出，最顯著的特點(diǎn)是燃燒充分，不冒黑煙，熱效率較高，煙氣污染排放較低，有利于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和農(nóng)民的身體健康。
4、主要部件設(shè)計(jì)
爐具的研發(fā)目前要求具有高效低碳低排放的性能。
生物質(zhì)燃料在爐膛里燃燒，并進(jìn)行合理配風(fēng)，伴有氣化成分。該爐具二次風(fēng)作用非常明顯，一是補(bǔ)氧，二是進(jìn)一步加強(qiáng)煙氣的擾動(dòng)，使燃燒更加充分。
高效低排放戶用生物質(zhì)爐具指標(biāo)：炊事?tīng)t、炊事采暖爐、采暖爐的熱效率分別大于35%、60%、65%，煙塵排放濃度小于50 mg/m;3，二氧化硫排放濃度小于30mg/m3，NOx排放濃度小于150 mg/m3，一氧化碳排放濃度小于0.2%。
4.1燃燒室的設(shè)計(jì)
要解決燃燒、傳熱與炊具配套的問(wèn)題，首先要解決好爐子燃燒問(wèn)題。好的爐子燃燒效率要求達(dá)到70%以上。燃料燃燒得越充分，污染物排放就越低。應(yīng)從燃燒方式、爐膛材質(zhì)的選擇、進(jìn)風(fēng)量的合理匹配等方面進(jìn)行優(yōu)化。為此，研究人員優(yōu)化沒(méi)計(jì)了爐膛內(nèi)芯，利用碳化硅做為爐芯材料，達(dá)到了節(jié)能的效果。爐膛內(nèi)壁設(shè)計(jì)有切線式花紋，可以實(shí)現(xiàn)多層供氧。爐芯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、高熱震穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度大、抗氧化性能高、很好的耐磨性能等特點(diǎn)。采用該爐芯后，實(shí)現(xiàn)了“沸騰+渦流式氣化直燃”的燃燒方式，底風(fēng)可以從底部開(kāi)始供氧，爐底可以以沸騰的方式燃燒，并且氧氣還順著切線花紋渦流配風(fēng)，實(shí)現(xiàn)了多層給氧，燃燒更充分，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
另外，在爐膛上方還沒(méi)計(jì)了一個(gè)環(huán)形擋火板，避免火焰過(guò)早地從出煙口排出，保存熱量。
通過(guò)料箱可自動(dòng)向爐膛內(nèi)均勻投放燃料，火焰在爐膛上方收攏匯聚后，在爐口位置增沒(méi)二次風(fēng)道，與二次配風(fēng)充分的混合，使燃燒更加徹底充分，提高出火口的溫度，氣化直燃不產(chǎn)生焦油、廢水等各種廢棄物排放，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，還可以降低有害氣體的排放，節(jié)能環(huán)保；采用高溫直接燃燒技術(shù)，焦油等以氣態(tài)的形式直接燃燒，解決了生物質(zhì)氣化焦油含量高的技術(shù)難題，避免了焦油帶來(lái)的二次污染。
4.2多回程、多爐膛設(shè)計(jì)
多回程、多爐膛沒(méi)計(jì)，增加受熱面，合理利用余熱，提高熱效率，除炊事功能外，還可以取暖，有烤箱，有余火利用灶。為了合理布置和充分利用炊具的受熱面，降低排煙溫度，延長(zhǎng)可燃?xì)庠跔t膛上部與鍋接觸的時(shí)間，研究人員從2個(gè)方面進(jìn)行了沒(méi)計(jì)：一是沒(méi)計(jì)了引風(fēng)機(jī)，通過(guò)微負(fù)壓來(lái)引導(dǎo)火焰方向，最大限度地加大鍋底的受熱面；二是沒(méi)計(jì)了爐具取暖水套、烤箱，充分利用余熱，解決了炊事采暖同步進(jìn)行的問(wèn)題。
4.3自動(dòng)智能化控制系統(tǒng)
為了操作方便，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)上料，沒(méi)計(jì)了遙控、觸摸兩用的控制面板，將單片機(jī)技術(shù)、弱電控制技術(shù)與兩用爐炊事、取暖功能很好地結(jié)合在一起，可以讓使用者從手工填料又臟又累的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，達(dá)到省時(shí)、省力、干凈、衛(wèi)生的效果。通過(guò)控制面板還可以控制火力的大小�？刂葡到y(tǒng)由單片機(jī)、遙控器、紅外接收器、觸摸顯示屏、上料器、燃燒風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、電子點(diǎn)火器等組成。工作過(guò)程是：①聯(lián)接220 V市電，將爐具總電源開(kāi)關(guān)按下，此時(shí)電源指示燈亮，說(shuō)明電源已經(jīng)接通。按下控制面板點(diǎn)火開(kāi)關(guān)( ONIOFF)，控制面板上的ON/OFF指示燈閃亮，手動(dòng)指示燈亮。之后清灰10s，在10 s后讓風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始自動(dòng)下料，l擋指示燈亮，手動(dòng)上料燈亮，并持續(xù)下料2 min。②2mm后，手動(dòng)上料燈滅，停止下料。此時(shí)電加熱棒接通電源，通過(guò)負(fù)壓熱空氣的持續(xù)加熱，4 min后將點(diǎn)火孔附近的顆粒燃料點(diǎn)燃。③5 min后下料電機(jī)會(huì)在1擋位置間歇下料，l擋指示燈會(huì)閃亮�；鹆Υ笮】赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)上料器的高、中、低3個(gè)擋位（對(duì)應(yīng)顯示燈的顏色分別為綠、黃、紅）實(shí)現(xiàn)大小火力的控制。④關(guān)機(jī)時(shí)只需按下開(kāi)關(guān)鍵( ONIOFF)即可，此時(shí)所有指示燈全部熄滅，但燃燒排煙風(fēng)機(jī)與燃燒風(fēng)機(jī)會(huì)繼續(xù)工作，直到將燃燒室內(nèi)的燃料全部燒盡并將余熱散盡，保護(hù)電氣電路不會(huì)被損壞，關(guān)機(jī)時(shí)間大約10 min。
自動(dòng)點(diǎn)火是通過(guò)數(shù)字化控制燃燒室底部電加熱棒的啟動(dòng)與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)一鍵點(diǎn)火，點(diǎn)火時(shí)間短(6min以?xún)?nèi))，再通過(guò)控制上料器與風(fēng)機(jī)的關(guān)閉實(shí)現(xiàn)一鍵封火，傻瓜式操作，方便快捷。
自動(dòng)加料是由微電腦數(shù)字變頻控制螺旋加料器的啟動(dòng)與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制加料量，通過(guò)人工預(yù)先沒(méi)置，實(shí)現(xiàn)大小火力可調(diào)，只需一次性將儲(chǔ)料倉(cāng)加滿，可以1~3天不需要加燃料，最大程度地減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，使?fàn)t灶使用更具人性化、智能化。
自動(dòng)清灰是根據(jù)生物質(zhì)燃料灰分小的特點(diǎn)，通過(guò)給爐膛底部配風(fēng)的風(fēng)量實(shí)現(xiàn)清灰，配底風(fēng)即可助燃，又可清灰。風(fēng)力除灰，操作簡(jiǎn)單，智能化程度高，工作量小。
4.4安全閥的設(shè)計(jì)
安全閥是爐灶沒(méi)備中重要的附件之一，它能自動(dòng)地將爐灶工作壓力控制在預(yù)定的允許范圍之內(nèi)。我國(guó)戶用燃燒爐大部分都分布在城郊及廣大農(nóng)村，在夜間取暖時(shí)間較長(zhǎng)，在高寒時(shí)期可能出現(xiàn)嚴(yán)重的凍爐現(xiàn)象，使進(jìn)出水管全部被凍死，一經(jīng)點(diǎn)爐就可能出現(xiàn)爐內(nèi)增壓現(xiàn)象發(fā)生，從而發(fā)生意外事故。為防止事故發(fā)生，在爐頂部安裝安全閥，起到安全作用。該燃燒爐中沒(méi)置的安全閥可在點(diǎn)爐后第一時(shí)間排出爐芯壓力，是目前市場(chǎng)上最安全的戶用燃爐之一。當(dāng)爐內(nèi)壓力過(guò)高時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，確保爐體安全。兩用爐的爐內(nèi)壓力不大于2.5 MPa，采用彈簧式安全閥。
5、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益
高效低排放戶用生物質(zhì)爐具適用范圍廣泛，適用于家庭、酒店、餐廳等場(chǎng)所，可同時(shí)炒菜、做飯、洗浴、取暖，還可用于大棚蔬菜升溫等。
經(jīng)過(guò)熱值換算，1.4 t秸稈燃料相當(dāng)于1t煤的熱能。以四口之家為例，每天3頓飯約需秸稈燃料3～5 kg，每年約需1080～1800 kg。
取暖每天約需再增加10~15kg，以4個(gè)月取暖期計(jì)算，約需1200~ 1800 kg。每戶全年約需秸稈燃料2.28～3.6 t，按360元，t計(jì)算，合820～1296元。
單戶若使用原煤做燃料，全年約需4.5 t，單價(jià)以700元／t計(jì)算，煤費(fèi)為3 150元。單戶若用電炊事（3 kWh/天）、取暖(20 kWh/天)，以4個(gè)月取暖期計(jì)算，全年約需3 480 kWh，單價(jià)以0.5元/kWh計(jì)算，電費(fèi)為1740元。
由此可見(jiàn)，與用原煤相比，用秸稈顆粒可節(jié)約成本1854~2 330元。與用電相比，用秸稈顆�？晒�(jié)約成本444~ 920元。
6、總結(jié)
11SKCQ型生物質(zhì)顆粒燃料炊事取暖爐的開(kāi)發(fā)和利用，為秸稈轉(zhuǎn)化提供了有效途徑。生物質(zhì)能源的綜合利用，可減輕直接燃燒作物秸稈造成的環(huán)境污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。同時(shí)，有利于增加農(nóng)民收入，改善和美化農(nóng)村環(huán)境。
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