生物質(zhì)爐灶參數(shù)在線調(diào)試方法

邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 楊 帆 黃廣生 廖麗平 王 波 江世明

生物質(zhì)爐灶參數(shù)在線調(diào)試方法

邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系 楊 帆 黃廣生 廖麗平 王 波 江世明

文章簡(jiǎn)要介紹了生物燃料及其燃燒特征，詳細(xì)介紹了多功能高溫高效節(jié)能蒸汽爐灶結(jié)構(gòu)、控制策略及參數(shù)在線調(diào)節(jié)的方法。實(shí)踐結(jié)果表明，該方法能實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)，提高爐灶的燃燒效率。

生物質(zhì)；燃燒；爐灶結(jié)構(gòu)；APP；調(diào)試方法

1 生物質(zhì)能源及燃燒特點(diǎn)

生物質(zhì)主要是指農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中除糧食、果實(shí)以外的秸稈、樹(shù)木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的禽畜糞便和廢棄物等物質(zhì)。將生物質(zhì)材料進(jìn)行壓窄，變成生物質(zhì)顆粒，成為生物質(zhì)能源。生物質(zhì)能源具有原料來(lái)源廣泛、可再生、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、貯存運(yùn)輸安全、對(duì)環(huán)境的無(wú)污染等特點(diǎn)。目前，世界各國(guó)，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，都在致力于開(kāi)發(fā)高效生物質(zhì)能利用技術(shù)。專家預(yù)測(cè)，生物質(zhì)能源將成為未來(lái)能源的重要組成部分，全球總能耗將有40%來(lái)自生物質(zhì)能源[1]。 我國(guó)對(duì)生物質(zhì)能源的研究還處于起步階段，到目前為此，可再生能源占一次能源的比重只達(dá)9%[2]，我國(guó)計(jì)劃到2050年形成可再生能源為主的能源體系，可再生能源在能源消費(fèi)中的比例計(jì)劃達(dá)到60%[3]。生物質(zhì)能源作為一種可再生能源，具有廣闊的發(fā)展前景。

生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程主要分為揮發(fā)份的析出，燃燒和殘余焦炭的燃燒、燃盡兩個(gè)獨(dú)立階段。其燃燒過(guò)程的特點(diǎn)：①水分含量多，燃料需要較高的干燥溫度和較長(zhǎng)的干燥時(shí)間，產(chǎn)生的煙氣體積較大，排煙損失較高。②燃料的密度小，結(jié)構(gòu)松散，迎風(fēng)面積大，易吹起，懸浮段燃燒份額較大。③發(fā)熱量低，灰熔點(diǎn)低，爐內(nèi)溫度水平低，組織穩(wěn)定的燃燒比較困難。④由于揮發(fā)份高，燃料著火溫度較低，一般在250—350℃溫度下?lián)]發(fā)份便大量析出并開(kāi)始劇烈燃燒，此時(shí)若空氣量不足，會(huì)增大化學(xué)不完全燃燒損失[4]。

2 多功能高溫高效節(jié)能蒸汽爐灶結(jié)構(gòu)

多功能高溫高效節(jié)能蒸汽爐灶結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括爐灶體、蒸汽發(fā)生器（31）和燃燒機(jī)（41）；爐灶體包括爐灶芯壁（21）、爐灶芯旋窩（23）與爐灶芯壁（21）內(nèi)測(cè)之間形成燃燒夾道（234）；保溫壁（24）位于爐灶芯壁（21）外側(cè)并空出一環(huán)形煙氣余熱吸收腔（241），蒸汽發(fā)生器（31）安裝在煙氣余熱吸收腔（241）中；燃燒機(jī)（41）安裝在保溫壁（24）與蒸汽發(fā)生器（31）上。

圖1 多功能高溫高效節(jié)能蒸汽爐灶結(jié)構(gòu)示意圖

多功能高溫高效節(jié)能蒸汽爐灶工作特點(diǎn)：

（1）火焰及煙氣在爐灶芯旋窩內(nèi)、燃燒夾道中成螺旋式上升，行經(jīng)長(zhǎng)，停留時(shí)間長(zhǎng)，使得爐膛中溫度高，燃料燃燒完全。

（2）由于煙氣在爐灶芯壁外側(cè)的蒸汽發(fā)生器中環(huán)行，提高爐灶芯壁外側(cè)的溫度，進(jìn)而使整個(gè)爐灶芯壁的溫度升高，從而使?fàn)t灶芯壁的內(nèi)腔溫度升高，有利于燃料的充分燃燒。

（3）采用嵌入式控制技術(shù)，以溫度為系統(tǒng)調(diào)節(jié)，將燃料與空氣同步控制裝置可實(shí)現(xiàn)燃料與空氣的比例自動(dòng)匹配，從根本上克服了傳統(tǒng)控制器風(fēng)料控制不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。

（4）爐灶內(nèi)設(shè)置了防爆裝置，可以防止點(diǎn)火時(shí)爐灶內(nèi)腔（即爐膛）發(fā)生爆炸，還可以維持正常燃燒時(shí)爐灶內(nèi)腔中的火力壓力平穩(wěn)，防止因壓力過(guò)大而引起爆炸、膨裂等事故。

3 生物質(zhì)爐灶參數(shù)在線調(diào)試方法

由于生物質(zhì)燃料的成份不同，再加上溫度是一個(gè)大慣性環(huán)節(jié)，采用PID調(diào)節(jié)爐堂溫度，達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。為此，我們采用分檔(通過(guò)對(duì)不同成份含量的生物質(zhì)燃料進(jìn)行燃燒測(cè)試，將料與風(fēng)的配比進(jìn)行分檔)+微調(diào)的控制策略。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如

檔 位 低檔 中檔 高檔料機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 450 600 720風(fēng)機(jī)電壓（伏） 145 170 200

下面是以調(diào)節(jié)送料速度和風(fēng)機(jī)電壓為例來(lái)說(shuō)明如何實(shí)時(shí)更改生物質(zhì)速度。

設(shè)送料的速度控制值放在STC89S52的EEPROM 1000H中，風(fēng)機(jī)電壓控制值放在1001H中，通過(guò)手機(jī)APP從藍(lán)牙發(fā)送數(shù)據(jù)，STC89S52從藍(lán)牙串口接收數(shù)據(jù)后，通過(guò)IAP技術(shù)修改EEPROM 0001H和0002H的值，數(shù)據(jù)具有掉電保存功能。部分程序如下：

4 結(jié)論

圖2所示是手機(jī)APP（本APP是作者獨(dú)立設(shè)計(jì)的）控制界面，通過(guò)該APP，不僅可以實(shí)時(shí)修改STC89S52的ROM存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，而且可以將爐灶控制參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在APP中。用戶可以方便地使用APP實(shí)修改爐灶參數(shù)和了解爐灶運(yùn)行情況。

圖2 生物質(zhì)爐灶參數(shù)調(diào)節(jié)手機(jī)APP界面

[1]http://finance.eastmoney.com/news/1355,20161130689102523.html.

[2]http://finance.sina.com.cn/g/20091002/09366813031.shtml.

[3]http://www.china-nengyuan.com/news/75914.html.

[4]http://www.cntrades.com/b2b/sayureina/sell/itemid-26907443.html.

On-line debugging method of biomass stove parameters

Yang fan，Huang Guangsheng，Liao Liping，Wang bo，Jiang shiming
（Shao shaoyang information engineering department，Hunan Shaoyang department）

This paper briefly introduces the biofuel and its combustion characteristics，and introduces in detail the structure，control strategy and online adjustment method of multifunctional high temperature and high efficiency energy-saving zhengqiluzao.The experimental results show that the method can adjust the parameters in real time and improve the combustion efficiency of the stove.

biomass；Burning；Stove structure；App；Debugging method

楊帆（1995—），男，湖南岳陽(yáng)人，現(xiàn)就讀于邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系電子信息工程專業(yè)。

湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（湘教通〔2016〕283號(hào)）。

江世明（1965—），男，湖南邵陽(yáng)人，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。