劉明康
摘 要:本文將對(duì)新型家用蜂窩煤爐的運(yùn)行機(jī)理和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析。首先介紹了新型家用蜂窩煤爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、燃燒機(jī)理以及傳熱機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,對(duì)新型家用蜂窩煤爐進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),主要包括二次進(jìn)風(fēng)改造措施、送風(fēng)和引風(fēng)比例調(diào)節(jié)、爐芯設(shè)計(jì)方案以及節(jié)能設(shè)計(jì)方案等,一起提高新型家用蜂窩煤爐的運(yùn)行效率和節(jié)能性。
關(guān)鍵詞:新型家用蜂窩煤爐;運(yùn)行機(jī)理;優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
新型家用煤爐目前在農(nóng)村家庭供暖中得到了廣泛應(yīng)用,是農(nóng)村居民自主供暖的重要方式。新型家用煤爐的外殼有磚砌和鐵皮等形式,以蜂窩煤作為燃料,燃煤熱效率較高,有利于降低環(huán)境污染,提高燃煤經(jīng)濟(jì)性。對(duì)新型家用蜂窩煤爐的設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行分析,有利于促進(jìn)新型家用煤爐的推廣,使用新型家用蜂窩煤爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤爐,達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的目的。
一、新型家用蜂窩煤爐的運(yùn)行機(jī)理
(一)新型家用蜂窩煤爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
新型煤爐采用回風(fēng)式設(shè)計(jì)思想,整個(gè)煤爐呈筒狀結(jié)構(gòu),直徑為310mm,高450mm,外殼使用磚砌或金屬外殼,外接煙囪,可以防止屋內(nèi)空氣污染。煤爐上部設(shè)置有爐臺(tái),可以用于燒水或做飯,兼具取暖功能,可供一般農(nóng)村單間樓房使用。新型家用蜂窩煤爐主要由上煙囪、提火圈、支架圈、爐口護(hù)面板、耐火土表面層、保溫層、耐火土爐芯、爐篦、下爐門等部分組成。新型家用蜂窩煤爐的燃煤熱效率顯著提升,每年可節(jié)省煤料430公斤,而且熱速率高,水燒開的時(shí)間僅需7分鐘左右,相比于傳統(tǒng)煤爐具有節(jié)能、環(huán)保、高效等諸多優(yōu)勢(shì)[1]。
(二)新型家用蜂窩煤爐的燃燒機(jī)理
煤的燃燒過(guò)程較為復(fù)雜,同時(shí)涉及到物理和化學(xué)變化。其燃燒過(guò)程主要包括煤的預(yù)熱和干燥階段、焦炭形成階段、可燃?xì)怏w的燃燒反應(yīng)階段以及灰渣形成階段等。在實(shí)際燃燒過(guò)程中,各階段交互進(jìn)行,燃燒效果主要受煤爐結(jié)構(gòu)以及操作方式影響。煤不充分燃燒會(huì)產(chǎn)生有毒氣體一氧化碳,同時(shí)會(huì)消耗大量熱量,造成熱量損失。為達(dá)到充分燃燒的目的,必須確??諝夤?yīng)及時(shí),并保證爐內(nèi)保持較高溫度。新型家用蜂窩煤具有自然吸風(fēng)作用,采用上下可調(diào)式爐門控制空氣供應(yīng)量,可以保證空氣供應(yīng)充足,同時(shí)避免發(fā)生熄爐現(xiàn)象[2]。
(三)新型家用蜂窩煤爐的傳熱機(jī)理
為了充分利用煤燃燒產(chǎn)生的熱能,要確保熱能有足夠時(shí)間被爐膛吸收,爐口與受熱面的距離應(yīng)適中,并通過(guò)擴(kuò)大受熱面積提高燃煤的熱效率。新型家用蜂窩煤爐增加了提火圈和支架圈對(duì)煤爐傳熱機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié),可以確保爐內(nèi)人能有足夠時(shí)間被吸收,使?fàn)t口保持足夠高的溫度,同時(shí)確保排煙溫度較低,熱能被充分利用。
二、新型家用蜂窩煤爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
(一)二次進(jìn)風(fēng)改造措施
傳統(tǒng)家用煤爐爐口溫度較低的主要原因是爐口裝置欠佳和沒(méi)有二次進(jìn)行措施。因此,要提高煤爐爐口溫度,一方面要挖掘爐口裝置的潛力,另一方面要對(duì)其進(jìn)行二次進(jìn)行改造??刹捎迷黾有顭岚寤蛟黾踊鹩蜖t的二次進(jìn)風(fēng)改造措施,提高爐口溫度,進(jìn)而提高燃煤效率。
(二)爐芯設(shè)計(jì)方法
爐芯是新型家用蜂窩煤爐的關(guān)鍵構(gòu)建,采用優(yōu)質(zhì)材料制作爐芯,可以有效提升爐瓦的最高溫度和爐口的最高溫度。本次設(shè)計(jì)采用粘土制成的生爐瓦,相比于耐火土材料制成的熟爐瓦,爐瓦最高溫度可提升100℃左右,爐口最高溫度可提升150℃左右。
(三)送風(fēng)和引風(fēng)比例調(diào)節(jié)
在煤爐燃燒運(yùn)行過(guò)程中,要調(diào)節(jié)好送風(fēng)和引風(fēng)的比例。新型煤爐采用下點(diǎn)火方式,設(shè)置有下爐門、爐口溫度測(cè)試點(diǎn)以及排煙溫度測(cè)試點(diǎn),方便對(duì)爐溫和空氣供應(yīng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。在旺火燃燒下,下爐門的面積應(yīng)與通風(fēng)界面劑相等,從而獲得較好的熱控制能力??梢詫⑸舷聽t門的最大開度均設(shè)計(jì)為27cm.2。
(四)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)方案
從節(jié)能環(huán)保角度出發(fā),上燃式煤爐比下燃式煤爐更有利于減少對(duì)環(huán)境的污染,而且可以提高燃煤熱效率。兩種煤爐的燃燒機(jī)理不同,上燃式蜂窩煤的最上層煤灰溫度約為600~800℃,第二層氧化層溫度為600~1100℃,第三層干餾層溫度為300~600℃??梢源_保在蜂窩煤燃燒過(guò)程中,二氧化碳不會(huì)被還原成一氧化碳。此外還能使燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的SO2等有害氣體以CaSO4和MgSO4的形式留在灰渣中,從而達(dá)到降低熱量損耗,保護(hù)環(huán)境的目的。隨著上燃式煤爐技術(shù)的逐漸成熟,農(nóng)村家用蜂窩煤爐應(yīng)采用上燃式煤爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的下燃式煤爐,從而滿足社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展要求。
三、結(jié)語(yǔ)
綜上所述,新型家用蜂窩煤爐采取節(jié)能性設(shè)計(jì)方案,可以提高煤爐運(yùn)行的燃燒效率和傳熱效率,從而達(dá)到節(jié)約能源、降低能耗的目的。通過(guò)合理設(shè)計(jì)煤爐結(jié)構(gòu),增加二次進(jìn)風(fēng)設(shè)施,可以提高確保煤爐空氣的穩(wěn)定供應(yīng),使?fàn)t內(nèi)保持足夠的溫度,進(jìn)而確保煤的充分燃燒,避免產(chǎn)生一氧化碳和二氧化硫等有毒氣體。此外,通過(guò)對(duì)上下爐門面積進(jìn)行均等設(shè)置,可以達(dá)到調(diào)節(jié)送風(fēng)和引風(fēng)比例的目的。
參考文獻(xiàn):
[1]徐大為,王昆能,胡浪,孫先波.基于溫差發(fā)電的智能柴煤爐設(shè)計(jì)[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,34(02):207-209+240.
[2]劉治寶.威索燃燒器在熱煤爐系統(tǒng)中的安全使用設(shè)計(jì)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,30(S1):173-175.