生物質(zhì)熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用

高海華 李波 管永偉

摘 要：目前，市場上現(xiàn)有的生物質(zhì)熱風(fēng)爐存在結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，不能自動加料，燃燒不完全，配氧不合理及火力大小不好控制等諸多缺陷。由于燃燒不完全，因此，生物質(zhì)在燃燒時出現(xiàn)黑煙，煙塵量大，嚴(yán)重污染環(huán)境。本文設(shè)計了一種使用生物質(zhì)顆粒作為燃料，能實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)料、自動排渣且合理配風(fēng)，使燃料完全燃燒而利于環(huán)保的生物質(zhì)熱風(fēng)爐。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)熱風(fēng)爐；自動進(jìn)料；自動排渣

中圖分類號：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）22-0059-03

Structural Design and Application of Biomass Hot Blast Stove

GAO Haihua LI Bo GUAN Yongwei

（Henan Jufeng Biological Energy Development Co.， Ltd.，Puyang Henan 457000）

Abstract： At present， the existing biomass hot blast stove in the market has many defects， such as simple structure design， no automatic feeding， incomplete combustion， unreasonable oxygen distribution and poor firepower control and so on. Because of incomplete combustion， biomass appeared black smoke when burning， and the amount of smoke and dust was large， which seriously polluted the environment. This paper designed a biomass hot blast stove which used biomass particles as fuel to realize automatic feeding， automatic slag discharge and reasonable air distribution， which made the fuel completely burn and was beneficial to environmental protection.

Keywords： biomass hot blast stove；automatic feed；automatic slagging

熱風(fēng)爐是人民生活和工業(yè)中最常見的能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，其將常規(guī)能源的化學(xué)能或電能轉(zhuǎn)化為熱能，能量以熱風(fēng)的形式供應(yīng)給相應(yīng)設(shè)備，常用于干燥機(jī)、烘干機(jī)、成型機(jī)和采暖等。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱風(fēng)爐通常以煤作為主要能源燃料。隨著煤炭資源的日益短缺，世界各國大力開展和創(chuàng)新生物質(zhì)燃燒利用技術(shù)，以解決今后能源危機(jī)帶來的各種問題。由于煤的熱值高，揮發(fā)分少，因此，煤爐的結(jié)構(gòu)相對簡單。采用生物質(zhì)燃料的熱風(fēng)爐開辟了新的能源，但由于燃燒過程的復(fù)雜性，燃燒的充分性和防止產(chǎn)生生物質(zhì)燃料焦油的排放非常重要[1]。

生物質(zhì)顆粒燃料與煤炭燃料相比，具有含碳量低、熱值低、揮發(fā)分高、含氧量高、灰分較低等特性。因此，在設(shè)計生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)時，不能完全參考燃煤鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。生物質(zhì)燃料燃燒時間短，易著火，需要采用攔火措施防止送料機(jī)內(nèi)的燃料著火。生物質(zhì)顆粒燃料特有的燃燒特性決定了生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)、燃燒方式和進(jìn)料機(jī)的送料方式。目前，市場上現(xiàn)有的生物質(zhì)熱風(fēng)爐在結(jié)構(gòu)上基本類似或相同，但在結(jié)構(gòu)上存在以下缺陷：①因?yàn)闊犸L(fēng)爐爐排固定不動，生物質(zhì)燃燒過程容易出現(xiàn)燃料結(jié)焦的問題；②由于熱風(fēng)爐本身的爐膛結(jié)構(gòu)簡單，只有一個獨(dú)立的爐膛結(jié)構(gòu)，整個燃燒過程都在一個爐膛中完成，且傳統(tǒng)的熱風(fēng)爐底部采用自然通風(fēng)，通風(fēng)對提高燃燒率沒有實(shí)質(zhì)影響，且投料方式為塞入式，生物質(zhì)燃料到達(dá)燃燒的時間較長，燃燒不充分，熱效率低，且燃燒時出現(xiàn)黑煙，煙塵量大，嚴(yán)重污染環(huán)境；③由于熱風(fēng)爐本身結(jié)構(gòu)不含有自動排灰功能，生物質(zhì)燃燒后在爐底積攢的灰塵要靠人工掏出爐外，工人勞動強(qiáng)度大，操作不方便；④由于熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)本身存在缺陷，換熱管內(nèi)壁經(jīng)常積灰，影響傳熱效果，熱利用率低；加之換熱管不像鍋爐的換熱管一樣由水換熱，熱風(fēng)爐通過空氣換熱系數(shù)比鍋爐低，所以普通的碳鋼換熱管容易燒壞，換熱管使用壽命短[2]。

1 鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

1.1 生物質(zhì)高效傳熱節(jié)能熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)樣式

為了彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)及引進(jìn)自動控制設(shè)備，研究發(fā)明出一種生物質(zhì)燃燒不易結(jié)焦、燃料燃燒充分、熱效率高及操作簡單、方便的生物質(zhì)高效傳熱節(jié)能熱風(fēng)爐。具體結(jié)構(gòu)見圖1至圖3。

發(fā)明的生物質(zhì)高效傳熱節(jié)能熱風(fēng)爐包括爐體、爐膛組件、爐門組件、爐箅組件、給料組件、換熱組件、煙道組件、鼓風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)進(jìn)口、煙囪出口和熱風(fēng)出口，所述爐體內(nèi)下部設(shè)有爐膛組件，爐膛組件包括上爐膛、中爐膛和下爐膛，爐膛周邊設(shè)有保溫層，上爐膛周邊的保溫層內(nèi)同時設(shè)有耐高溫層，上爐膛上方設(shè)有燃盡室，上爐膛一側(cè)爐體上安裝有爐門組件，下爐膛一側(cè)爐體上自下而上依次設(shè)有一次進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)口和二、三次進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)口，與一次進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)口對應(yīng)，在下爐膛外表面上設(shè)置有一次進(jìn)風(fēng)口，與二、三次進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)口對應(yīng)，分別在下爐膛和中爐膛外表面上設(shè)置有二次進(jìn)風(fēng)口和三次切向進(jìn)風(fēng)口；爐膛組件下部設(shè)有爐箅組件；爐體內(nèi)、爐膛組件上方設(shè)有換熱組件；爐體內(nèi)、換熱組件上方設(shè)有煙道組件；爐體的爐頂板上設(shè)有與煙道組件連通的煙囪出口；爐體一側(cè)設(shè)有給料組件，給料組件的出料口與爐膛組件的上爐膛連通；爐體的一側(cè)設(shè)置有鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)接口與爐體上部一側(cè)的冷風(fēng)進(jìn)口由管道連接，冷風(fēng)進(jìn)口正對換熱組件；相對于冷風(fēng)進(jìn)口，在爐體的另一側(cè)設(shè)有熱風(fēng)出口；爐體內(nèi)、爐箅組件下方設(shè)有倒錐形積灰槽；在爐體內(nèi)、爐膛組件的一側(cè)連通設(shè)有倒錐形二三回程落灰膛；所述積灰槽和二三回程落灰膛底部同時設(shè)有自動排灰裝置；所述爐箅組件含有爐箅轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)；所述換熱組件的換熱管內(nèi)設(shè)有自動除灰裝置[3]。

爐體包括雙層爐頂板和爐體框架，雙層爐頂板和爐體框架內(nèi)設(shè)有保溫層。

一次進(jìn)風(fēng)口為圓周向均布排列在下爐膛外表面上的多個進(jìn)風(fēng)通孔；三次切向進(jìn)風(fēng)口為上下兩層與中爐膛外表面切線方向呈45°夾角的多個切向進(jìn)風(fēng)通孔[4]。

自動除灰裝置包括安裝在每個換熱管內(nèi)的除塵彈簧，除塵彈簧上端鉤掛在多排彈簧鉤片上，彈簧鉤片的兩端固定有懸臂，懸臂的兩側(cè)通過鉸接的連桿及連桿座鉸接在爐體框架上，懸臂上安裝有橋架，橋架中部橫向貫穿安裝有傳動軸，傳動軸的兩端通過傳動軸座和傳動軸尾座固定安裝在爐體框架和煙道組件上，傳動軸一端伸出爐體，伸出端末端連接有電機(jī)；多排彈簧鉤片之間通過筋條固定連接；傳動軸貫穿煙道組件，傳動軸的中部通過轉(zhuǎn)塊和擋片固定在煙道組件上。

1.2 生物質(zhì)高效傳熱節(jié)能熱風(fēng)爐的工作原理

在爐體一側(cè)設(shè)置自動送料裝置，便于將生物質(zhì)燃料自動送到爐膛內(nèi)；在爐膛內(nèi)設(shè)置有可轉(zhuǎn)動的爐排，以防止燃料結(jié)焦；燃燒的余灰由爐箅下方的掃灰板掃至積灰槽，在積灰槽下側(cè)設(shè)置一個自動排灰裝置，將灰自動排出室外；燃料在爐膛燃燒室內(nèi)經(jīng)過三次配風(fēng)后，又在燃盡室內(nèi)充分完全燃燒；燃燒的熱量及煙氣經(jīng)過不銹鋼三回程換熱器排出爐外，換熱管內(nèi)設(shè)置彈簧，能自動除灰，在爐旁設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)把換熱管的熱量帶走[5]。

2 生物質(zhì)高效傳熱節(jié)能熱風(fēng)爐的優(yōu)點(diǎn)

所述爐箅組件含有爐箅轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，爐箅由不銹鋼材料制成并且時刻轉(zhuǎn)動，解決了固定爐排不動、燃料結(jié)焦的問題；上爐膛上方設(shè)有燃盡室，下爐膛上設(shè)有一次進(jìn)風(fēng)口和二、三次進(jìn)風(fēng)口，保證生物質(zhì)燃料完全燃燒，且燃燒時無黑煙，利于環(huán)保；積灰槽和二三回程落灰膛底部同時設(shè)有自動排灰裝置，且爐箅下面設(shè)有掃灰板將爐箅落下的灰掃入積灰槽中，由螺旋組件把灰排到爐外，實(shí)現(xiàn)了自動排灰，操作簡單、方便，降低了工人勞動強(qiáng)度；換熱組件的換熱管內(nèi)設(shè)有自動除灰裝置，解決傳統(tǒng)熱風(fēng)爐換熱管不能自動除灰的問題，提高了傳熱效果及熱利用率[6]。

換熱管采用不銹鋼材料制成，相對于傳統(tǒng)熱風(fēng)爐換熱管采用碳鋼材料容易燒壞，提高了換熱管的使用壽命；煙道組件分設(shè)有煙道彎管及耐火層和內(nèi)煙道，以及含有分煙閘板和分煙調(diào)節(jié)桿。這樣一來，當(dāng)用戶需要的熱風(fēng)不是純凈的熱風(fēng)時可以通過煙道組件利用一部分煙氣，進(jìn)一步提高熱風(fēng)爐的熱利用率；爐體框架內(nèi)設(shè)有保溫層，爐膛周邊設(shè)有保溫層和耐高溫層，爐門內(nèi)外層鋼板內(nèi)設(shè)保溫層，爐門內(nèi)表面設(shè)有耐高溫層等，有助于提高熱利用率[7]。

綜上，該生物質(zhì)高效傳熱節(jié)能熱風(fēng)爐生物質(zhì)燃燒不易結(jié)焦，燃料燃燒充分，熱效率高，且操作簡單、方便，換熱管使用壽命提高，應(yīng)廣泛推廣實(shí)施。

3 結(jié)論

本文對原有生物質(zhì)熱風(fēng)爐進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化，研究發(fā)明了一種新型的生物質(zhì)高效傳熱節(jié)能熱風(fēng)爐，該發(fā)明具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)用性。獨(dú)有的三爐膛設(shè)計解決了燃燒不充分、熱效率低、煙塵量大的問題。該生物質(zhì)熱風(fēng)爐操作使用方便，實(shí)現(xiàn)了在正常運(yùn)行中無需人工長時間看管，顯著降低了工人勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，適于推廣實(shí)施。

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