生物質(zhì)顆粒水暖鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)的研究

孟慶福 劉 偉 張立明

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院齊齊哈爾農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 點(diǎn)火裝置的設(shè)計(jì)

1.1 點(diǎn)火方式的選擇

就點(diǎn)火方式而言，能夠依據(jù)點(diǎn)火元件以及顆粒燃料彼此之間的相對位置進(jìn)行劃分，主要有接觸點(diǎn)火和非接觸式點(diǎn)火。接觸式點(diǎn)火主要以點(diǎn)火元件和燃料進(jìn)行直接接觸，它的能量借助傳導(dǎo)的方式實(shí)現(xiàn)有效地傳輸從而達(dá)到被點(diǎn)燃料的效果，所以其具備相當(dāng)多的優(yōu)勢。而非接觸式點(diǎn)火主要為不會(huì)發(fā)生直接的接觸，點(diǎn)火元件所帶來的能量，主要為借助對流的辦法實(shí)現(xiàn)燃料的傳輸，以這種方式而言，其主要的優(yōu)勢為控制簡便等，其主要的點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)方式為電阻絲，另外還有點(diǎn)火以及電子點(diǎn)火等。

a.電阻棒點(diǎn)火。以電主棒點(diǎn)火來看，其原理具體為：電阻棒在進(jìn)行通電的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致高溫，一旦溫度要比點(diǎn)火溫度高的話，顆粒燃料會(huì)被點(diǎn)燃，在整個(gè)燃燒器里，電阻棒往往會(huì)相對較長，會(huì)直接進(jìn)到燃燒室，處在燃料下或者是里面，所以其為接觸式點(diǎn)火。在這項(xiàng)技術(shù)方面，主要的優(yōu)勢為能夠很好地被控制，而且點(diǎn)火速度相對要快；缺陷在于耗電量大，并且在整個(gè)點(diǎn)火經(jīng)過里出現(xiàn)一定程度的污染情況，對于那些存在結(jié)渣情況的顆粒燃料，如要點(diǎn)燃的話是存在困難的。

b.電阻絲點(diǎn)火。和電阻棒對比的話，電阻絲點(diǎn)火和它是非常類似的，亦借助電能轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)給熱能點(diǎn)火。這兩者的主要不同是電阻絲通常不會(huì)進(jìn)入燃燒室，主要設(shè)置于燃燒室與風(fēng)機(jī)二者之間的位置，主要借助風(fēng)機(jī)從而將熱量吹到燃燒室里，因此也叫作熱風(fēng)點(diǎn)火，其為非接觸式點(diǎn)火。主要的優(yōu)勢為能夠?qū)崿F(xiàn)較好的可控制性，能夠點(diǎn)所有顆粒燃料，不足為在進(jìn)行點(diǎn)火的時(shí)候，存在能量損失的情況，而且并不節(jié)能，存在污染的情況。

c.電子點(diǎn)火。這項(xiàng)技術(shù)主要借助電極放電的時(shí)候出現(xiàn)的電火花從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燃，這種技術(shù)為非接觸式點(diǎn)火。因?yàn)殡姌O在放電時(shí)出現(xiàn)的能量相對有限，因此應(yīng)該借助易燃物去進(jìn)行輔助點(diǎn)火，主要的易燃物為酒精等。其主要的優(yōu)勢在于點(diǎn)火速度快，造成的污染相對要小，不足在于操作不方便，并且要消耗別的燃料，在自動(dòng)化方面也相對較難實(shí)現(xiàn)。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的點(diǎn)火方式為電阻絲熱風(fēng)點(diǎn)火，屬于非接觸式點(diǎn)火。其主要借助風(fēng)機(jī)對點(diǎn)火絲實(shí)現(xiàn)通電，由此帶來的熱量會(huì)被吹到燃燒筒里，里面的生物質(zhì)顆粒燃料會(huì)因此被加熱，并會(huì)出現(xiàn)升溫，一旦溫度比點(diǎn)火溫度高的話，那么燃料也就會(huì)被點(diǎn)燃。因?yàn)樵诓僮魃虾唵慰煽浚⑶野踩€(wěn)定，整個(gè)控制方式相對簡捷，所以得到了廣泛地應(yīng)用。

1.2 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

燃燒器的點(diǎn)火試驗(yàn)裝置主要包括點(diǎn)火絲、點(diǎn)火絲架和火焰判斷裝置。

由于熱風(fēng)點(diǎn)火的換熱方式是熱對流的方式，因此點(diǎn)火絲的換熱效率越高則熱風(fēng)點(diǎn)火的效果越好，所以點(diǎn)火絲的設(shè)計(jì)遵從的原則就是最大程度地提高換熱面積。

圖2所示為點(diǎn)火絲的設(shè)計(jì)圖，為了能實(shí)現(xiàn)既降低點(diǎn)火絲的安裝體積又能盡最大程度地提高其換熱面積，因此設(shè)計(jì)成如圖所示的回形針形狀。

圖2 點(diǎn)火絲

圖3 點(diǎn)火絲支架

點(diǎn)火絲支架是安裝點(diǎn)火絲的部件，它的一端設(shè)計(jì)為斜面，主要是為了很好地燃燒內(nèi)筒的風(fēng)孔對準(zhǔn)并和燃燒內(nèi)筒的后壁嚴(yán)密貼合，這樣才能最大程度地保證被點(diǎn)火絲加熱的空氣不會(huì)散失。支架的另一端是一個(gè)小平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)是用來定位和安裝點(diǎn)火絲的。點(diǎn)火絲和支架實(shí)物如圖4所示。

圖4 點(diǎn)火絲及支架實(shí)物

點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)裝配圖。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)方法

以熱風(fēng)點(diǎn)火來看，其借助對流的方式對熱量進(jìn)行有效傳輸。在點(diǎn)火試驗(yàn)過程中，點(diǎn)火質(zhì)量受到的影響因素較多，主要有功率大小等。所以，在此次試驗(yàn)里，選取點(diǎn)火絲功率、風(fēng)速和進(jìn)料量為主要控制因素。

在試驗(yàn)中，使用到的點(diǎn)火絲是電阻發(fā)熱管，功率是固定值，設(shè)計(jì)了3個(gè)水平，分別是277W、352W和394W，單因素試驗(yàn)中風(fēng)速分別設(shè)置為2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s、3.5m/s、4.0m/s，共5個(gè)水平。進(jìn)料量設(shè)置為200g、250g、300g、350g、400g共5個(gè)水平。而在試驗(yàn)點(diǎn)火時(shí)間方面，為點(diǎn)火絲實(shí)現(xiàn)通電的時(shí)間，主要實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)點(diǎn)火經(jīng)過的速度，能耗為點(diǎn)火絲功率和點(diǎn)火時(shí)間的乘積，表征點(diǎn)火過程所消耗的能量：污染物排放量是以煙氣分析儀監(jiān)測的二氧化硫、一氧化碳等濃度對時(shí)間的積分來計(jì)算的，主要用來表征點(diǎn)火過程對環(huán)境的污染程度。

2.2 試驗(yàn)流程

2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則：每組試驗(yàn)選擇一個(gè)主要研究因素，然后針對這個(gè)研究因素在一個(gè)合理的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)若干個(gè)試驗(yàn)值。這個(gè)范圍主要參考國外相關(guān)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，對于其它2個(gè)次要研究因素則設(shè)置一個(gè)合理的固定值。試驗(yàn)的目的是探索主要研究因素按一定原則進(jìn)行變化時(shí)對整個(gè)點(diǎn)火效果的影響規(guī)律。

編號(hào)主要研究對象次要研究對象參數(shù)設(shè)置1點(diǎn)火絲功率P風(fēng)速V初始進(jìn)料量mP1=277W、P2=352W、P3=394W;V=3.0m/s;m=350g2風(fēng)速V點(diǎn)火絲功率P初始進(jìn)料量mV1=2.0m/s、V2=2.5m/s、V3=3.0m/s、V4=3.5m/s、V5=4.0m/s;m=350g;P=325W3初始進(jìn)料量m點(diǎn)火絲功率P風(fēng)速Vm1=200g、m2=250g、m3=300g、m4=350g、m5=400g;P=352W;V=3.0m/s

3 結(jié)語

此次研究，對影響熱風(fēng)點(diǎn)火的3個(gè)主要因素開展了單因素試驗(yàn)，單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：點(diǎn)火絲功率對點(diǎn)火過程的影響呈拋物線型，當(dāng)點(diǎn)火功率P=350W左右時(shí)綜合效果最佳，風(fēng)速對點(diǎn)火過程呈反比例型影響，即風(fēng)速越大效果越差，但風(fēng)速低時(shí)風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性能不是很好，綜合效果為風(fēng)速V=3.0m/s時(shí)最好，初始進(jìn)料量對風(fēng)速的影響也是呈拋物線型，綜合效果在m=250～300g之間時(shí)最好。