户用秸秆燃气采暖锅炉的设计与试验

刘建禹¹，冯江¹，朱伟²

（1．东北农业大学工程学院，黑龙江哈尔滨150030；2．黑龙江省农村能源办公室，黑龙江哈尔滨150001）

　　摘要：对北方农村采暖面积为50m²的住房的热负荷进行了计算，得出住房所需热负荷为12.225kW，以此作为秸秆燃气采暖锅炉的设计依据，设计并计算出燃烧器以及锅炉本体的结构和尺寸，同时对锅炉的热性能指标进行了测试。通过测试得出秸秆燃气采暖锅炉平均火力强度为15.2kW，运行热效率为76.1%，锅炉各项性能指标达到了设计要求，超过了设计的预期效果，能够满足农村用户冬季采暖需求，适合农村用户的使用。

　　0引言

　　生物质气化是有效利用生物质能的主要途径之一。利用秸秆气化燃气进行民用炊事和采暖，不仅可以使农民用上管道燃气，改善农村卫生环境，提高农民生活质量，为农民提供高效、方便的能源，还可以提高秸秆利用效率，节约能源，减少环境污染。目前，秸秆气化燃气主要应用于农户炊事，很少应用于农户采暖。在北方寒冷地区，冬季采暖用能占农村总能耗的80％左右，秸秆燃气采暖锅炉的研制成功将拓宽秸秆气化集中供气技术的应用领域，解决寒冷地区冬季农户的采暖问题，也可将秸秆燃气应用于温室种植、畜舍采暖、烤烟和粮食烘干等领域。

　　1采暖锅炉热负荷的计算

　　2秸秆燃气可燃成分及热值的确定

　　秸秆燃气气源选定在黑龙江省海伦县江头村秸秆气化站，秸秆燃气可燃成分和热值（表1）由农业部节能产品及设备质量监督检验测试中心（哈尔滨）实际测得。

　　3燃烧器的设计

　　3.1燃烧器形式的选择

　　试验发现，秸秆燃气中可燃气体含量较低，燃气热值较低，如果预先混入一次空气，燃气不易点火燃烧，因此确定燃烧器形式为扩散式两通道圆环形燃烧器，结构形式见图1。

　　取燃烧器内圈火孔数目为59个，火孔面积为741mm²；取外圈火孔数目为133个，火孔面积为1670mm²。

　　根据不同通道直径与不同火孔直径的配比关系试验，可知通道面积与火孔面积比为1/10~1/5时，秸秆燃气燃烧状况稳定，故分别选取内、外通道直径为15mm和20mm。通过计算，确定内、外通道面积与内、外圈火孔面积比分别为1∶4.2和1∶5.3。

　　4锅炉结构的设计

　　由于户用采暖锅炉尺寸比较小，工况不稳定，因此锅炉换热面积可利用经验数据来估算，即每4.2MJ有效供热量辐射换热面积为0.009～0.011m²；对流换热面积为0.07～0.09m^2[4]。

　　锅炉有效供热量为12225W，据此计算得出锅炉的辐射换热面积为0.095～0.116m²，对流换热面积为0.736～0.946m²，据此设计出锅炉结构形式及尺寸（图2）。

　　5锅炉热性能测试

　　5.1试验方法

　　试验参照《家用炊事、水暖炉热性能实验方法》（GB/T 16155-1996）进行，以正平衡试验为依据，试验台见图3。

　　6结论

　　试验结果显示，秸秆燃气采暖锅炉升温速度为4.7℃/min，采暖锅炉升温吸热量为8600.8W，采暖锅炉平均火力强度为15.2kW，采暖锅炉运行热效率为76.1%，达到了设计要求，并超出了预期的效果，表明户用秸秆燃气采暖锅炉设计方法正确，能够满足农村用户冬季采暖需求。

　　参考文献：

　　[1]吴萱．供热通风与空气调节[M]．北京：清华大学出版社，2006.

　　[2]同济大学．燃气燃烧与应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005.

　　[3]赵钦新，惠世恩．燃油燃气锅炉[M]．西安：西安交通大学出版社，2000.

　　[4]陈荣耀．家用热水采暖装置（土暖气）技术讲义[Z]．哈尔滨：黑龙江省农业工程学会，1988.