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家用生物质颗粒燃料炉的试验研究

李海军,刘磊,王仕元

(中原工学院能源与环境学院,河南郑州450007)

  摘要:利用DR230型温度智能巡检仪等试验仪器,测定了家用生物质颗粒燃料炉在不同成型燃料下的多个热性能参数。试验结果表明:不同成型燃料燃烧的结果差别不大,燃料适应性强;生物质成型颗粒燃料炉所排烟中CO,NOx、烟尘浓度等环保指标远远低于燃煤炉,符合国家工业锅炉大气污染物排放标准要求。

  家用生物质颗粒燃料炉采用汽化燃烧技术,操作简便、点火容易、火力强度大且易控制、热效率高,只需要一次性将适量颗粒状燃料投入料斗中,燃烧时用附设的旋钮调节燃料投放的多少,从而调控火力的大小,燃烧状态与秸秆、木材等原材料燃烧时完全一样,而且无烟、无呛味。由于燃烧充分,基本没有灰烬。使用方式与燃煤灶相近,却比燃煤灶具干净,比燃气灶具安全,适用于广大农村地区的生活炊事用能。

  1生物质成型颗粒燃料炊事炉的工作原理

  生物质颗粒燃料经燃料炉加料口加到炉膛内的炉篦上,通过一次风道点燃颗粒燃料,待颗粒燃料燃烧后,调节一次风道的挡风板,使颗粒燃料缺氧燃烧,产生可燃气体;同时调节二次风道的挡风板,使产生的可燃气体在炉灶15燃烧。待生物质成型颗粒燃料产气结束时,调节一次风道的挡风板和调节二次风道的挡风板,使余炭继续燃烧直至燃尽。水套可吸收烟道和炉体侧面余热,以提高炉子的热效率。其结构简图见图1。

  2试验研究

  2.1试验方法

  根据GB/T 16155-1996《家用炊事水暖煤炉热性能试验方法》、GB 9079-1988《工业炉窑烟尘测试方法》、GB/T 213-2003《煤的发热量测定方法》、GB/T 5186-1985《生物质燃料发热量测试方法》、GB 6412-1986《家庭用煤及炉具试验方法》及GB 13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》,对生物质成型颗粒燃料炊事炉热性能及环保指标进行试验。

  2.2试验程序及计算

  2.2.1试验程序

  将水箱内的水充满水套,并记录进水温度θj1,在蒸发锅内,将温度为25℃的水装入蒸发锅内盖上锅盖,并记录初始蒸发锅水量(Gn1)。通过炊事炉的进料装置向炉内加生物质成型颗粒燃料,点火并记录引火物起燃时刻t1,坐上蒸发锅,开始试验。水套水温度升至75℃时,开启阀门,向水桶内放水。同时观察出水温度变化情况,调节限流阀门,控制出水温度为75~80℃。当出水温度低于75℃时,关闭阀门停止放水。放水期间,每隔2min记录1次出水温度,计量此次出水量和平均出水温度。重复这一过程。试验期间,每隔10min记录1次进水温度。锅水温度升至沸点时,打开锅盖并记下此时刻t2和锅水温度θn1,开始炊事火力强度试验。锅水蒸发期间,每隔5min记录1次锅水温度,并计算平均温度值。锅水蒸发1h后,盖上锅盖,并立即称量剩余锅水量Gn2,结束炊事火力强度试验。通过调节一次和二次风门,将炊事炉调整至稳定燃烧状态,进行效率试验。计算全过程的水套总出水量Gc、平均出水温度θc和平均进水温度θj。结束采暖试验时测量水套的容水量Gt及其温度θt。

  2.2.2试验结果的计算

  2.3试验结果

  试验燃料为①液压成型稻秆;②液压成型玉米秸秆;③液压成型高粱秆。颗粒燃料的直径为6mm或8mm,长度为20~30mm,体积质量为1.0t/m3,含水率为7.0%,他们的应用基低位发热量分别为13498,14684,14258kJ/kg。在生物质成型颗粒燃料炊事炉上试验,各参数结果见图2。

  3结语

  1)由3中生物质成型燃料试验得出,根据其燃烧特性设计出的生物质成型颗粒燃料炊事炉的上火速度、炊事火力强度、燃料消耗量、炊事效率、余热效率、排烟温度、排烟含尘量等热性能参数达到了设计要求,而且3中成型燃料试验的结果差别不大,燃料适应性强,证明了该设计方法的正确性和科学性;同时该生物质成型颗粒燃料炊事炉价格与同容量燃煤炉价格相当,操作也比较容易,大大提高了生物质能的利用率,具有较高的经济效益。

  2)由试验可看出,生物质成型颗粒燃料炊事炉排烟中CO,NOx、烟尘浓度等环保指标远远低于燃煤炉,符合国家工业锅炉大气污染物排放标准要求,具有较好的环保效益。

  3)该生物质成型颗粒燃料炊事炉的研制成功,必将推动中国生物质(秸秆)成型业的大力发展,开辟秸秆利用新途径。这对于中国以秸秆代替煤炭,实现能源的可持续发展具有重要的现实意义和深远的历史意义。

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