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李玲君，嚴永林，陳喜龍，李際平，高自成
(中南林業科技大學機電工程學院湖南長沙410004)
摘要：為治理城市環境污染。國家禁止城市的小型鍋爐燃燒原煤，但取而代之的燃油、燃氣鍋爐其使用成本卻相對較高。隨著生物質顆粒能源的發展，產能的迅速提升，用于小型鍋爐的木質顆粒燃燒器的研究受到重視。木質顆粒燃燒器的使用既能減少污染，又能降低成本。本文針對小型鍋爐用木質顆粒燃燒器的結構進行研究和設計。實踐證明，該結構能有效防止燃燒器燃燒過程中易結渣和燃燒效率低的弊病。
1引言
鍋爐容量越小，熱效率越低，燃燒越不完全，生成的煙塵量也越多，大氣污染就越嚴重。因此，為減少排放，城市小型鍋爐禁止燃燒原煤，以提高空氣的質量。取而代之的燃油、燃氣鍋爐，雖然使用方便，燃燒充分，排放較少，對環境的污染較小，但使用成本過高。
近年來，隨著新能源的開發與利用，生物質燃料的利用量逐步擴大。木質顆粒燃料作為典型的生物質固體成型燃料之一，具有容易點火、能源密度高、高效、潔凈、二氧化碳近零排放等優點，可替代煤炭等化石燃料應用于炊事、供暖等民用領域以及鍋爐、發電等工業領域。另外，木質顆粒燃燒器可通過實現自動控制以及連續自動燃燒，更能廣泛應用于小型生物質鍋爐、熱風爐、采暖爐等小型設備中。木質顆粒燃燒器在國外有些發達國家(如瑞典等)的應用已經相當成熟。我國的生物質成型燃料產業的發展也很迅速，成型燃料技術已相對成熟，但相關的燃燒設備尚處于研究開發階段。特別是木質顆粒燃燒器，存在自動化程度低、生產過程中污染氣體排放高、積灰結渣嚴重和生產過程環境惡劣等問題。因此本文針對木質顆粒燃料的特性，采用多級配風和旋轉燃燒室等措施，設計出一種能夠用于小型鍋爐的木質顆粒燃燒器。
2整機結構與工作原理
為了提高木質顆粒燃燒器的熱效率，使燃燒更為充分，減少煙塵量的生成，本木質顆粒燃燒器采用回轉燃燒室和二次配風。此外，還采用螺旋進料裝置控制進料量，以保證顆粒燃料的充分燃燒，控制結渣嚴重現象。整機結構示意圖如圖1所示，主要由風機5、螺旋進料機構13、回轉燃燒室2、后燃燒室17、點火裝置11等部分組成。
工作時，木質顆粒從進料口8進入到進料螺旋管中，在進料螺旋機構的作用下，快速、平穩、均勻地推進到回轉燃燒室。在回轉燃燒室內，燃料被干Designand Research設計與研究燥，然后進入燃燒區域，木質顆粒完成一次燃燒所需要的空氣通過鼓風機將源源不斷的氣流從回轉燃燒室的下部和環繞在燃燒床內的燃燒盤上的小孔進入，并提供適宜的燃料，空氣比，營造理想的燃燒氛圍。在木質顆粒的一次燃燒區域之后，在環繞整個燃燒室外的二次風口4處吹人二次風。這些二次空氣使燃燒繼續進行，使燃燒更加充分，氣化的所有燃料在后燃燒室17完全燃燒。
3主要部件的設計
3.1回轉燃燒機構
小型燃燒器容量小，燃料就不容易充分燃燒，燃燒不充分，生成的煙塵量就較多，燃燒效率也低。為了使燃燒器燃燒更加充分，燃燒器在燃燒室結構和配風上采取了一定措施，燃燒室采取回轉的形式，回轉燃燒機構由驅動電機6通過鏈條傳動機構7驅動回轉燃燒室2旋轉，旋轉的速度不能太慢，太慢燃料停留在圓筒底部，不能起到翻轉的作用；旋轉的速度也不能太快，太快燃料會因離心力作用而貼緊燃燒室內壁，正確的速度應該使燃料在即將到達頂部時下落，使燃料在燃燒室內不斷翻動。燃燒器內壁上焊接一些傾斜的攪動筋板3，隨著燃燒室的旋轉，攪動筋板確保燃燒床也在同時被攪動，增強翻動的效果，同時延緩燃料溢出的時間。回轉燃燒室能產生氣流紊亂，使燃料得到更加成分的燃燒，既提高了燃燒效率，也降低了廢氣的排放。燃料由螺旋進料機構帶動，進入回轉燃燒室的底面小燃燒室(也是燃燒床)而不會離開燃燒室，直到燃料完全燃燒。
另外，回轉燃燒室的旋轉意味著燃燒床也是旋轉的，燃燒床帶動燃料旋轉，從而防止燃料在燃燒室底部產生結渣現象。同時，回轉燃燒室的回轉速度與進料速度可調節，回轉速度和進料速度合適的匹配可以使燃料得到理想的燃燒效率。燃燒器以一個恰當角度安裝在鍋爐內，這樣燃料能長時間的充分燃燒，所有的能量被釋放出來。
充足的空氣是燃料充分燃燒的必備條件之一，助燃的空氣是由安裝在燃燒器頂部的風機5提供的，燃燒需要的空氣從燃燒筒的后部小孔吹入，提供自動點火時所需要的熱空氣，同時也提供一次進風，與揮發份發生反應。在一次燃燒區域之后，在環繞整個燃燒室外的小孔吹入二次風，提供適宜的燃料/空氣比，這些二次空氣可能使燃燒繼續進行，使燃料的燃燒更加充分。
3.2進料機構和點火裝置
燃燒室的供料要求平穩、均勻、可調，這樣才能保證燃燒器的火力均勻。進料機構由進料電機9通過蝸輪蝸桿減速機構10驅動進料螺旋13實現對燃燒室的平穩均勻進料，進料量由進料螺旋的轉速和進料螺旋的結構確定，改變電動機轉速就可以改變進料量。
燃燒器在開始啟動燃燒時，需要采用自動點火裝置。燃燒器啟動前燃料首先進人小燃燒室14內，熱風***通過焊接在進料螺旋底部的小鋼管將熱風吹到燃料上，使燃料迅速點燃。燃料點燃后燃燒室旋轉驅動電機啟動，燃燒器工作，同時關閉熱風***。
4結論
1)小型木質顆粒燃燒器是燃油、燃氣燃燒器的理想替代品，采用這種小型木質顆粒燃燒器既能減少有害氣體的排放，節約有限的煤炭資源，又能降低鍋爐的使用成本。
2)由于木質材料的灰含量高，灰熔點低，燃燒過程中容易結渣，且燃燒效率低，小型燃燒器采用旋轉燃燒室和二次配風機構可以提高燃燒效率，減少煙氣的排放，并且能減少結渣現象的產生。
3)采用可變速電機控制進料量，可以調節火力的大小和燃料的燃盡程度；新型的熱風***點火機構使燃燒器的使用更加實用、方便。
4)小型鍋爐用木質顆粒燃燒器的研制，將更好地促進我國生物質固體成型燃料的產業化發展。
參考文獻
[1]田宜水．生物質固體成型燃料產業發展現狀與展望[J]．農業工程技術·新能源產業，2009(3)：2O～26．
[2]姚宗路，孟海波，田宜水等等．抗結渣生物質固體顆粒燃料燃燒器研究[J]農業機械學報，2010，41(11)
[3]Jonas H．The Swedish fuel pellet industry：production，market and standardizati0n[R]．Swedish University of Agricultural Sciences，Exam 14，2008．
[4]王久臣，黛林等．中國生物質能產業發展現狀及趨勢分析[J]．農業工程學報，2007，23(9)：276～282 |
