孟凡哲，魏君康，侯汪敦，范雅瓊，王加浩

（蘭州理工大學，甘肅蘭州730000）

　　摘要：該論文提出了一種新型的利用太陽能和秸稈生物質能的除塵煙囪設計。主要通過對老式煙囪的創新實現了對農村做飯產生煙氣中微小固體顆粒粉塵的沉降，減少了大氣污染物的排放，實現了減排的效益。另外煙氣中攜帶大量熱量，煙囪附有的溫度發電片可進行發電，作為煙囪蓋的太陽能板則利用太陽能配合發電，實現了節能的效益。

　　一、研究背景及使用意義

　　2012年國家統計局公布的人口數據中，鄉村人口數量為97065.63萬人，鄉村戶數26802.32萬戶。由于經濟原因，我國農村做飯取火大都采用玉米秸稈，玉米芯，胡麻桿，麥稈等農作物秸稈。當做飯焚燒秸稈時，可吸入顆粒物的濃度比平時高出3倍，相當于日均濃度的五級水平。不僅對環境造成巨大危害，而且當可吸入顆粒物濃度達到一定程度時，對人的眼睛、鼻子和咽喉含有黏膜的部分刺激較大，輕則造成咳嗽、胸悶、流淚，嚴重時可能導致支氣管炎的發生。現有的農村家庭煙囪構造簡單，燃燒秸稈時產生的微小固體顆粒物直接排放到空氣中，雖然每家排量很小，但在全國看來是一個巨大的數字，這對空氣造成了無法挽回的污染。另外，做飯焚燒秸稈有很大一部分熱量未得到利用，而是以煙氣的形式直接排放到了大氣中。很多時候，農村也不再是一片清新之地，有了霧霾等惡劣天氣的侵害。

　　目前國外并沒有相關的可除塵的農村家庭專用環保煙囪，相關的都是工業上的大型廢氣處理煙囪，處理方式大都價格高昂，裝置龐大，工藝繁瑣，完全不適合農村家庭使用。在國內現在有提出對農村家用煙囪的靜電除塵設計，但只是進行了原理上的說明，實質性問題沒有解決，如：如何提供足夠電壓來為靜電除塵裝置工作使用？如何進行煙囪結構上的創新設計？等等。

　　二、工作原理介紹

　　論文提出的煙囪對現有煙囪進行了結構和技術的創新，配有負離子裝置、溫差發電裝置、太陽能發電裝置。在更大程度利用秸稈能量的同時更實現了對微小固體顆粒物的減少排放。新式煙囪具有節能減排，安全經濟的優點。因此在全國范圍內大面積推廣節能減排新式煙囪后，將會對空氣環境的改善起到非常積極的作用。

　　（一）減排功能的實現過程及原理介紹：當做飯產生煙氣時，由于煙氣中攜帶有大量熱量，煙囪內壁與外界環境存有溫差，溫差的存在使溫差發電片開始發電，有了電力的存在負離子發生器便開始工作，以實現對粉塵的沉降。

　　（二）節能功能的實現過程及原理介紹：位于煙囪頂層的煙囪蓋上為一層太陽能電池板，在煙囪內壁附有溫差發電裝置。其中溫差發電裝置為負離子除塵裝置提供電力保證，太陽能電池板產生的電能則儲存起來供農戶日常使用。

　　（三）煙囪安全性和承重性的保證：煙囪內壁為鋁板，外壁為砌磚。鋁板用來快速傳遞熱量及輔助除塵，砌磚則提供良好的隔熱幫助溫差發電裝置提供溫差，并為上方太陽能板提供支撐，使整個裝置具有良好承重性。

　　三、理論設計計算

　　（一）、煙囪出口煙氣溫度經驗計算

　　煙氣溫度估算公式：Ts=Th-H/10

　　式中：Ts—煙氣溫度（攝氏度）、Th—鍋爐出口溫度（攝氏度）、H—煙囪高度（米）。

　　鍋爐出口溫度和秸稈燃燒溫度相等，在161攝氏度-390攝氏度左右。則出口煙氣溫度經計算大約為30攝氏度-80攝氏度。

　　（二）太陽能和溫差發電裝置的發電性能分析及理論計算現存溫差發熱片熱電轉換效率不高，但是自然情況下，外界溫度是很少有達到30攝氏度的，所以可以保證溫差發電片達到所需要的負離子除塵所需電力大小。正常情況下，產生煙氣時，大約最低溫差可達到30攝氏度左右，一塊型號為SP848-27145的溫差發電片在溫差30攝氏度時可產生開路電壓6V，發電電流：800mA。我們只需要20塊此型號溫差發電片，并在一個升壓模塊的配合作用下，便可自行發電提供負離子除塵裝置所需電力。

　　四、創新特色之處

　　（一）采用溫差發電裝置和太陽能電池板配合發電，并裝有蓄電池，可發電供自身粉塵沉降裝置使用。

　　（二）對農村舊式煙囪進行了結構上的創新，使整個裝置具有良好的絕緣安全性和物理承重性。