楊遠(yuǎn)平，王順國

（龍山順天生物能源開發(fā)有限公司，湖南湘西土家族苗族自治州416000）

　　摘要：簡要論述了一種小型生物質(zhì)燃燒機(jī)的研制及其在考烤煙生產(chǎn)中的應(yīng)用，燃燒機(jī)主要由燃燒系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)采用PLC控制，自動運行，生物質(zhì)送料量及燃燒所需的風(fēng)量在一定范圍內(nèi)均可調(diào)節(jié)。采用生物質(zhì)燃燒機(jī)和現(xiàn)有采用型煤烤煙相比，整個烤煙過程的溫度控制準(zhǔn)確，清潔環(huán)保，勞動強(qiáng)度低，煙葉的香氣?色澤?油分更好，烤煙質(zhì)量提高。

　　龍山縣所處的武陵山區(qū)域是我國的貧困地區(qū)，煙葉是本地區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其種植面廣，是很多農(nóng)村脫貧致富的主要經(jīng)濟(jì)來源。煙葉烘烤需要連續(xù)7個晝夜，勞動強(qiáng)度大。本地區(qū)烤煙主要采用型煤（蜂窩煤）作燃料，由于烤煙過程中燃燒不徹底，一氧化碳?二氧化硫等排量高，對環(huán)境污染大。在采用生物質(zhì)替代燃煤烤煙方面，國內(nèi)研究人員作了一定的研究[1-3]，但主要針對密集烤房，對于傳統(tǒng)的立式烤房研究較少。因此，龍山順天生物能源開發(fā)有限公司研制了小型生物質(zhì)燃燒機(jī)，該機(jī)采用生物質(zhì)顆粒為燃料，煙氣排放污染物濃度低，達(dá)到了國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過不斷的技術(shù)改進(jìn)，提高了燃燒效率，降低了綜合成本，能夠達(dá)到本地區(qū)煤烤煙生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1燃燒機(jī)的設(shè)計與制造

　　1.1燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

　　燃燒機(jī)總體由燃燒系統(tǒng)及控制系統(tǒng)兩個部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　燃燒機(jī)工作原理如下：

　　（1）燃燒系統(tǒng)。生物質(zhì)成型燃料經(jīng)螺旋給料器送入燃燒室，燃燒室為臥式直通圓管結(jié)構(gòu)，點火棒通電加熱，空氣由鼓風(fēng)機(jī)吹入空氣分配器后再吹入燃燒室點燃生物質(zhì)燃料，生物質(zhì)燃燒后增大風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量，使生物質(zhì)燃料在管內(nèi)充分燃燒后形成高溫的氣體以一定的速度從管口吹進(jìn)入烤煙房的地籠內(nèi)。

　　（2）控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用PLC控制，自動運行，生物質(zhì)送料量及燃燒所需的風(fēng)量在一定范圍內(nèi)均可調(diào)節(jié)。在烤煙過程中，根據(jù)烤房內(nèi)溫度變化的需要，通過調(diào)節(jié)給料電機(jī)的運行和停機(jī)時間來調(diào)節(jié)送料量的多少，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)送風(fēng)量的大小。

　　1.2燃燒機(jī)燃燒室尺寸的確定

　　爐排尺寸和燃燒室尺寸是燃燒機(jī)設(shè)計的重要參數(shù)，本燃燒機(jī)的燃燒室內(nèi)部為圓管，燃料由螺旋輸送機(jī)構(gòu)輸送到管內(nèi)，根據(jù)燃燒機(jī)設(shè)計計算原理，首先需選取合適的爐排面積熱負(fù)荷和燃燒室容積熱負(fù)荷。對于本燃燒機(jī)這種臥式管燃燒室，很少有可參考的計算公式。

　　烤煙過程中各個階段所需要的熱量差異較大，再加上不同種類生物質(zhì)燃料的低位發(fā)熱值相差也較大，進(jìn)而精確計算難度較大，燃燒機(jī)的燃燒室尺寸主要根據(jù)試驗值和經(jīng)驗數(shù)據(jù)來初步確定。

　　1.3燃燒機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)

　　生物質(zhì)成型燃料由于本身成分的復(fù)雜性，導(dǎo)致其燃燒特性也很復(fù)雜，其燃燒過程一般分為四個燃燒階段：①預(yù)熱和干燥階段，②揮發(fā)份析出及木炭形成階段，③揮發(fā)份燃燒階段，④固定炭燃燒階段。生物質(zhì)成型燃料經(jīng)擠壓后密度增大，揮發(fā)析出速度減緩，在350℃不完全燃燒過程中大量析出，同時生物質(zhì)燃料燃燒后所產(chǎn)生的灰熔點較低，溫度過高容易結(jié)渣。

　　根據(jù)生物質(zhì)燃料的燃燒特性，國內(nèi)中小型生物質(zhì)鍋爐等燃燒的空氣過量系數(shù)一般大于1.5[5-6]。與鍋爐內(nèi)燃燒空氣過量會降低燃燒效率不同，本燃燒機(jī)燃燒就是為了得到一定溫度的熱氣，熱氣進(jìn)入烤煙房內(nèi)換熱管，對烤煙房內(nèi)空氣加熱，因此本燃燒機(jī)設(shè)計的空氣過量系數(shù)的選取大于國內(nèi)中小型生物質(zhì)鍋爐的空氣過量系數(shù)，為2.5。選取較大的空氣過量系數(shù)，確保燃料在燃燒室內(nèi)充分燃燒，空氣過量燃燒室內(nèi)溫度不會過高，有效的防止生物質(zhì)燃燒后的灰分結(jié)渣，室內(nèi)的燃燒氣體有一定的流速，可將大部分燃燒所產(chǎn)生的灰分帶走。

　　空氣系數(shù)選取大，燃燒氣體在燃燒室內(nèi)的流速較大，為了保證揮發(fā)份能夠充分燃燒，必須延長揮發(fā)份在燃燒室內(nèi)的停留時間，應(yīng)對進(jìn)風(fēng)口位置及風(fēng)向做好布置，本燃燒機(jī)在設(shè)計時，20%的風(fēng)從螺旋給料機(jī)出口沿燃燒室的軸向進(jìn)風(fēng)，50%從燃燒室前段（燃料堆積部位）下半部位徑向進(jìn)風(fēng)，余下30%從燃燒室后端（熱風(fēng)出口端）上半部位徑向進(jìn)風(fēng)。

　　1.4螺旋給料機(jī)構(gòu)及除渣機(jī)構(gòu)

　　本小型生物質(zhì)燃燒機(jī)采用單級螺旋給料機(jī)構(gòu)（見圖1），螺旋給料機(jī)構(gòu)的啟動和停止采用PLC自動控制，通過設(shè)置“啟動-停止”時間來控制給料量。由于本燃燒機(jī)的燃燒室為臥式直管結(jié)構(gòu)，燃燒所需要的空氣主要從尾部吹入，高速氣流帶走了燃燒所產(chǎn)生的大部分灰分，所以只設(shè)置一根捅灰桿，位于燃燒室的底部。燃燒機(jī)工作一定時間后需捅一下，以清除燃燒所產(chǎn)生的灰分及可能的結(jié)渣。

　　1.5防反燒設(shè)計

　　為了防止燃料在螺旋給料器中燃燒，以及新進(jìn)入爐內(nèi)的料在燃燒室內(nèi)攤鋪，在設(shè)計制造時從配風(fēng)室內(nèi)引出一部分引入螺旋給料器，再經(jīng)螺旋給料器出口進(jìn)入燃燒室（見圖1）。燃燒機(jī)停機(jī)時，螺旋給料機(jī)先停3~5min，再停風(fēng)機(jī)。

　　2燃燒機(jī)在烤煙生產(chǎn)的中應(yīng)用

　　本燃燒機(jī)研制成功后，在龍山縣大安鄉(xiāng)烤煙種植戶中進(jìn)行了推廣使用。使用本生物質(zhì)燃燒機(jī)不需要改變原來的烤煙房，只要將燃燒機(jī)的出口端裝入原烤煙房燃燒室即可，根據(jù)用戶的使用情況來看，燃燒機(jī)使用簡單方便，工作穩(wěn)定可靠。根據(jù)與龍山地區(qū)現(xiàn)有采用成型燃煤（蜂窩煤）作燃料的烤煙機(jī)相比，結(jié)果如下：

　　（1）烤一房煙葉（1800kg），采用生物質(zhì)顆粒作燃料，燃料的成本高200元左右，但采用成型煤作燃料，裝煤和清理燃燒后的煤渣，比采用生物質(zhì)作燃料需要多耗費半個勞動日。

　　（2）采用生物質(zhì)作燃料，二氧化硫等污染氣體排放量小，對環(huán)境的污染小。

　　（3）采用生物質(zhì)燃燒機(jī)，溫度控制精度高，升溫?降溫速度快，受外界氣溫變化因素的影響小。龍山地區(qū)原來采用的成型煤燃料烤煙機(jī)，一次性堆放到位后，不能再改變，晴天空氣溫度高，空氣中的含水量低，雨天氣溫降低，空氣中含水量大，因此烤煙的溫度控制難度大；天氣情況好堆放的燃料可能有多余，天氣差有可能不夠，對操作人員的技術(shù)要求較高。而采用生物質(zhì)燃燒機(jī)則可以根據(jù)實際情況，隨時加以調(diào)節(jié)，操作簡單方便。

　　（4）采用生物質(zhì)燃燒機(jī)，煙葉考好后的香氣純正?清香，沒有雜味，烤煙的色澤好，烤煙油分保持的好，烤煙質(zhì)量提高一個品級。

　　3結(jié)論

　　研制的烤煙燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作性能穩(wěn)定可靠，烤煙房溫度調(diào)節(jié)?控制精度高，烤出的煙葉質(zhì)量提高，整個烤煙過程勞動強(qiáng)度降低，空氣污染小，與采用型煤作燃料相比，燃料成本略高，但綜合效益好，具有一定的推廣價值。

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