周闖，羅向東，王欣

(黑龍江省能源環(huán)境研究院，哈爾濱150027)

　　摘要：為優(yōu)化生物質(zhì)爐具的使用功能，提升燃燒品質(zhì)，提高采暖效率，在不改變現(xiàn)有戶用生物質(zhì)爐具使用功能的前提下設(shè)計(jì)了兩種高熱效率的戶用生物質(zhì)爐具，采用可移動(dòng)式爐膛結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)爐膛燃燒位置，實(shí)現(xiàn)爐具的采暖和炊事使用功能的獨(dú)立，根據(jù)用戶需求和用能習(xí)慣進(jìn)行使用，有效提高爐具的熱效率，增強(qiáng)爐具的季節(jié)適用性，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

　　隨著生物質(zhì)燃料化技術(shù)的迅速發(fā)展，配套的專用生物質(zhì)爐具呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展，但在燃燒熱效率及污染物排放上仍存在較大差異[1-3]。市場(chǎng)上主流的戶用生物質(zhì)爐具以同時(shí)具備炊事和采暖功能為主，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)料速度和給風(fēng)、引風(fēng)量等的自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)，在使用效果上，熱效率和污染物排放基本能夠滿足要求[4-8]。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的生物質(zhì)爐具在使用功能設(shè)計(jì)和燃燒形式設(shè)計(jì)、燃燒品質(zhì)管控等方面仍有很大的提升空間[9-10]，尤其是采暖熱效率的提升。本研究在不改變現(xiàn)有戶用生物質(zhì)爐具使用功能的前提下提高了采暖效率的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　1現(xiàn)有爐具的爐膛結(jié)構(gòu)

　　現(xiàn)有具備自動(dòng)螺旋進(jìn)料功能的戶用生物質(zhì)炊事采暖爐爐膛基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。燃料在固定的爐膛里燃燒，為了兼顧炊事和采暖兩種功能，在爐膛和換熱器間設(shè)置前擋板，使?fàn)t排上燃料燃燒的火焰朝灶口加熱，提高炊事熱效率。

　　在不需要炊事僅進(jìn)行采暖的情況下，通常會(huì)用蓋板將炊事灶口蓋住。但在實(shí)際采暖過(guò)程中，燃燒產(chǎn)生的大量熱量仍然會(huì)通過(guò)蓋板向爐外散失，致使采暖熱量不集中、效率低。

　　2移動(dòng)式爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一

　　現(xiàn)代家庭中基本都配備了液化氣及電磁爐等炊事灶具，對(duì)生物質(zhì)爐具的需求多是集中于燃料用量多、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的采暖功能。本爐具設(shè)計(jì)方案適用于夏季炊事，以燃?xì)狻㈦姷绕渌茉礊橹鳎静膳痛妒乱陨镔|(zhì)為主的能源應(yīng)用場(chǎng)景。

　　2.1基本組成

　　爐具采用可移動(dòng)式的爐膛設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)炊事兼采暖和單獨(dú)采暖兩種使用功能，基本組成如圖2所示。

　　爐具主要由外殼、進(jìn)料口、炊事灶口、爐膛、儲(chǔ)灰倉(cāng)、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、除灰機(jī)構(gòu)、調(diào)位機(jī)構(gòu)、換熱器、煙囪組成。

　　爐膛是由前、后擋板及爐排組成的敞口圓柱形空間，燃料在其包圍區(qū)域的爐排上燃燒產(chǎn)熱。在炊事時(shí)，前擋板能夠阻擋風(fēng)路，使燃燒的火焰向上為炊事灶口的炊具加熱，防止燃燒火焰在引風(fēng)機(jī)的抽力作用下，直接進(jìn)入至換熱器，致使炊事熱量不夠。在采暖位時(shí)，后擋板阻隔火焰及煙氣進(jìn)入灶口處向爐外散熱。

　　進(jìn)料機(jī)構(gòu)是由進(jìn)料電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)料絞龍旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)螺旋進(jìn)料。燃料的燃燒過(guò)程是位于爐排前端的燃料首先燃燒，隨著絞龍的轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷有新的燃料被推到爐排上，間續(xù)的點(diǎn)燃燃燒。

　　除灰機(jī)構(gòu)是通過(guò)爐排電機(jī)驅(qū)動(dòng)爐排前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)除灰。如圖4所示，爐排由圖4(a)位置向前運(yùn)動(dòng)至4(b)位置過(guò)程中，螺旋進(jìn)料器也一直在旋轉(zhuǎn)進(jìn)料，將燃料推送至爐排上。爐排由4(b)位置向后運(yùn)動(dòng)至4(c)位置過(guò)程中，螺旋進(jìn)料器停止旋轉(zhuǎn)進(jìn)料，爐排前端燃盡的燃料，被推下爐排掉入儲(chǔ)灰倉(cāng)。同時(shí)，爐排在由4(b)位置向后運(yùn)動(dòng)至4(c)位置過(guò)程中，底板會(huì)對(duì)爐排上表面起到清刮作用，防止燃料在爐排上結(jié)交固化。依次循環(huán)，爐排又從4(a)位置向前運(yùn)動(dòng)到4(b)位置，同時(shí)螺旋進(jìn)料器旋轉(zhuǎn)進(jìn)料。

　　調(diào)位機(jī)構(gòu)可以使圖2中虛線框內(nèi)包含的進(jìn)料機(jī)構(gòu)、除灰機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)灰倉(cāng)、爐膛部分，調(diào)位至炊事位或采暖位。圖2所示位置為采暖位，圖3所示位置為炊事位。

　　儲(chǔ)灰倉(cāng)能夠接收燃燒產(chǎn)生的灰燼，跟隨調(diào)位機(jī)構(gòu)的調(diào)位變化而前后移動(dòng)。

　　2.2工作方式

　　爐具配有自動(dòng)配風(fēng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)等。用戶可根據(jù)實(shí)際需求，在控制面板上選擇相應(yīng)的使用功能，控制調(diào)位機(jī)構(gòu)將爐膛移動(dòng)至相應(yīng)的燃燒位置。

　　如圖2所示，燃燒位置為采暖位時(shí)，爐具的功能性為采暖。燃料在爐排上燃燒，在前、后擋板作用下，燃燒的火焰向上，直接為換熱器內(nèi)的水加熱。煙氣的走向如圖中虛線剪頭所示，在引風(fēng)機(jī)作用下，高溫?zé)煔膺M(jìn)入換熱器再次向換熱器傳熱，最后低溫?zé)煔鈴臒焽枧懦觥Ｔ诖诉^(guò)程中，阻隔了爐膛燃燒時(shí)灶口處的熱損失，燃燒的全部產(chǎn)熱僅用來(lái)采暖，提高了采暖熱效率。

　　如圖3所示，燃燒位置為炊事位時(shí)，主功能是炊事，輔功能為采暖。燃料在爐排上燃燒，在前擋板作用下，燃燒火焰向上，直接為炊事灶口的炊具加熱，提高炊事的熱效率。煙氣的走向如圖中虛線剪頭所示，在引風(fēng)機(jī)作用下，高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)前擋板上部進(jìn)入換熱器換熱，最后低溫?zé)煔鈴臒焽枧懦?，?shí)現(xiàn)采暖功能。

　　3移動(dòng)式爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案二

　　本爐具設(shè)計(jì)方案可以實(shí)現(xiàn)炊事和采暖功能的獨(dú)立使用，能夠有效避免夏季使用生物質(zhì)爐具炊事而連帶引起的暖氣燥熱問(wèn)題，適宜于四季都以生物質(zhì)為主的能源應(yīng)用場(chǎng)景。

　　3.1基本組成

　　本設(shè)計(jì)方案與方案一的結(jié)構(gòu)區(qū)別，一方面是后擋板變低，增加了固定的擋煙垂壁;另一方面是改變了炊事的排煙通道，使炊事時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煔獠贿M(jìn)入換熱器，而是從其上端及側(cè)面向外流通，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)炊事和單獨(dú)采暖兩種使用功能，基本組成如圖5所示。

　　3.2工作方式

　　如圖5所示，燃燒位置為采暖位時(shí)，爐具的功能性為采暖。燃料在爐排上燃燒，在前、后擋板及擋煙垂壁的作用下，燃燒的火焰向上，直接為換熱器內(nèi)的水加熱。煙氣的走向如圖中虛線箭頭所示，在引風(fēng)機(jī)作用下，高溫?zé)煔膺M(jìn)入換熱器再次向其傳熱，最后低溫?zé)煔鈴臒焽枧懦?。在此過(guò)程中，后擋板和擋煙垂壁阻隔了爐膛內(nèi)的熱量向灶口處散失，燃燒的全部產(chǎn)熱僅用來(lái)采暖，實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)采暖功能。

　　如圖6所示，燃燒位置為炊事位時(shí)，爐具的功能性為炊事。燃料在爐排上燃燒，在前、后擋板及擋煙垂壁的作用下，燃燒火焰向上，直接為炊事灶口的炊具加熱，提高炊事的熱效率。煙氣的走向如圖中虛線箭頭所示，在引風(fēng)機(jī)作用下，高溫?zé)煔饨?jīng)由換熱器上端、側(cè)端后進(jìn)入煙囪排出，最后低溫?zé)煔鈴臒焽枧懦?，不進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱，實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)炊事功能。

　　4結(jié)論

　　提出了兩種移動(dòng)式爐膛結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)爐具設(shè)計(jì)方案?？筛鶕?jù)用戶需求和用能習(xí)慣進(jìn)行使用，有效提高了爐具的采暖熱效率，增強(qiáng)了爐具的季節(jié)適用性，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]劉聯(lián)勝，王冬計(jì)，段潤(rùn)澤.農(nóng)村地區(qū)生物質(zhì)成型燃料清潔供暖技術(shù)研究進(jìn)展[J]．華電技術(shù)，2020，42(11):106-116.

　　[2]孫振鋒.生物質(zhì)燃料特性與民用爐具設(shè)計(jì)探討[J]．河北農(nóng)業(yè)，2018，(04):38-39.

　　[3]張海燕，唐元清.生物質(zhì)燃料特性與爐具設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)科技信息，2018，(14):27-28.

　　[4]遠(yuǎn)方.清潔高效家用生物質(zhì)顆粒燃料爐具的設(shè)計(jì)與研究[D]．鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.

　　[5]任洪忱.一種生物質(zhì)燃料多功能一體爐具的設(shè)計(jì)[J]．農(nóng)機(jī)使用與維修，2021，(02):1-3.

　　[6]張道明，張有，劉珣，等.生物質(zhì)成型顆粒配套環(huán)保爐具的污染物排放現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及環(huán)境效益評(píng)估[J]．可再生能源，2020，38(07):867-873.

　　[7]劉亞非.民用采暖爐具性能及污染減排效果評(píng)估分析[D]．北京:北京化工大學(xué)，2018.

　　[8]張文廷.民用生物質(zhì)爐具排放影響因素及減排效果研究[D]．北京:北京化工大學(xué)，2020.

　　[9]朱英杰，趙增霞.高效生物質(zhì)燃料取暖爐的優(yōu)化[J]．山東工業(yè)技術(shù)，2020，(01):123-127.

　　[10]張?jiān)?生物質(zhì)爐具的推廣調(diào)研、技術(shù)改進(jìn)及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)比較研究[D]．北京:北京化工大學(xué)，2017.