李玲君，嚴(yán)永林，陳喜龍，李際平，高自成

(中南林業(yè)科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院湖南長沙410004)

　　摘要：為治理城市環(huán)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?xì)忮仩t其使用成本卻相對較高。隨著生物質(zhì)顆粒能源的發(fā)展，產(chǎn)能的迅速提升，用于小型鍋爐的木質(zhì)顆粒燃燒器的研究受到重視。木質(zhì)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(zhì)顆粒燃燒器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計。實(shí)踐證明，該結(jié)構(gòu)能有效防止燃燒器燃燒過程中易結(jié)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(yán)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(zhì)量。取而代之的燃油、燃?xì)忮仩t，雖然使用方便，燃燒充分，排放較少，對環(huán)境的污染較小，但使用成本過高。

　　近年來，隨著新能源的開發(fā)與利用，生物質(zhì)燃料的利用量逐步擴(kuò)大。木質(zhì)顆粒燃料作為典型的生物質(zhì)固體成型燃料之一，具有容易點(diǎn)火、能源密度高、高效、潔凈、二氧化碳近零排放等優(yōu)點(diǎn)，可替代煤炭等化石燃料應(yīng)用于炊事、供暖等民用領(lǐng)域以及鍋爐、發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域。另外，木質(zhì)顆粒燃燒器可通過實(shí)現(xiàn)自動控制以及連續(xù)自動燃燒，更能廣泛應(yīng)用于小型生物質(zhì)鍋爐、熱風(fēng)爐、采暖爐等小型設(shè)備中。木質(zhì)顆粒燃燒器在國外有些發(fā)達(dá)國家(如瑞典等)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。我國的生物質(zhì)成型燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也很迅速，成型燃料技術(shù)已相對成熟，但相關(guān)的燃燒設(shè)備尚處于研究開發(fā)階段。特別是木質(zhì)顆粒燃燒器，存在自動化程度低、生產(chǎn)過程中污染氣體排放高、積灰結(jié)渣嚴(yán)重和生產(chǎn)過程環(huán)境惡劣等問題。因此本文針對木質(zhì)顆粒燃料的特性，采用多級配風(fēng)和旋轉(zhuǎn)燃燒室等措施，設(shè)計出一種能夠用于小型鍋爐的木質(zhì)顆粒燃燒器。

　　2整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

　　為了提高木質(zhì)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(zhì)顆粒燃燒器采用回轉(zhuǎn)燃燒室和二次配風(fēng)。此外，還采用螺旋進(jìn)料裝置控制進(jìn)料量，以保證顆粒燃料的充分燃燒，控制結(jié)渣嚴(yán)重現(xiàn)象。整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，主要由風(fēng)機(jī)5、螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)13、回轉(zhuǎn)燃燒室2、后燃燒室17、點(diǎn)火裝置11等部分組成。

　　工作時，木質(zhì)顆粒從進(jìn)料口8進(jìn)入到進(jìn)料螺旋管中，在進(jìn)料螺旋機(jī)構(gòu)的作用下，快速、平穩(wěn)、均勻地推進(jìn)到回轉(zhuǎn)燃燒室。在回轉(zhuǎn)燃燒室內(nèi)，燃料被干Designand Research設(shè)計與研究燥，然后進(jìn)入燃燒區(qū)域，木質(zhì)顆粒完成一次燃燒所需要的空氣通過鼓風(fēng)機(jī)將源源不斷的氣流從回轉(zhuǎn)燃燒室的下部和環(huán)繞在燃燒床內(nèi)的燃燒盤上的小孔進(jìn)入，并提供適宜的燃料，空氣比，營造理想的燃燒氛圍。在木質(zhì)顆粒的一次燃燒區(qū)域之后，在環(huán)繞整個燃燒室外的二次風(fēng)口4處吹人二次風(fēng)。這些二次空氣使燃燒繼續(xù)進(jìn)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(shè)計

　　3.1回轉(zhuǎn)燃燒機(jī)構(gòu)

　　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(jié)構(gòu)和配風(fēng)上采取了一定措施，燃燒室采取回轉(zhuǎn)的形式，回轉(zhuǎn)燃燒機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)6通過鏈條傳動機(jī)構(gòu)7驅(qū)動回轉(zhuǎn)燃燒室2旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的速度不能太慢，太慢燃料停留在圓筒底部，不能起到翻轉(zhuǎn)的作用；旋轉(zhuǎn)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(nèi)壁，正確的速度應(yīng)該使燃料在即將到達(dá)頂部時下落，使燃料在燃燒室內(nèi)不斷翻動。燃燒器內(nèi)壁上焊接一些傾斜的攪動筋板3，隨著燃燒室的旋轉(zhuǎn)，攪動筋板確保燃燒床也在同時被攪動，增強(qiáng)翻動的效果，同時延緩燃料溢出的時間。回轉(zhuǎn)燃燒室能產(chǎn)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(jìn)料機(jī)構(gòu)帶動，進(jìn)入回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)燃燒室的旋轉(zhuǎn)意味著燃燒床也是旋轉(zhuǎn)的，燃燒床帶動燃料旋轉(zhuǎn)，從而防止燃料在燃燒室底部產(chǎn)生結(jié)渣現(xiàn)象。同時，回轉(zhuǎn)燃燒室的回轉(zhuǎn)速度與進(jìn)料速度可調(diào)節(jié)，回轉(zhuǎn)速度和進(jìn)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(dāng)角度安裝在鍋爐內(nèi)，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(fēng)機(jī)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(diǎn)火時所需要的熱空氣，同時也提供一次進(jìn)風(fēng)，與揮發(fā)份發(fā)生反應(yīng)。在一次燃燒區(qū)域之后，在環(huán)繞整個燃燒室外的小孔吹入二次風(fēng)，提供適宜的燃料/空氣比，這些二次空氣可能使燃燒繼續(xù)進(jìn)行，使燃料的燃燒更加充分。

　　3.2進(jìn)料機(jī)構(gòu)和點(diǎn)火裝置

　　燃燒室的供料要求平穩(wěn)、均勻、可調(diào)，這樣才能保證燃燒器的火力均勻。進(jìn)料機(jī)構(gòu)由進(jìn)料電機(jī)9通過蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)10驅(qū)動進(jìn)料螺旋13實(shí)現(xiàn)對燃燒室的平穩(wěn)均勻進(jìn)料，進(jìn)料量由進(jìn)料螺旋的轉(zhuǎn)速和進(jìn)料螺旋的結(jié)構(gòu)確定，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速就可以改變進(jìn)料量。

　　燃燒器在開始啟動燃燒時，需要采用自動點(diǎn)火裝置。燃燒器啟動前燃料首先進(jìn)人小燃燒室14內(nèi)，熱風(fēng)***通過焊接在進(jìn)料螺旋底部的小鋼管將熱風(fēng)吹到燃料上，使燃料迅速點(diǎn)燃。燃料點(diǎn)燃后燃燒室旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)啟動，燃燒器工作，同時關(guān)閉熱風(fēng)***。

　　4結(jié)論

　　1)小型木質(zhì)顆粒燃燒器是燃油、燃?xì)馊紵鞯睦硐胩娲罚捎眠@種小型木質(zhì)顆粒燃燒器既能減少有害氣體的排放，節(jié)約有限的煤炭資源，又能降低鍋爐的使用成本。

　　2)由于木質(zhì)材料的灰含量高，灰熔點(diǎn)低，燃燒過程中容易結(jié)渣，且燃燒效率低，小型燃燒器采用旋轉(zhuǎn)燃燒室和二次配風(fēng)機(jī)構(gòu)可以提高燃燒效率，減少煙氣的排放，并且能減少結(jié)渣現(xiàn)象的產(chǎn)生。

　　3)采用可變速電機(jī)控制進(jìn)料量，可以調(diào)節(jié)火力的大小和燃料的燃盡程度；新型的熱風(fēng)***點(diǎn)火機(jī)構(gòu)使燃燒器的使用更加實(shí)用、方便。

　　4)小型鍋爐用木質(zhì)顆粒燃燒器的研制，將更好地促進(jìn)我國生物質(zhì)固體成型燃料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]田宜水．生物質(zhì)固體成型燃料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]．農(nóng)業(yè)工程技術(shù)·新能源產(chǎn)業(yè)，2009(3)：2O～26．

　　[2]姚宗路，孟海波，田宜水等等．抗結(jié)渣生物質(zhì)固體顆粒燃料燃燒器研究[J]農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)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(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23(9)：276～282