生物质热风炉的结构设计与应用

高海华 李波 管永伟

摘 要：目前，市场上现有的生物质热风炉存在结构设计简单，不能自动加料，燃烧不完全，配氧不合理及火力大小不好控制等诸多缺陷。由于燃烧不完全，因此，生物质在燃烧时出现黑烟，烟尘量大，严重污染环境。本文设计了一种使用生物质颗粒作为燃料，能实现自动进料、自动排渣且合理配风，使燃料完全燃烧而利于环保的生物质热风炉。

关键词：生物质热风炉；自动进料；自动排渣

中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）22-0059-03

Structural Design and Application of Biomass Hot Blast Stove

GAO Haihua LI Bo GUAN Yongwei

（Henan Jufeng Biological Energy Development Co.， Ltd.，Puyang Henan 457000）

Abstract： At present， the existing biomass hot blast stove in the market has many defects， such as simple structure design， no automatic feeding， incomplete combustion， unreasonable oxygen distribution and poor firepower control and so on. Because of incomplete combustion， biomass appeared black smoke when burning， and the amount of smoke and dust was large， which seriously polluted the environment. This paper designed a biomass hot blast stove which used biomass particles as fuel to realize automatic feeding， automatic slag discharge and reasonable air distribution， which made the fuel completely burn and was beneficial to environmental protection.

Keywords： biomass hot blast stove；automatic feed；automatic slagging

热风炉是人民生活和工业中最常见的能量转化设备，其将常规能源的化学能或电能转化为热能，能量以热风的形式供应给相应设备，常用于干燥机、烘干机、成型机和采暖等。在工业生产中，热风炉通常以煤作为主要能源燃料。随着煤炭资源的日益短缺，世界各国大力开展和创新生物质燃烧利用技术，以解决今后能源危机带来的各种问题。由于煤的热值高，挥发分少，因此，煤炉的结构相对简单。采用生物质燃料的热风炉开辟了新的能源，但由于燃烧过程的复杂性，燃烧的充分性和防止产生生物质燃料焦油的排放非常重要[1]。

生物质颗粒燃料与煤炭燃料相比，具有含碳量低、热值低、挥发分高、含氧量高、灰分较低等特性。因此，在设计生物质颗粒燃烧机时，不能完全参考燃煤锅炉的结构特点。生物质燃料燃烧时间短，易着火，需要采用拦火措施防止送料机内的燃料着火。生物质颗粒燃料特有的燃烧特性决定了生物质颗粒燃烧机的结构、燃烧方式和进料机的送料方式。目前，市场上现有的生物质热风炉在结构上基本类似或相同，但在结构上存在以下缺陷：①因为热风炉炉排固定不动，生物质燃烧过程容易出现燃料结焦的问题；②由于热风炉本身的炉膛结构简单，只有一个独立的炉膛结构，整个燃烧过程都在一个炉膛中完成，且传统的热风炉底部采用自然通风，通风对提高燃烧率没有实质影响，且投料方式为塞入式，生物质燃料到达燃烧的时间较长，燃烧不充分，热效率低，且燃烧时出现黑烟，烟尘量大，严重污染环境；③由于热风炉本身结构不含有自动排灰功能，生物质燃烧后在炉底积攒的灰尘要靠人工掏出炉外，工人劳动强度大，操作不方便；④由于热风炉结构本身存在缺陷，换热管内壁经常积灰，影响传热效果，热利用率低；加之换热管不像锅炉的换热管一样由水换热，热风炉通过空气换热系数比锅炉低，所以普通的碳钢换热管容易烧坏，换热管使用寿命短[2]。

1 锅炉结构设计与研究

1.1 生物质高效传热节能热风炉的结构样式

为了弥补上述现有技术的不足，通过结构改进及引进自动控制设备，研究发明出一种生物质燃烧不易结焦、燃料燃烧充分、热效率高及操作简单、方便的生物质高效传热节能热风炉。具体结构见图1至图3。

发明的生物质高效传热节能热风炉包括炉体、炉膛组件、炉门组件、炉箅组件、给料组件、换热组件、烟道组件、鼓风机、冷风进口、烟囱出口和热风出口，所述炉体内下部设有炉膛组件，炉膛组件包括上炉膛、中炉膛和下爐膛，炉膛周边设有保温层，上炉膛周边的保温层内同时设有耐高温层，上炉膛上方设有燃尽室，上炉膛一侧炉体上安装有炉门组件，下炉膛一侧炉体上自下而上依次设有一次进风调节口和二、三次进风调节口，与一次进风调节口对应，在下炉膛外表面上设置有一次进风口，与二、三次进风调节口对应，分别在下炉膛和中炉膛外表面上设置有二次进风口和三次切向进风口；炉膛组件下部设有炉箅组件；炉体内、炉膛组件上方设有换热组件；炉体内、换热组件上方设有烟道组件；炉体的炉顶板上设有与烟道组件连通的烟囱出口；炉体一侧设有给料组件，给料组件的出料口与炉膛组件的上炉膛连通；炉体的一侧设置有鼓风机，鼓风机的出风接口与炉体上部一侧的冷风进口由管道连接，冷风进口正对换热组件；相对于冷风进口，在炉体的另一侧设有热风出口；炉体内、炉箅组件下方设有倒锥形积灰槽；在炉体内、炉膛组件的一侧连通设有倒锥形二三回程落灰膛；所述积灰槽和二三回程落灰膛底部同时设有自动排灰装置；所述炉箅组件含有炉箅转动机构；所述换热组件的换热管内设有自动除灰装置[3]。

炉体包括双层炉顶板和炉体框架，双层炉顶板和炉体框架内设有保温层。

一次进风口为圆周向均布排列在下炉膛外表面上的多个进风通孔；三次切向进风口为上下两层与中炉膛外表面切线方向呈45°夹角的多个切向进风通孔[4]。

自动除灰装置包括安装在每个换热管内的除尘弹簧，除尘弹簧上端钩挂在多排弹簧钩片上，弹簧钩片的两端固定有悬臂，悬臂的两侧通过铰接的连杆及连杆座铰接在炉体框架上，悬臂上安装有桥架，桥架中部横向贯穿安装有传动轴，传动轴的两端通过传动轴座和传动轴尾座固定安装在炉体框架和烟道组件上，传动轴一端伸出炉体，伸出端末端连接有电机；多排弹簧钩片之间通过筋条固定连接；传动轴贯穿烟道组件，传动轴的中部通过转块和挡片固定在烟道组件上。

1.2 生物質高效传热节能热风炉的工作原理

在炉体一侧设置自动送料装置，便于将生物质燃料自动送到炉膛内；在炉膛内设置有可转动的炉排，以防止燃料结焦；燃烧的余灰由炉箅下方的扫灰板扫至积灰槽，在积灰槽下侧设置一个自动排灰装置，将灰自动排出室外；燃料在炉膛燃烧室内经过三次配风后，又在燃尽室内充分完全燃烧；燃烧的热量及烟气经过不锈钢三回程换热器排出炉外，换热管内设置弹簧，能自动除灰，在炉旁设置鼓风机把换热管的热量带走[5]。

2 生物质高效传热节能热风炉的优点

所述炉箅组件含有炉箅转动机构，炉箅由不锈钢材料制成并且时刻转动，解决了固定炉排不动、燃料结焦的问题；上炉膛上方设有燃尽室，下炉膛上设有一次进风口和二、三次进风口，保证生物质燃料完全燃烧，且燃烧时无黑烟，利于环保；积灰槽和二三回程落灰膛底部同时设有自动排灰装置，且炉箅下面设有扫灰板将炉箅落下的灰扫入积灰槽中，由螺旋组件把灰排到炉外，实现了自动排灰，操作简单、方便，降低了工人劳动强度；换热组件的换热管内设有自动除灰装置，解决传统热风炉换热管不能自动除灰的问题，提高了传热效果及热利用率[6]。

换热管采用不锈钢材料制成，相对于传统热风炉换热管采用碳钢材料容易烧坏，提高了换热管的使用寿命；烟道组件分设有烟道弯管及耐火层和内烟道，以及含有分烟闸板和分烟调节杆。这样一来，当用户需要的热风不是纯净的热风时可以通过烟道组件利用一部分烟气，进一步提高热风炉的热利用率；炉体框架内设有保温层，炉膛周边设有保温层和耐高温层，炉门内外层钢板内设保温层，炉门内表面设有耐高温层等，有助于提高热利用率[7]。

综上，该生物质高效传热节能热风炉生物质燃烧不易结焦，燃料燃烧充分，热效率高，且操作简单、方便，换热管使用寿命提高，应广泛推广实施。

3 结论

本文对原有生物质热风炉进行了结构改进及优化，研究发明了一种新型的生物质高效传热节能热风炉，该发明具有一定的创新性和实用性。独有的三炉膛设计解决了燃烧不充分、热效率低、烟尘量大的问题。该生物质热风炉操作使用方便，实现了在正常运行中无需人工长时间看管，显著降低了工人劳动强度，提高了工作效率，适于推广实施。

参考文献：

[1]刘立果，张学军，刘云，等.生物质成型燃料热风炉燃烧室的设计与研究[J].农机化研究，2016（10）：245-249.

[2]矫振伟，苏俊林，王震坤.强化传热生物质燃料热风炉研究[J].长春工业大学学报（自然科学版），2007（S1）：160-163.

[3]袁振宏，吴创之，马隆龙.生物质能利用原理与技术[M].北京：化学工业出版社，2016.

[4]高强.生物质热风炉调试优化试验研究及其换热器温度场模拟[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2016.

[5]张江勇，孙桓五，李戟，等.生物质热风炉换热器结构优化与分析研究[J].农机化研究，2013（3）：237-241.

[6]张无敌，宋洪川，钱卫芳，等.我国生物质能源转换技术开发利用现状[J].能源研究与利用，2000（2）：3-6.

[7]陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统[M].北京机械工业出版社，2003.