儲煤氣化熱風爐結構設計范文

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摘要：

針對熱風爐使用過程中加煤工作繁重及煤不能充分燃燒造成一定的空氣污染問題開展的一種儲煤氣化熱風爐結構設計。由于爐體內煤的氣化二次燃燒設計砂封及前后爐體分離結構；根據加煤量及耐溫燃燒試驗設計儲煤倉及中腔斗。對試制的儲煤氣化熱風爐進行測溫試驗，測量熱風出口及煙氣溫度。結果表明熱風出口溫度滿足種植要求，儲煤氣化熱風爐推廣前景好。

關鍵詞：

熱風爐；結構設計；儲煤；氣化；二次燃燒

新疆光照時間長，適合發展設施農業，但是冬季設施農業生產蓄熱條件不夠成了問題，新疆低于0℃的日數全疆各地均超過124天［1］，有些地區低于－30℃的極寒天氣會持續達到30天以上，在極端條件下熱風爐的使用是非常必要的。2012年中國新疆煤產量1．4億噸，豐富的煤產量成為熱風爐燃料的首選，但是由于煤的形狀、大小規則不一，并且沒有規律性，熱風爐的加煤成為熱風爐使用中主要問題。熱風爐按照耗能種類區分主要分為燃煤熱風爐、燃氣熱風爐、生物質燃料熱風爐和燃油熱風爐等［2］。熱風爐主要由以下三個系統組成：燃料燃燒系統、熱交換系統、排煙除塵系統。若需要對爐膛壓力及燃燒狀態進行監測，有的熱風爐還配備自動監測和控制系統［3］。其中換熱系統是其最重要的部分，換熱器裝置又是換熱系統的核心部件，它的主要功能是將熱量從一種介質傳給另一種介質，從而達到換熱的效果［4］。對于溫室大棚供暖的熱風爐，主要采用的是間壁式換熱器［5］。我國的能源情況比較嚴峻，如何使熱風爐更節能，提高熱風爐的熱效率是熱風爐的設計中至關重要的問題［6］。普通的燃煤熱風爐使用過程中出現以下問題：（1）使用過程中，夜間需要多次加煤，工作量大。（2）煤燃燒時間短，不能充分燃燒。（3）熱風爐會出現倒煙現象，有害氣體如CO等會進入空氣中，對人員及作物造成傷害。本文設計一種爐體可以儲煤并且實現煤二次充分燃燒的氣化燃煤熱風爐結構，并通過試驗提出儲煤氣化熱風爐在推廣和應用中的改進建議。

1熱風爐結構設計

1．1熱風爐總體結構熱風爐加溫方式是直接加熱空氣。熱風爐與鍋爐相比較，熱風爐在加熱過程中減少了熱媒介質的熱容損失，熱風爐燃燒所產生的干熱空氣可以全部用于溫室的增溫和降濕。使用過程中可降濕，熱風爐輸出干熱空氣，能夠在30min內使室內濕度降低60％～70％，從而抑制各種病蟲害的發生。

1．2工作原理煤炭在熱風爐的燃燒室中充分燃燒，燃燒后的高溫煙氣進入換熱器與換熱器外的冷空氣進行熱量傳遞，換熱后的煙氣再通過出煙口排入外界大氣，而在換熱器外部加熱后的高溫潔凈空氣經由熱風輸送軟管輸送到溫室的各個角落，用于提升溫室室溫［7］。儲煤氣化熱風爐主要分為前后兩個爐體，前爐體為燃燒室，后爐體為熱交換室，燃燒室上部為儲煤倉，煤炭通過中腔斗滑動落入爐排上進行燃燒，未完全燃燒產生的可燃氣體和儲煤倉內產生的高溫燃氣進入熱交換室進行二次充分燃燒，燃燒產生的熱量加列管內的氣體，加熱后的氣體通過熱風出口排出，給溫室供暖.

2關鍵部件設計

2．1砂封結構設計為了實現煤的氣化燃燒，禁止熱空氣及有害氣體從進煤口處溢出，在爐體上設計了環形砂封槽和砂封頂蓋，砂封槽中裝入干砂，砂封頂蓋插入干砂中，起到密封的作用。

2．2儲煤倉結構設計熱風爐主要是在溫室夜間使用，在新疆夜間加溫時間為9～10h左右，一般是從晚上10：00～早上8：00進行加溫作業，每小時燃煤8～10kg，儲煤倉的大小正好能滿足夜間燃燒為宜，如果煤量過多，會造成熱風爐的體積過大，耗材過多；如果煤量過少不能滿足夜間燃燒作業，會增加工作人員的勞動強度，因此儲煤倉的設計大小需要通過加煤量來測定，通過試驗設計儲煤倉可以儲煤80kg，加上燃燒室內的正在燃燒的煤，夜間共加煤量為90kg左右。儲煤倉的底部為中腔斗，中腔斗直接與燃燒室連接，需要很高的耐熱量，我們采用2．5～4mm厚鋼板及灰鑄鐵件進行實驗，鋼板在高溫空氣中容易被氧化，這不僅會引起污染，而且鋼板因腐蝕而迅速減薄以至失效［8］，經過10天的燃燒實驗（表1），最終我們采用灰鑄鐵件制作中腔斗。加煤時，一部分煤炭落入燃燒室內燃燒，其余煤炭停留在儲煤室內待燃燒，燃燒室內的煤量過少時，儲煤倉內的煤炭會通過中腔斗落入燃燒室中，中腔斗上方的煤炭處于高溫氣化流動狀態，直到儲煤倉內的煤全部加完。

2．3換熱器結構設計換熱器是熱風爐的核心部件，換熱器的性能好壞直接影響熱風爐的使用性和可靠性，需對其工作性能進行相關必要的研究。為了最大限度地利用熱能和回收余熱，對換熱器進行強化傳熱一直是國內外學者研究的熱點［9］。熱風爐的換熱器采用&50×3．0鋼管（圖2），列管的下端與進風風機出風口相連，列管上端與熱風出口密封連接，這樣通過風機的冷空氣在熱風爐內被加熱后直接通過熱風出口送到溫室中，和煙氣通道分離，避免了有害氣體進入溫室中對作物和人員造成的傷害。列管的下部圓弧弧度為120°，有利于空氣流動，降低了風阻。這樣的12根列管在熱風爐內組成了列管束（圖3）。列管在熱風爐內盡量的多，增加熱交換的換熱面積，我們設計了兩個同心圓直徑分別為278mm、400mm，在&278mm的同心圓上平均分布了6根列管，在&400的同心圓上也平均分布了6根列管，換熱面積達到0．2m2。

2．4風機的選型熱風爐內煤炭燃燒產生的熱量要快速的通過管道釋放出來，需要使用風機將熱風爐產生的熱量及時高效的排出。新疆本地煤的成色有比較大的區別，我們選擇了5種不同銷售商銷售的煤炭在新疆維吾爾自治區煤炭產品質量檢測中心委托檢驗（表2），我們選擇發熱量較為高的實驗2用煤，每千克煤的平均發熱量為26．74kJ，熱風爐每小時燃煤量約為10kg，這些熱量（理想條件下）需要通過風機傳導出去，根據JB／T6673—93標準《熱風爐實驗方法》可以計算出風機風量選擇2600m3／h以上規格。

2．5煤氣化二次燃燒燃燒室內的煤由于空氣供給不足等原因沒有充分燃燒產生的CO和儲煤倉內儲存的煤由于溫度的升高產生氣化現象，產生了大量的高溫可燃氣體，這些氣體無法通過砂封上行，只能下行通過煙氣通道進入交換室，交換室內有充分的氧氣和很高的溫度，高溫可燃氣體在交換室充分的燃燒并與換熱器里的列管內空氣進行熱交換，風機及時將列管里的熱空氣排出，給溫室供熱。普通的熱風爐由于沒有經過二次燃燒會產生CO，如果產生的CO不能及時排除會造成CO濃度增高對作物及工作人員造成損害。這種可以氣化二次燃燒的熱風爐不僅可以避免CO等有害氣體的危險還大大的提高了熱風爐的熱效率。

3燃燒試驗

2015年3月試制的第一臺熱風爐開始點火試驗，測試時間為2015年3月18日～3月24日，主要測試熱風爐熱風出口溫度及煙氣溫度。熱風出口溫度為熱風爐的有效熱效率，但是也不能過高，以免對人及作物造成損傷，一般要求80℃～100℃為宜，煙氣溫度是熱風爐的排煙熱損失，國內的熱風爐排煙溫度多在170℃～250℃，排煙熱損失為11％～17％［10］。圖4為3月20日測溫曲線圖。表3為3月18日～3月24日測量溫度的平均值。通過試驗得出熱風出口溫度在70～110℃之間，溫度較為穩定，煙氣溫度250～320℃之間，溫度較高，熱量散失較大，在試驗過程中沒有架橫向煙道，直接將煙豎直排除，在溫室使用中都會架設橫向煙道，盡可能降低煙道熱量損失。

4結論

儲煤氣化二次燃燒熱風爐的熱風出口溫度較為穩定有利于溫室種植小環境的形成，有利于作物的生長。但是煙道排煙溫度較高，熱損失較大，建議在煙筒上加裝散熱裝置，將煙氣產生的熱量盡量散失到溫室內，用于溫室提溫。儲煤氣化二次燃燒熱風爐應用范圍現只針對溫室種植，在日后產品改進升級時，能進一步將產品應用于養殖及小型加工工廠的供熱，拓寬應用范圍，有利于設備進一步推廣。儲煤氣化熱風爐實現了一次加煤，儲煤，氣化二次燃燒等功能，節省人力，減輕勞動強度，推廣前景較好。

作者：劉娜 張麗 齊新洲 李勝 王彥 郭磊 王國強 單位：新疆農業科學院農業機械化研究所