一種基于散煤燃燒的新型家用節(jié)能環(huán)保采暖爐

丁 艷 徐鵬飛 劉芳賓 王心悅 蒯[kuǎi]子函

[摘要]針對(duì)散煤燃燒效率低、煙塵排放量大的問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)了一種適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)家庭的新型燃煤采暖爐。介紹了該爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)效果。首次將燃煤粒度控制裝置和除塵裝置引入家用燃煤采暖爐中，同時(shí)集中了三回程反燒結(jié)構(gòu)的燃燒優(yōu)勢(shì)和超導(dǎo)熱管的換熱優(yōu)勢(shì)，大大提高了鍋爐燃燒和換熱效率，節(jié)能效果顯著。操作使用方便，除塵效率高，符合國(guó)家“節(jié)能減排”政策，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[期刊名稱]中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品
[年(卷),期] 2017(000)013
[總頁(yè)數(shù)] 2
[關(guān)鍵詞]散煤燃燒；采暖爐；節(jié)能環(huán)保；設(shè)計(jì)

家用采暖爐主要使用煤炭作為主要燃料，大多用于沒(méi)有集中供暖或沒(méi)有燃?xì)獠膳瘲l件的農(nóng)村或城鄉(xiāng)結(jié)合部，并且大部分燃燒是原煤。環(huán)保部2016年3月的分析表明，在北方，燃燒1噸高揮發(fā)分的原煤將排放超過(guò)2.5噸的二氧化碳和超過(guò)150kg的其他污染物。 市場(chǎng)上的家用采暖爐多使用直接燃燒方式，燃燒不徹底，導(dǎo)致大量能源浪費(fèi)；這種類型的鍋爐配備的除塵器落后或者根本沒(méi)有配備，也幾乎沒(méi)有脫硫裝置，大氣污染物排放普遍超標(biāo)。盡管有些用戶設(shè)計(jì)并安裝了鋼管余熱回收器，余熱回收率不高。

目前，我國(guó)仍然有2億分散采暖人口。解決現(xiàn)有家用燃煤采暖爐的燃煤利用率低、熱能利用率低和污染高的問(wèn)題，已成為節(jié)能減排的重要任務(wù)，具有非常重要的社會(huì)價(jià)值。

本文設(shè)計(jì)了一種新型的燃煤采暖爐，該燃爐已與企業(yè)建立了對(duì)接，并已申請(qǐng)了發(fā)明專利，該專利目前正在受理中，下面介紹該鍋爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)情況。

1.新型鍋爐的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)如圖1所示，該鍋爐在進(jìn)煤口的前面裝有燃煤粒度控制裝置，該裝置在加入煤的同時(shí)對(duì)燃煤進(jìn)行破碎，以控制燃煤粒度的大小和均勻性。炊事?tīng)顟B(tài)時(shí)，該裝置可翻轉(zhuǎn)至下測(cè)，操作方便；爐內(nèi)燃燒室設(shè)計(jì)為圓形，燃燒室后端設(shè)計(jì)為三回程結(jié)構(gòu)；尾部煙箱采用超導(dǎo)熱管作為煙氣余熱回收裝置；在采暖爐煙筒部分設(shè)計(jì)除塵裝置。

1.1 燃煤粒度控制裝置

燃煤粒度的大小和均勻性對(duì)燃燒過(guò)程和效率有非常重要的影響：尺寸差異大，燃燒層之間的熱傳遞困難，且通風(fēng)阻力大；當(dāng)粒徑較小時(shí)，爐排通風(fēng)不理想，漏煤量增多；粒度太大，燃盡時(shí)間長(zhǎng)，且燃燒不充分。相關(guān)研究表明，如果粒徑超過(guò)50mm，燃燒損失將非常大。在該設(shè)計(jì)中，將50mm確定為燃煤粒徑的上限。

燃煤粒度控制裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作：向煤斗中加入適量的煤塊后，搖動(dòng)搖柄將破碎板翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，符合尺寸范圍的煤塊將直接進(jìn)入進(jìn)料管道，較大的煤塊通過(guò)破碎板和煤斗的擠壓，以及與破碎齒的咬合破碎進(jìn)入進(jìn)料管道。

1.2 三回程反燒燃燒室結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的直燒式家用采暖爐燃燒空間有限，爐內(nèi)較短的燃料停留時(shí)間，燃燒不足 家用燃煤采暖爐，燃燒效率低和污染物排放高。明火反燒技術(shù)遵循燃料燃燒的固有規(guī)律，為燃料創(chuàng)造了一個(gè)最佳的燃燒過(guò)程，并為燃料燃燒提供足夠的空氣、空間、溫度和時(shí)間，使燃料得以充分燃燒，從而大大減少了煤炭消耗并且在一定程度上可以達(dá)到消煙除塵的目的。多回程燃燒增加了煙氣在爐中的停留時(shí)間，并使燃燒更完全?？紤]到家用等多種因素，新型采暖爐采用三回程反燒結(jié)構(gòu)，爐膛采用圓角設(shè)計(jì)。圓形爐膛避免了燃燒死角，三回程結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了燃燒過(guò)程，延長(zhǎng)了燃盡時(shí)間，并減少了不完全燃燒的損失。

1.3 尾氣余熱回收裝置-超導(dǎo)熱管

傳統(tǒng)的采暖鍋爐尾部煙箱一般采用水套結(jié)構(gòu)來(lái)提高余熱利用，但余熱利用不足，鍋爐排煙熱損失比較大。

超導(dǎo)熱管具有導(dǎo)熱速度快、強(qiáng)度高、易于安裝、不受安裝位置限制、可消除傳統(tǒng)換熱方式導(dǎo)熱死區(qū)的特點(diǎn)，尤其是導(dǎo)熱效率高，而且成本低?？紤]到許多因素，在此設(shè)計(jì)中使用萘作為工作液，并使用碳鋼作為管殼材質(zhì)，這種材料便宜且壽命長(zhǎng)。

1.4 除塵裝置考慮到靜電除塵和布袋除塵的特點(diǎn)，最終確定基于布袋除塵的原理。除塵裝置由除塵布袋和手動(dòng)機(jī)械振動(dòng)裝置組成。除塵布袋固定在手動(dòng)機(jī)械振動(dòng)裝置的振動(dòng)環(huán)上，這兩個(gè)部分和煙筒形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

煙氣通過(guò)該結(jié)構(gòu)后，在經(jīng)過(guò)除塵布袋時(shí)，塵粒由于慣性力作用與除塵布袋碰撞而被攔截，達(dá)到除塵效果，減少了煙塵量。當(dāng)布袋內(nèi)積塵較多時(shí)，可使用手動(dòng)機(jī)械式振動(dòng)裝置進(jìn)行手動(dòng)除塵，以保證布袋的除塵效率。該裝置操作簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉。

2.節(jié)能和環(huán)保性能分析

通過(guò)對(duì)采暖爐的燃燒機(jī)理、換熱分析和理論計(jì)算，可將采暖爐的燃燒效率提高10％以上，余熱回收率可高達(dá)25％以上，除塵效率高達(dá)90％以上。根據(jù)2016年的最新統(tǒng)計(jì)，京津冀地區(qū)的年散煤消費(fèi)量超過(guò)3600萬(wàn)噸。根據(jù)最低估計(jì)，京津冀地區(qū)的年散煤消耗量減少了360萬(wàn)噸。在該項(xiàng)目中，基于原來(lái)的10kg/t煤煙排放量，京冀地區(qū)由于采暖爐的節(jié)能，降低了燃煤消耗 家用燃煤采暖爐，減少了3.6萬(wàn)噸的排塵量。同時(shí)，由于增加了除塵裝置（效率按90％算），排塵量減少了29.16萬(wàn)噸；每年排塵量總量減少了32.76萬(wàn)噸。如果擴(kuò)大到整個(gè)北方甚至全國(guó)，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益將非常可觀。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)論

按照實(shí)物0.8的比例加工了模型，并進(jìn)行了模型試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別采用兩種方案，計(jì)算了煤粉破碎前后的燃燒效率。

方案1：未經(jīng)處理的煤和處理后的煤，將水箱中的水加熱到60℃的平均燃料消耗量；
方案2：等量的未處理煤和處理過(guò)的煤，燃盡后稱量灰渣重量，以判斷煤的燃盡率。

最后，兩種方案都證明，破碎后燃煤的燃燒效率有較大提高，燃燒效率可以提高約5％。基于煙氣成分濃度測(cè)量?jī)x測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，安裝除塵裝置后，除塵效率高達(dá)84％。由于試驗(yàn)臺(tái)受空間限制，與實(shí)際工作環(huán)境不同，因此在實(shí)際使用中煙塵排放濃度會(huì)更低。另外，該采暖爐還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于加工和批量生產(chǎn)、使用和維護(hù)方便、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，并且采暖同時(shí)可用作家用爐灶，非常適合北方?jīng)]有集中供暖的村鎮(zhèn)家庭，并且易于推廣普及。

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來(lái)源：《一種基于散煤燃燒的家用新型節(jié)能環(huán)保采暖爐》