戶用智能多功能生物質采暖爐的設計與燃燒實驗

1、戶用智能多功能生物質采暖爐的設計與燃燒實驗摘要：針對傳統(tǒng)生物質采暖爐熱效率不高、智能化程度較低等問題，文章 設計了一種新型戶用智能采暖爐。該采暖爐采用了發(fā)條機構的設計，在發(fā)條蓄 積能量后，通過傳動系統(tǒng)和螺旋送料器將燃料送入燃燒室；基于 STM32單片 機的控制系統(tǒng)，能夠對傳感器實時反饋的溫度做出反應， 從而實現(xiàn)智能化進料， 并控溫保溫；采用三級除塵裝置的除塵系統(tǒng)，可實現(xiàn)煙氣和顆粒物的低污染排 放。以玉米秸稈成型顆粒為燃料對設計的采暖爐進行燃燒實驗，實驗結果表明，在日運轉14h的情況下，大約需要39.9kg的玉米秸稈成型顆粒，采暖爐的額 定發(fā)熱量為1620kJ ,熱效率為63%。 、戶 - 刖百

2、戶用智能多功能生物質采暖爐的使用可以有效地加強農村供暖能源設施的 建設，在農村地區(qū)推廣以生物質顆粒為燃料的供暖模式，并使用配套的節(jié)能環(huán) 保爐具，可同步解決炊事、取暖和洗浴所需的能源，從而降低燃料使用成本， 實現(xiàn)清潔供暖1。生物質鍋爐是將生物質作為燃料進行燃燒，從而產生熱量，目前，生物質 鍋爐的主要用途是將燃燒產生的熱量用于發(fā)電2 0國外有關生物質采暖爐技術 的研究日趨成熟，我國在生物質燃燒技術和設備上也有了一些新的突破37。羅冰研制的小型生物質側碎料直燃熱水鍋爐和劉慶玉研制的戶用生物質采暖爐，均在炊事上和機械結構上進行了改進， 但并未實現(xiàn)自動化和多功能化 網(wǎng)，9戶用智能多功能生物質采暖爐的自動

3、化程度占整個工作流程的85%以上,基本上實現(xiàn)了送料、送風、送水、輸水、自動點火、智能控溫等功能，并且在 滿足以上基本功能外實現(xiàn)了手機 APP智能控制10。從能源利用率和自動化程 度考慮，戶用智能多功能生物質采暖爐能夠提升農村供暖的污染治理水平，調 整優(yōu)化農村供熱能源結構。本文對一種戶用智能多功能生物質采暖爐的能源利 用機構和自動化控制系統(tǒng)進行研究，以實現(xiàn)節(jié)能供暖、環(huán)保供暖、智能供暖。1整機結構和工作原理1.1 整機結構采暖爐的總體結構如圖1所示。（曲正軸洌鼠巾）解軸需網(wǎng)序】怕棒篦柯示意粗 t ift-l Ilii diujrniin M Ihmw，-rui hi由圖1可知，采用螺旋送料器將料倉

4、和采暖爐連接起來， 由發(fā)條機構驅動鼓風機直接連接采暖爐，通過鼓風機頭部的閥門調節(jié)風量的大小?？刂葡到y(tǒng)位于采暖爐上部，連接自動送料系統(tǒng)、點火系統(tǒng)以及自動控溫系統(tǒng)?？刂泼姘逦挥陔姎饪刂葡到y(tǒng)的外部，以便控制采暖爐進行工作。水箱和水管位于采暖爐的四周，以便實現(xiàn)換熱功能，灶臺位于采暖爐的上方，通過燃燒罩控制火焰的大小。1.2 工作原理采暖爐工作時，用戶通過控制系統(tǒng)設置溫度和啟動時間， 到達設定時間后, 控制系統(tǒng)啟動發(fā)條送料機構，發(fā)條機構將料倉中的燃料送至燃料預處理倉，通 過噴嘴將燃料噴入爐膛內，控制系統(tǒng)控制打火器將燃料點燃。利用燃料燃燒產 生的熱量加熱水箱中的水，滿足供暖與洗浴需求，利用上部火焰可以滿足

5、炊事 需求。溫度傳感器可實時反饋溫度，當室溫低于設定溫度時，控制系統(tǒng)加快送 料系統(tǒng)的送料速度和鼓風機的進風速度，加速燃燒，提高發(fā)熱量和室溫；當室 溫高于設定溫度時，控制系統(tǒng)減慢送料與進風的速度，降低發(fā)熱量和室溫，從 而實現(xiàn)智能控溫。2關鍵部件的設計2.1 發(fā)條送料機構自動送料機構的核心需要足夠的輸出力矩使螺旋送料器能夠正常運轉，并 且輸出力矩要均勻，其次要有一定的工作圈數(shù)和足夠高的疲勞強度以及較好的 抗彈性疲勞性能。綜合以上情況，本文選取發(fā)條機構作為自動送料機構的核心 部件11。發(fā)條憑借著操作簡單的優(yōu)點，被廣泛地應用于各個領域。發(fā)條聚集能 量后把能量輸送給擒縱機構，擒縱機構把能量均勻地分開，通

6、過傳動系統(tǒng)和螺 旋送料器將生物質燃料送到燃燒室中。發(fā)條送料機構的結構如圖 2所示。實物圖偉)主幅圖左度圖圖2發(fā)第送料機構的示。圖卜 jtJ flii k-uiL li0.088 9(C；+0375Sflr)+0.265/J1-0.0330i.(10)產生的二氧化物的鼠為Vn=0.0 8 66(-03755)(11)產生的理論氮氣的量為八=0.00&： +0.79 Kk(12)產生的理論水燕汽的審為11/., +0.124AC+0,016t(13)產生的理論煙氣量為5叱+3M(14采暖爐以成型卡米秸稈為燃料進行燃燒時和 無煙煤單獨燃燒時.所需的理論空氣量和產生的 理論煙氣量的汁算結果見發(fā)3叫XJ

7、 lift-M城他Tdi|i- 3 CL|hiildlii nults 價ihroMjUir ijiiiiiiiilt dml ihi-nrr-iii dl Miwke volumrd腦fun Jimt二械化鄢fhfifenut用也和tin抖苴炯i曜球特ff%施。篇諭1,444必立哪耀&貼IX5 M。加6附|由表3可知，采暖爐以成型玉米秸稈為燃料時，成型玉米秸稈燃燒所需的 理論空氣量小于無煙煤的燃燒，產生的理論煙氣量也小于無煙煤的燃燒，說明 以生物質顆粒為燃料的生物質采暖爐可以減少污染物的排放量，具有推廣使用 的價值。3.1.3智能控制檢測采暖爐上設有控制面板，可以控制送料系統(tǒng)和自動點火功能，

8、采暖爐內的 溫度傳感器測量室溫后，經過藍牙模塊傳入單片機控制模塊；設置手機APP使用功能，可以通過藍牙模塊向手機 APP發(fā)送室溫、水溫、料量等信息，手機 APP接收并顯示上述信息；通過手機APP在10m之內向藍牙模塊發(fā)送溫度和 轉數(shù)等指令，中央處理器經過運算，將指令反饋給動力部件實現(xiàn)相應的輸水、 送水、下料、送風功能，從而基本實現(xiàn)采暖爐的智能化控制。4結論通過調整進料速度和配風量可以提高采暖爐的熱效率，其中，進料速度 可以根據(jù)燃燒的物料不同加以調整。利用采暖爐進行生物質燃燒實驗時，煙氣等污染物的排放量低于無煙煤 燃燒時的排放量，再經過采暖爐的三級除塵機構，可以保證在正常工作的情況下，采暖爐的污

9、染物排放量符合有關要求。該采暖爐的創(chuàng)新性在于智能控制系統(tǒng)主要是通過單片機進行控制，可通 過手機移動端、PC終端、機身觸控、紅外線遙控查看采暖爐的各項參數(shù)，并根 據(jù)需求控制采暖爐的啟停和調節(jié)燃燒情況。因為本設計重在研發(fā)智能型多功能生物質采暖爐，只是簡單地通過實驗研 究玉米秸稈成型顆粒在采暖爐中的適應性燃燒，探討設計的采暖爐能否滿足生 產需求，并沒有對原料進行長期實驗，因此，沒有對現(xiàn)存的堿金屬導致的結渣 問題進行研究。結法是通過不斷燃燒沉積積累而形成的，因此，短期實驗的結 法問題并不是很明顯。但是，市面上現(xiàn)有的生物質采暖爐大部分存在長期燃燒 的結渣性問題，因此，建議從源頭解決結渣問題，即從燃料成分

10、上加以改進， 對原料中的堿金屬采用化學分儲法進行初步測定，并采用添加劑的方式改善生 物質成型燃料的結渣問題。在此基礎上對采暖爐進行不斷地優(yōu)化設計，以適應 我國國情。參考文獻：1李沁，武涌，劉吉林，等.生物質氣化供暖在中國北方農村地區(qū)的可行性 研究J.建筑科學，2010, 26 (12): 36-39.2徐海濤.我國生物質燃燒發(fā)電技術取得突破J.硅谷，2012 (10) : 37-37.3張江濤.突破節(jié)能減排生物質鍋爐核心技術J.工程技術(全文版)，2016：196-196.4南秀杰.突破節(jié)能減排生物質鍋爐核心技術J.遼寧化工，2016 (1): 45-47.5趙立欣，孟海波，姚宗路，等.中國生

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