戶用智能多功能生物質(zhì)采暖爐的設(shè)計與燃燒實驗

1、戶用智能多功能生物質(zhì)采暖爐的設(shè)計與燃燒實驗摘要：針對傳統(tǒng)生物質(zhì)采暖爐熱效率不高、智能化程度較低等問題，文章 設(shè)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(gòu)的設(shè)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?qū)鞲衅鲗崟r反饋的溫度做出反應(yīng)， 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(shè)計的采暖爐進行燃燒實驗，實驗結(jié)果表明，在日運轉(zhuǎn)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(zhì)采暖爐的使用可以有效地加強農(nóng)村供暖能源設(shè)施的 建設(shè)，在農(nóng)村地區(qū)推廣以生物質(zhì)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(zhì)鍋爐是將生物質(zhì)作為燃料進行燃燒，從而產(chǎn)生熱量，目前，生物質(zhì) 鍋爐的主要用途是將燃燒產(chǎn)生的熱量用于發(fā)電2 0國外有關(guān)生物質(zhì)采暖爐技術(shù) 的研究日趨成熟，我國在生物質(zhì)燃燒技術(shù)和設(shè)備上也有了一些新的突破37。羅冰研制的小型生物質(zhì)側(cè)碎料直燃熱水鍋爐和劉慶玉研制的戶用生物質(zhì)采暖爐，均在炊事上和機械結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)采暖爐能夠提升農(nóng)村供暖的污染治理水平，調(diào) 整優(yōu)化農(nóng)村供熱能源結(jié)構(gòu)。本文對一種戶用智能多功能生物質(zhì)采暖爐的能源利 用機構(gòu)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(jié)構(gòu)和工作原理1.1 整機結(jié)構(gòu)采暖爐的總體結(jié)構(gòu)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(gòu)驅(qū)動鼓風機直接連接采暖爐，通過鼓風機頭部的閥門調(diào)節(jié)風量的大小。控制系統(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(shè)置溫度和啟動時間， 到達設(shè)定時間后, 控制系統(tǒng)啟動發(fā)條送料機構(gòu)，發(fā)條機構(gòu)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(nèi)，控制系統(tǒng)控制打火器將燃料點燃。利用燃料燃燒產(chǎn) 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(shè)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(shè)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(guān)鍵部件的設(shè)計2.1 發(fā)條送料機構(gòu)自動送料機構(gòu)的核心需要足夠的輸出力矩使螺旋送料器能夠正常運轉(zhuǎn)，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(gòu)作為自動送料機構(gòu)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(yīng)用于各個領(lǐng)域。發(fā)條聚集能 量后把能量輸送給擒縱機構(gòu)，擒縱機構(gòu)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(zhì)燃料送到燃燒室中。發(fā)條送料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖 2所示。實物圖偉)主幅圖左度圖圖2發(fā)第送料機構(gòu)的示。圖卜 jtJ flii k-uiL li0.088 9(C；+0375Sflr)+0.265/J1-0.0330i.(10)產(chǎn)生的二氧化物的鼠為Vn=0.0 8 66(-03755)(11)產(chǎn)生的理論氮氣的量為八=0.00&： +0.79 Kk(12)產(chǎn)生的理論水燕汽的審為11/., +0.124AC+0,016t(13)產(chǎn)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(chǎn)生的 理論煙氣量的汁算結(jié)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(chǎn)生的理論煙氣量也小于無煙煤的燃燒，說明 以生物質(zhì)顆粒為燃料的生物質(zhì)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(shè)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(nèi)的 溫度傳感器測量室溫后，經(jīng)過藍牙模塊傳入單片機控制模塊；設(shè)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(nèi)向藍牙模塊發(fā)送溫度和 轉(zhuǎn)數(shù)等指令，中央處理器經(jīng)過運算，將指令反饋給動力部件實現(xiàn)相應(yīng)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(jié)論通過調(diào)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(diào)整。利用采暖爐進行生物質(zhì)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(jīng)過采暖爐的三級除塵機構(gòu)，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(guān)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(diào)節(jié)燃燒情況。因為本設(shè)計重在研發(fā)智能型多功能生物質(zhì)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(yīng)性燃燒，探討設(shè)計的采暖爐能否滿足生 產(chǎn)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(jié)渣 問題進行研究。結(jié)法是通過不斷燃燒沉積積累而形成的，因此，短期實驗的結(jié) 法問題并不是很明顯。但是，市面上現(xiàn)有的生物質(zhì)采暖爐大部分存在長期燃燒 的結(jié)渣性問題，因此，建議從源頭解決結(jié)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(zhì)成型燃料的結(jié)渣問題。在此基礎(chǔ)上對采暖爐進行不斷地優(yōu)化設(shè)計，以適應(yīng) 我國國情。參考文獻：1李沁，武涌，劉吉林，等.生物質(zhì)氣化供暖在中國北方農(nóng)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(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)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(zhì)鍋爐核心技術(shù)J.工程技術(shù)(全文版)，2016：196-196.4南秀杰.突破節(jié)能減排生物質(zhì)鍋爐核心技術(shù)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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