| 全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的設(shè)計(jì)與分析 |
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鄭州達(dá)冠節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司
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全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的設(shè)計(jì)與分析 摘要：全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代燃燒應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展方向之一。介紹了全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)及其技術(shù)特點(diǎn)，給出了全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)燃燒頭部件、燃油系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，并對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。 1簡(jiǎn)言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源多樣化的推進(jìn)及環(huán)保要求的提高，各種以輕油為燃料的燃燒機(jī)在各種需要熱源的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)燃燒機(jī)市場(chǎng)大多被國(guó)外品牌所占領(lǐng)，耗油量在30 kg/h以下的小型生物質(zhì)燃燒爐市場(chǎng)被意大利意高( Ecoflam)，利雅路(RIELLO)．百特(Baltur)和日本奧林佩亞(OLYMPLA)等占領(lǐng)，而耗油量大于30 kg/h的中大型生物質(zhì)燃燒機(jī)市場(chǎng)則被德國(guó)威索( Weishaupt)，英國(guó)海威(Hamworthy)等國(guó)外廠商的產(chǎn)品所壟斷，國(guó)產(chǎn)品牌則屈指可數(shù)。如果國(guó)產(chǎn)生物質(zhì)燃燒爐技術(shù)和產(chǎn)品不能形成自己的技術(shù)特色，創(chuàng)出品牌，就有可能退出競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)，失去本可以獲得的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此在我國(guó)發(fā)展全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)具有重要意義。 2全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)由燃燒頭，燃油系統(tǒng)，空氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)4部分組成，其結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。 燃燒頭包括燃燒筒、噴嘴、噴嘴座及穩(wěn)焰器等零件。燃油系統(tǒng)包括油泵、燃油電磁閥、燃油管路和管件等零件？諝庀到y(tǒng)由風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和空氣通道組成？刂葡到y(tǒng)則由程序控制器、點(diǎn)火裝置和火焰探測(cè)器 全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)采用機(jī)電一體整體式設(shè)計(jì)，集噴嘴、油泵、電磁閥、風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)控制器、點(diǎn)火裝置、火焰探測(cè)器及程序控制器于一體。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，便于操作和維護(hù)，且具有預(yù)吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火、負(fù)荷調(diào)節(jié)、火焰監(jiān)控、后吹掃、低壓?jiǎn)?dòng)、欠壓保護(hù)等功能，能確保全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)安全、高效和低污染運(yùn)行。通過(guò)對(duì)燃燒頭部件和風(fēng)機(jī)的合理設(shè)計(jì)，全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)能獲得高燃燒效率（一般可達(dá)99%以上）和低噪聲(一般<84 dB)，并能大大減少燃燒產(chǎn)物中一氧化碳等污染物的排放量，使其達(dá)到當(dāng)今歐洲的空氣排放標(biāo)準(zhǔn)。 3全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)分析 3.1燃燒頭 燃燒頭是全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的一個(gè)非常重要的部件，合理的設(shè)計(jì)可以保證燃燒機(jī)高效穩(wěn)定運(yùn)行，廢氣排放達(dá)到環(huán)保要求，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。 噴嘴和穩(wěn)焰器是燃燒頭的兩個(gè)重要零件。由于輕油的燃燒是先將燃料油霧化形成細(xì)小而均勻的油滴后再與空氣混合燃燒的，而噴嘴的作用是將油霧化成為細(xì)小而均勻的油滴，即形成油霧[1]。因此噴嘴設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)具有重要影響。由于輕油的運(yùn)動(dòng)粘度值一般≤3～8 ffiff12/S(合恩氏粘度oE= 1.22～1.65)，因此全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)適宜采用機(jī)械霧化噴嘴，噴嘴內(nèi)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。 噴嘴內(nèi)的旋流體是一個(gè)錐體，錐體上開(kāi)有4條斜槽，油從切線(xiàn)方向流入旋流室，高速旋轉(zhuǎn)后從噴口噴出，通過(guò)離心力的作用產(chǎn)生很大的切線(xiàn)速度，使燃油得到良好霧化。 機(jī)械霧化噴嘴根據(jù)其油霧截面形狀的不同分為實(shí)心型、半實(shí)心型和空心型[1]，選用何種型式的噴嘴取決于對(duì)燃燒機(jī)火焰形狀的要求。噴嘴的噴射角度有450，500，600，800等多種，選用何種角度應(yīng)根據(jù)燃燒室的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)尺寸決定，一般以油霧不噴到燃燒室的內(nèi)腔壁為準(zhǔn)。 為了加強(qiáng)燃燒機(jī)出口氣流的擾動(dòng)，促進(jìn)油氣的均勻混合，造成一個(gè)煙氣回流區(qū)和不破壞著火條件，在燃燒頭內(nèi)部安裝了一個(gè)內(nèi)旋流式乎板型穩(wěn)焰器，穩(wěn)焰器結(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖4可以看出，在穩(wěn)焰器的中心有一圓孔，周邊有切向槽。燃燒機(jī)工作時(shí)，由風(fēng)機(jī)提供的空氣一部分從穩(wěn)焰器的中心孔和切向槽供入，稱(chēng)為根部風(fēng)（又稱(chēng)一次風(fēng)），另一部分風(fēng)從穩(wěn)焰器與燃燒筒之間噴出，形成二次風(fēng)。根部風(fēng)在油霧尚未著火之前與油霧混合，避免油霧著火時(shí)由于缺氧而產(chǎn)生熱分解，形成大量碳黑。根部風(fēng)的大小直接關(guān)系到回流區(qū)的大小和著火條件，根部風(fēng)太大會(huì)破壞著火條件，而根部風(fēng)太小則不利于回流區(qū)的建立和燃料的穩(wěn)定燃燒[2]。實(shí)踐表明，當(dāng)一次風(fēng)量為總風(fēng)量的15%～25%時(shí)，燃油才能穩(wěn)定高效燃燒。二次風(fēng)的作用是加強(qiáng)油與空氣的后期混合，以保證燃油燃燒完全和防止油霧的裂解析碳。 3.2燃油系統(tǒng) 燃油系統(tǒng)由油管、過(guò)濾器、油泵及電磁閥等組成。燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)在一定的油壓下(一般0.9～1.2MPa)能克服閥門(mén)、管道和管件的流動(dòng)阻力，排除燃油中的空氣，保證一定的燃油量，使燃燒機(jī)的熱負(fù)荷滿(mǎn)足要求。 從油泵噴出后燃油的壓力損失為 Ap=△pl+△p2+Ap3 (1) 式中：卸，為電磁閥流動(dòng)阻力，Pa；Ap2為燃油管路流動(dòng)阻 力，Pa; Ap3為燃油經(jīng)過(guò)噴嘴的壓力損失，Pa。 下面鈴析各部分的阻力及相應(yīng)的計(jì)算方法。 (1)電磁閥流動(dòng)阻力 電磁閥流動(dòng)阻力一般可根據(jù)電磁閥生產(chǎn)廠家提供的閥門(mén)流量一壓降關(guān)系圖（或表），以燃燒機(jī)熱負(fù)荷折算相應(yīng)的燃油流量，查找到相應(yīng)的壓力損失值。 (2)燃油管路流動(dòng)阻力 燃油管路流動(dòng)阻力包括燃油管道沿程阻力和局部阻力，即卻，=△p2+△p2 (2) 其中：Ap2為燃油管道沿程阻力；4p2為燃油管道局部阻力。 由于全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的油管為細(xì)長(zhǎng)管，因此燃油在管道中主要為層流，其沿程壓力損失為式中：Re為燃油的雷諾數(shù)；工為燃油管道長(zhǎng)度，m;鈉燃油管道內(nèi)徑，m;¨為燃油流速，m/s;盧為燃油密度，kg／m3。 其中燃油流速¨可由下述公式計(jì)算 u=21.44 Q，/d2 (4) 式中：Qf為燃油輸出流量，L/min;納燃油管道內(nèi)徑，m。 由于燃油管一般彎曲900，因此其局部壓力損失為：{凈加熱設(shè)備 《工業(yè)加熱》第33卷2004年第6期 △p2 =0.09pt/2 全自動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖5所示。 (3)燃油經(jīng)過(guò)噴嘴產(chǎn)生的損失 由于燃油通過(guò)噴嘴時(shí)經(jīng)過(guò)了旋流霧化，其壓力損失可忽略不計(jì)。 對(duì)于全自動(dòng)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)來(lái)說(shuō)，燃油系統(tǒng)主要阻力是燃油管路的流動(dòng)阻力。從燃油管路的流動(dòng)阻力計(jì)算公式可知，燃油管路的流動(dòng)阻力與燃油流速的平方成正比，可見(jiàn)燃油流速是影響燃油阻力的主要因素。因此，在燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上除了選用壓力損失小的電磁閥外，在保證燃油一定流速的前提下，應(yīng)盡量縮短燃油的輸送距離，或增加輸油管道的內(nèi)徑。 3.3空氣系統(tǒng) 空氣系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和空氣管道組成。其主要作用是給燃油燃燒提供足夠數(shù)量且具有一定壓力的空氣，使燃油穩(wěn)定快速燃燒。由于燃燒機(jī)的工作負(fù)荷是變化的，因此應(yīng)根據(jù)燃燒機(jī)在最大熱負(fù)荷下對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓的要求對(duì)空氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)分蝸殼內(nèi)壁型線(xiàn)和葉輪兩部分。一般生物質(zhì)燃燒爐蝸殼的內(nèi)壁型線(xiàn)根據(jù)葉輪直徑和蝸殼的張開(kāi)度A值等邊基四偏心法作近似對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)，由四段型線(xiàn)組成蝸殼。而葉輪的設(shè)計(jì)則采用多翼式強(qiáng)前向葉輪，這種葉輪具有流量系數(shù)大、壓力系數(shù)高、尺寸系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)[3]，其動(dòng)壓、靜壓與全壓的比例關(guān)系有利于提高生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的燃燒穩(wěn)定性。葉輪、蝸殼及長(zhǎng)風(fēng)道的有效組合可使生物質(zhì)燃燒爐具有調(diào)節(jié)燃燒負(fù)荷時(shí)風(fēng)壓穩(wěn)定、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬、燃燒穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 4全自動(dòng)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)控制系統(tǒng) 全自動(dòng)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的控制系統(tǒng)包括程序控制器、風(fēng)門(mén)控制器、火焰探測(cè)器、電機(jī)、電磁閥、點(diǎn)火變壓器、點(diǎn)火電極等。其中程序控制器是燃燒機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件，而其它設(shè)備為開(kāi)關(guān)信號(hào)源或命令執(zhí)行部件。 燃燒機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能包括燃燒機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)、停止、負(fù)荷調(diào)節(jié)、預(yù)吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火、燃燒火焰監(jiān)控、點(diǎn)火失敗保護(hù)、熄滅保護(hù)、超溫超壓保護(hù)、斷電保護(hù)等。 對(duì)控制系統(tǒng)的主要技術(shù)措施： (1)預(yù)吹掃。燃燒機(jī)在點(diǎn)火前必須進(jìn)行預(yù)吹掃，把燃燒室與煙道內(nèi)可能留有的可燃?xì)怏w吹除，以保證燃燒室及姻道的可燃?xì)怏w的濃度不在爆炸極限范圍之內(nèi)。 (2)自動(dòng)點(diǎn)火。生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)采用高壓電子點(diǎn)火變壓器產(chǎn)生的電弧點(diǎn)火。為了保證點(diǎn)火的成功率，一般要求點(diǎn)火電壓>8 kV，電流>15 mA，點(diǎn)火時(shí)間一般為5～10 s。 (3)點(diǎn)火失敗保護(hù)。如果火焰探測(cè)器在一定時(shí)間內(nèi)感應(yīng)不到火焰信號(hào)，則燃燒機(jī)關(guān)閉電磁閥，切斷油路并進(jìn)行吹掃。 (4)斷電保護(hù)。燃燒機(jī)在工作過(guò)程中如果突然斷電，必須立即切斷燃油供應(yīng)以保護(hù)設(shè)備安全。因此，燃油電磁閥必須是常閉型的，一旦斷電，自動(dòng)切斷燃油供應(yīng)。 (5)燃油泄漏保護(hù)。為了防止燃燒機(jī)在預(yù)吹掃期間因電磁閥泄漏，使大量油液落入燃燒室內(nèi)造成點(diǎn)火時(shí)爆燃，在油路上裝有安全電磁閥以確保燃燒機(jī)安全運(yùn)行。 5結(jié)語(yǔ) 在全自動(dòng)生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的設(shè)計(jì)中，燃燒頭部件，燃油系統(tǒng)，空氣系統(tǒng)和燃燒機(jī)控制系統(tǒng)的合理配備至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)燃燒機(jī)的全方位控制，不僅可提高其自動(dòng)化程度，而且能確保燃燒機(jī)在最佳空燃比的狀態(tài)下安全、可靠和高效運(yùn)行。
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