户用智能多功能生物质采暖炉的设计与燃烧实验

1、户用智能多功能生物质采暖炉的设计与燃烧实验摘要：针对传统生物质采暖炉热效率不高、智能化程度较低等问题，文章 设计了一种新型户用智能采暖炉。该采暖炉采用了发条机构的设计，在发条蓄 积能量后，通过传动系统和螺旋送料器将燃料送入燃烧室；基于 STM32单片 机的控制系统，能够对传感器实时反馈的温度做出反应， 从而实现智能化进料， 并控温保温；采用三级除尘装置的除尘系统，可实现烟气和颗粒物的低污染排 放。以玉米秸秆成型颗粒为燃料对设计的采暖炉进行燃烧实验，实验结果表明，在日运转14h的情况下，大约需要39.9kg的玉米秸秆成型颗粒，采暖炉的额 定发热量为1620kJ ,热效率为63%。 、户 - 刖百

2、户用智能多功能生物质采暖炉的使用可以有效地加强农村供暖能源设施的 建设，在农村地区推广以生物质颗粒为燃料的供暖模式，并使用配套的节能环 保炉具，可同步解决炊事、取暖和洗浴所需的能源，从而降低燃料使用成本， 实现清洁供暖1。生物质锅炉是将生物质作为燃料进行燃烧，从而产生热量，目前，生物质 锅炉的主要用途是将燃烧产生的热量用于发电2 0国外有关生物质采暖炉技术 的研究日趋成熟，我国在生物质燃烧技术和设备上也有了一些新的突破37。罗冰研制的小型生物质侧碎料直燃热水锅炉和刘庆玉研制的户用生物质采暖炉，均在炊事上和机械结构上进行了改进， 但并未实现自动化和多功能化 网，9户用智能多功能生物质采暖炉的自动

3、化程度占整个工作流程的85%以上,基本上实现了送料、送风、送水、输水、自动点火、智能控温等功能，并且在 满足以上基本功能外实现了手机 APP智能控制10。从能源利用率和自动化程 度考虑，户用智能多功能生物质采暖炉能够提升农村供暖的污染治理水平，调 整优化农村供热能源结构。本文对一种户用智能多功能生物质采暖炉的能源利 用机构和自动化控制系统进行研究，以实现节能供暖、环保供暖、智能供暖。1整机结构和工作原理1.1 整机结构采暖炉的总体结构如图1所示。（曲正轴洌鼠巾）解轴需网序】怕棒篦柯示意粗 t ift-l Ilii diujrniin M Ihmw，-rui hi由图1可知，采用螺旋送料器将料仓

4、和采暖炉连接起来， 由发条机构驱动鼓风机直接连接采暖炉，通过鼓风机头部的阀门调节风量的大小。控制系统位于采暖炉上部，连接自动送料系统、点火系统以及自动控温系统。控制面板位于电气控制系统的外部，以便控制采暖炉进行工作。水箱和水管位于采暖炉的四周，以便实现换热功能，灶台位于采暖炉的上方，通过燃烧罩控制火焰的大小。1.2 工作原理采暖炉工作时，用户通过控制系统设置温度和启动时间， 到达设定时间后, 控制系统启动发条送料机构，发条机构将料仓中的燃料送至燃料预处理仓，通 过喷嘴将燃料喷入炉膛内，控制系统控制打火器将燃料点燃。利用燃料燃烧产 生的热量加热水箱中的水，满足供暖与洗浴需求，利用上部火焰可以满足

5、炊事 需求。温度传感器可实时反馈温度，当室温低于设定温度时，控制系统加快送 料系统的送料速度和鼓风机的进风速度，加速燃烧，提高发热量和室温；当室 温高于设定温度时，控制系统减慢送料与进风的速度，降低发热量和室温，从 而实现智能控温。2关键部件的设计2.1 发条送料机构自动送料机构的核心需要足够的输出力矩使螺旋送料器能够正常运转，并 且输出力矩要均匀，其次要有一定的工作圈数和足够高的疲劳强度以及较好的 抗弹性疲劳性能。综合以上情况，本文选取发条机构作为自动送料机构的核心 部件11。发条凭借着操作简单的优点，被广泛地应用于各个领域。发条聚集能 量后把能量输送给擒纵机构，擒纵机构把能量均匀地分开，通

6、过传动系统和螺 旋送料器将生物质燃料送到燃烧室中。发条送料机构的结构如图 2所示。实物图伟)主幅图左度图图2发第送料机构的示。图卜 jtJ flii k-uiL li0.088 9(C；+0375Sflr)+0.265/J1-0.0330i.(10)产生的二氧化物的鼠为Vn=0.0 8 66(-03755)(11)产生的理论氮气的量为八=0.00&： +0.79 Kk(12)产生的理论水燕汽的审为11/., +0.124AC+0,016t(13)产生的理论烟气量为5叱+3M(14采暖炉以成型卡米秸秆为燃料进行燃烧时和 无烟煤单独燃烧时.所需的理论空气量和产生的 理论烟气量的汁算结果见发3叫XJ

7、 lift-M城他Tdi|i- 3 CL|hiildlii nults 价ihroMjUir ijiiiiiiiilt dml ihi-nrr-iii dl Miwke volumrd脑fun Jimt二械化鄢fhfifenut用也和tin抖苴炯i曜球特ff%施。篇谕1,444必立哪耀&贴IX5 M。加6附|由表3可知，采暖炉以成型玉米秸秆为燃料时，成型玉米秸秆燃烧所需的 理论空气量小于无烟煤的燃烧，产生的理论烟气量也小于无烟煤的燃烧，说明 以生物质颗粒为燃料的生物质采暖炉可以减少污染物的排放量，具有推广使用 的价值。3.1.3智能控制检测采暖炉上设有控制面板，可以控制送料系统和自动点火功能，

8、采暖炉内的 温度传感器测量室温后，经过蓝牙模块传入单片机控制模块；设置手机APP使用功能，可以通过蓝牙模块向手机 APP发送室温、水温、料量等信息，手机 APP接收并显示上述信息；通过手机APP在10m之内向蓝牙模块发送温度和 转数等指令，中央处理器经过运算，将指令反馈给动力部件实现相应的输水、 送水、下料、送风功能，从而基本实现采暖炉的智能化控制。4结论通过调整进料速度和配风量可以提高采暖炉的热效率，其中，进料速度 可以根据燃烧的物料不同加以调整。利用采暖炉进行生物质燃烧实验时，烟气等污染物的排放量低于无烟煤 燃烧时的排放量，再经过采暖炉的三级除尘机构，可以保证在正常工作的情况下，采暖炉的污

9、染物排放量符合有关要求。该采暖炉的创新性在于智能控制系统主要是通过单片机进行控制，可通 过手机移动端、PC终端、机身触控、红外线遥控查看采暖炉的各项参数，并根 据需求控制采暖炉的启停和调节燃烧情况。因为本设计重在研发智能型多功能生物质采暖炉，只是简单地通过实验研 究玉米秸秆成型颗粒在采暖炉中的适应性燃烧，探讨设计的采暖炉能否满足生 产需求，并没有对原料进行长期实验，因此，没有对现存的碱金属导致的结渣 问题进行研究。结法是通过不断燃烧沉积积累而形成的，因此，短期实验的结 法问题并不是很明显。但是，市面上现有的生物质采暖炉大部分存在长期燃烧 的结渣性问题，因此，建议从源头解决结渣问题，即从燃料成分

10、上加以改进， 对原料中的碱金属采用化学分储法进行初步测定，并采用添加剂的方式改善生 物质成型燃料的结渣问题。在此基础上对采暖炉进行不断地优化设计，以适应 我国国情。参考文献：1李沁，武涌，刘吉林，等.生物质气化供暖在中国北方农村地区的可行性 研究J.建筑科学，2010, 26 (12): 36-39.2徐海涛.我国生物质燃烧发电技术取得突破J.硅谷，2012 (10) : 37-37.3张江涛.突破节能减排生物质锅炉核心技术J.工程技术(全文版)，2016：196-196.4南秀杰.突破节能减排生物质锅炉核心技术J.辽宁化工，2016 (1): 45-47.5赵立欣，孟海波，姚宗路，等.中国生

11、物质固体成型燃料技术和产业J. 中国工程科学，2011 , 13 (2) : 78-82.6田宜水，赵立欣，孟海波，等.中国生物质固体成型燃料技术产业综述 A.2011中国生物质能技术研讨会论文集C.北京：中国生物质能技术研讨会， 2011.7田宜水.中国生物质固体成型燃料产业发展分析J.农业工程技术新能源 产业，2009 (2) : 13-17.8罗冰.小型生物质侧碎料直燃热水锅炉的设计和试验D.淄博：山东理工大学，2014.9刘庆玉，李明鹤，朱应禹，等.一种户用生物质燃烧炉J.可再生能源， 2012 , 30 (5) : 116-118.10吴连成，胡毓文，江海兵，等.机械式自动投料机的研制J.科教文汇(下 旬刊),2013 (12) : 91-91.11上野清.发条机构及发条驱动组件P.中国专利：CN20097