苏162KYRSJ-V1-AZ型内置式生物质颗粒燃烧机燃烧器总成设计

KYRSJ—V1—AZ型内置式生物质颗粒燃烧机燃烧器总成设计摘要现阶段烟叶烘烤工作多在密集型烤房中进行，而目前推广的烤房烘烤设备仍多以煤为主要燃料，热能的利用率不到35%，而热损失却达到惊人的65%。另外以传统化石能源的燃烧来提供烟叶烘烤工作所需热量也给周围环境带来较大的污染。因此研究针对密集型烤房的配套供热设备，寻找替代传统化石能源，减少污染，降低烤烟成本成为烟叶烘烤的一个重要课题。关键词：KYRSJ—V1—AZ；颗粒燃烧机；燃烧器绪论研究背景及意义节能减排是我国现阶段的重要发展战略，但长期以来，对生物质能的利用，尤其是对秸秤的利用仍显不足。在我国每年的秸秤产量可达6亿多吨，相当于3亿多吨标准煤"。然而，由于我国现有装置仍以传统化石燃料为基础，导致秸杆与大多装置的配合不好，热效率很低，得不到充分且合理的利用，甚至仍有大多数秸秤被就地烧掉等等。这使本该可以成为清洁能源的枯秤变成了污染源。现阶段烟叶烘烤工作多在密集型烤房中进行，而目前推广的烤房烘烤设备仍多以煤为主要燃料，热能的利用率不到35%，而热损失却达到惊人的65%46）。另外以传统化石能源的燃烧来提供烟叶烘烤工作所需热量也给周围环境带来较大的污染。因此烘烤已经成为烟草生产主要的污染来源之一四。从表1-1中可以看出，清洁能源的使用正在逐年上升，而传统化石能源的使用占比也在逐年下降，但由于技术上的不成熟，致使清洁能源代替传统化石能源的脚步非常缓慢，如果把枯秤，烟杆等一些生物质作为燃料重新开发利用，不仅清洁、减少焚烧污染而且还可以节省化石燃料。因此研究针对密集型烤房的配套供热设备，寻找替代传统化石能源，减少污染，降低烤烟成本成为烟叶烘烤的一个重要课题[。所有的动植物和微生物，只要通过光合作用而形成的各种有机体都可称之为生物质。而生物质能，是以生物质为载体的能量，是一种可再生能源，也是唯一一种可再生碳源。每年全球产生的生物质有1739亿吨，其中蕴含的能量比全世界每年的能源消耗总量还要高10-20倍，但目前的利用率却还不到3%，浪费极其严重。相比于世界，我国近几年秸杆的年产量也很巨大，约有6亿多吨，但理论产生的生物质能约在50亿吨左右，约为我国目前总能耗的4倍。因此生物质能源在我国的利用开发依然潜力巨大[10-13]。相比于传统燃料，生物质能具有很多独特的优点：①它属于可再生能源，可循环利用；②如采用合理高效的利用方式，燃烧产生的CO2的排放量极低7。因此生物质能更符合我们国家的科学发展观，而且对于我国的经济发展以及生态环境的意义更加重大。国内外研究现状1.2.1国内外生物质能源研究进展现阶段世界对于生物质能的开发利用越来越重视，已成为重点研究课题之一，许多国家对于生物质能的利用制定了相应的研究计划。如日本实施的“阳光计划”、美国“能源农场”、印度“绿色能源工程”等等。而美国主要将生物质能应用于纸产品加工厂和其他林产品加工厂，目前已有350多座生物质发电站这使美国在生物质利用方面处于世界领先地位。而截止至2017年，中国可再生能源发电装机达6.5亿千瓦，占全部电力装机的36.6%。在20世纪70年代研究出了生物质颗粒成型燃料，并研究开发了配套生物质颗粒燃料且用于家庭供暖或暖房取暖的生物质颗粒燃料的炉灶。到目前为止颗粒成型燃料年产量可达80万t，同时，在北美部分地区使用生物质燃料炉灶的家庭已约有50万。1995年在国家能源部的资助下夏威夷大学建立了日处理生物质量为100t的工业化压力气化系统，青山州大学建立了生产能力达到一天200t的气化工业装置，发电能力为50MW。奥地利成功地推行并建立了80多座以木制能源为基础，容量为1-2MW的区域供热站，年供热10°MJ。1999年瑞典全年供热所消耗的能源中，生物质能占比26%。我国从“六五”计划开始在气化、固化、液化等方面研究生物质能的应用技术。经过20多年的不懈研究，生物质能源的应用已取得长足的进步。林科院从上世纪80年代开始研发的上吸式气化炉先后在黑龙江、河北、安徽等地建成工业化装置。辽宁能源所引进了一套发电能力为29kW的下吸式气化炉发电装置。到目前为止我国已建立了400多个以秸杆为原料的气化集中供气系统，热值在4~10MJ/Nm左右。1.2.2我国生物质能在烟叶烘烤上的应用情况20-241随着世界能源紧张，传统化石能源的价格逐年上升，导致了烟叶烘烤工作的成本也逐年增加，这极大的影响了我国烟叶烘烤工作的可持续发展。而现阶段我国为减少烟叶烘烤的成本，并保质保量，开始将传统烤房转型为密集型烤房。同时优化改进烤房的配套设备及技术。然而，由于大多数设备仍以燃烧传统化石能源为主，导致生物质能源在烟叶烘烤工作中没有得到大规模的应用及推广。近年来，由于煤炭价格的上涨，烘烤的成本逐年增加，为减少成本，烟草的相关单位及部分企业开始研究以生物质能为主的烘烤设备。早在上世纪90年代初，我国就已经开展了以生物质为燃料进行烤烟工作的研究。1991年叶经纬等人成功研制出了以生物质为燃料的气化燃烧炉，可以将能源的利用率提高近50%；安徽烟草公司在2005年将秸秤压块应用在烟叶烘烤中。经试验，枯秤压块在烟叶烘烤工作中对比煤炭，点火更容易，升温速度快，火力强，并可以满足烤烟工艺要求，同时降低了烤烟的成本。2003年杨世关等人采用间接与直接换热相结合的方法设计了一款以生，物质燃气为能源的烤烟设备，并将温、湿度自动控制系统应用于烤房及配套供热设备中，有效的将系统热效率提高至58.3%，节能效果极其显著。因此，生物质能在烟叶烘烤中也将会越来越被推广被重视1.2.3国内外生物质能源产业发展现状（24-27]目前，在我国大多数农村地区，仍以柴薪，煤为主要供热燃料，这是由于秸秤，木柴等生物质燃料经加工成为成型燃料后，成本增加，价格偏高，导致我国中低收入的人群使用的很少。因此，在我国成型燃料大多用于企业、事业及政府单位的供暖，再有一部分出口到了韩国等地。近些年来，我国生产生物质燃烧设备的企业已有约160家，主要集中在山东，河南，河北等地，但这些企业的规模较小，生产能力较低。在我国提出节能减排发展战略后，很多企业都加大了研发力度，开发研制了生物质炊事采暖器、常压热水锅炉等以生物质能为燃料的燃烧设备。[41-45]在欧洲，尤其是瑞典，德国，奥地利等国家为代表，以生物质能为燃料的供热技术发展较为成熟。1980年由于石油危机，瑞典等欧洲多国开始将燃油供热、传统化石燃料供热等方式转化为由生物质固体成型燃料供热及电供热。到目前为止，以生物质颗粒为燃料的供暖设备以非常普及。而在美国，奥地利，瑞典等国家生物质能源的应用也己经占该国一次能源消耗的10%以上。相比于其他生物质能源技术，生物质颗粒燃料技术可以更好地实现大规模的生产使用，因此，在国外的很多生物质能源技术和生物质能源配套装置已经可以与传统的燃油、燃气装置相娘美，也达到了商业应用程度。此外，例如像瑞典等一些欧洲国家研制开发了一种以太阳能和生物质能相结合的供热系统并大范围应用于供热。1.2.4国内外生物质燃烧机技术发展现状为了更好的落实科学发展观，实现节能减排，我国对生物质能源的开发利用越来越重视，许多科研单位及国有企业对已有的生物质燃料燃烧机进行了许多分析比较，并有针对性的对设备加以优化改进生产出应用于炊事，居民供暖等方面的生物质炉具新产品，以满足广大用户的需求。目前，在欧洲市场上以集中供热锅炉和生物质燃烧炉两种类型较为常见。集中供热锅炉技术类型：分为组合式和整体式，最大功率在10-40KW，自动化程度高，可以在30%-100%的范围内对燃烧功率进行连续调节，集中供热锅炉主要应用于家庭供热，是通过生物质燃料的燃烧产热将锅炉内的水加热，之后被加热的水被供应到家庭中，通过散热片向室内释放热量。在瑞典组合式锅炉较为常见，通常是由燃油锅炉改造的。它是在燃油锅炉的基础上增加了生物质颗粒燃烧器，二者可分离。料仓安置在锅炉外，通过螺旋进料机为燃烧器提供燃料。因为是根据已有的设备进行改造，因此设备的生产成本较低，推广较好。但由于燃油燃烧不产生残渣，而生物质燃料燃烧则会产生大量灰渣，因此将生物质燃料与燃油锅炉结合的最大问题便是无法满足自动排除产生的炉渣，同时因为没有精确的监测装置，不能够很好的监测烟气温度，致使组合式锅炉无法及时调节进料及空气量，极大地降低了锅炉的燃烧性能。在奥地利和德国大多应用的是整体式锅炉，它与组合式锅炉相似，都是由生物质颗粒燃烧器和锅炉组成，但整体式锅炉的燃烧器和锅炉不可分离，且料仓在整个的装置内部，自动化程度高。是专门针对生物质颗粒设计的，因此，在性能上比组合式锅炉更加适合生物质燃料的燃烧。针对组合式锅炉没有自动清灰装置及监测装置的缺陷，整体式锅炉加装了可以自动清灰的螺旋装置及烟气监测装置，自动清灰螺旋可以有效的清除生物质燃料燃烧产生的废渣，烟气监测装置可以实时分析烟气中气体成分，判断燃烧状态并及时调整，使燃料可以充分燃烧，并降低污染物排放。但由于整体是锅炉的造价较高，因此推广难度较大。二、KYRSJ—V1—AZ型内置式生物质颗粒燃烧机燃烧器的设计（一）生物质颗粒燃烧机燃烧器的设计要求我国现阶段烤烟工作仍以煤和其他化石能源为主要燃料进行，而这种方式既会环境污染，又会增加烤烟过程中的费用。随着近年来国家可持续发展、节能减排等政策的逐步实施，越来越多的企业开始利用枯杆等农业废弃物做成生物质燃料代替传统化石燃料，而用原来的化石燃料燃烧炉具使转换效率低，燃料耗量大，功能有限，稳定燃烧、供热燃烧强度低，火力弱，费时费力。随着近年对生物质能源的开发利用逐步深入，对用能方式提出了更高的要求。针对生物质燃料挥发分高、燃点低的特点，研究设计出应用于烤烟中以生物质成型颗粒为燃料的生物质能燃烧机。该炉具为广大农村地区产生的枯秤及烟叶产区的烟杆提供了一种新的利用途径，减少了污染，节省了能源，同时降低了烟叶烘烤工作的成本，是烟叶烘烤供应热源的一种新型环保烤烟炉具依据生物质燃料的燃烧基本特性，生物质燃烧机，具有以下特点：烤烟生物质燃烧机包括自动送料系统，自动点火系统及自动控制系统，各系统共同工作，使烟叶烘烤实现自动点火，加料，促进烟叶烘烤实现全程机械化。自动点火系统能使烤烟生物质燃烧机实现自动点火功能，无需人工点火，避免人工点火带来的危害；自动送料系统使烤烟生物质燃烧机实现燃烧自动加料，在料斗有料情况下工作时保证不会熄火；使用时间长，每次加料可使用2~4小时，减轻了人员频繁加料的操作强度；设备运行稳定，质量可靠，操作简单；燃料燃烧完全，不发生回火和熄火现象；烤烟生物质燃烧机每小时产热量应能够满足烤烟需求，每小时产热量应>10万大卡；烤烟生物质燃烧机应适应性强，能够满足直径在5-12mm以内的多种生物质的燃烧需求生物质燃烧机采用生物质作为燃料，生物质是可再生资源，烟农自取自用，减少了成生物质燃料燃烧后的气体和固体残留物用途和成分分析，体现其环保性。（二）生物质燃烧机的原理与结构1生物质燃烧机的原理生物质燃料存放于料斗中，由进料螺旋装置将燃料推入炉膛中，点火棒通电加热，风机通过出风口将点火棒的高温气体吹入炉膛点燃生物质燃料，生物质燃料燃烧后，调节风机风量，使炉膛内生物质燃料燃烧充分，并将燃烧产生的热量吹入密集型烤烟房中，燃烧一定时间之后，除渣装置开始工作，将燃烧后的灰烬排除炉膛同时，搅动炉膛内生物质颗粒燃料，使未充分燃烧的颗粒燃料于空气充分接触，达到充分燃烧，提高热效率。其原理简图见图3-1图3-1生物质燃烧机炉具原理示意图2生物质颗粒燃烧机燃烧器结构生物质燃烧机包括料斗，调节风门，炉膛，进料、除渣电机，进料、除渣螺旋，点火装置，风机等其结构示意图见图3-2.图3-2生物质颗粒燃烧机燃烧器结构示意图（三）生物质颗粒燃烧机燃烧器的设计1燃烧机料斗的设计生物质颗粒的直径一般为6~8毫米，长度为其直径的4~5倍，试验用生物质颗粒燃料其直径一般为6mm，长度30mm左右（3）则单个生物质颗粒燃料体积约为考虑生物质在料斗内的间隙，且一次填料至少供应8-10小时燃烧，通过以上计算可知，最大耗热阶段每小时用料在7.2kg左右，若满足5-8小时填料一次则需料斗容量至少要在50kg以上，称取10个生物质颗粒燃料约在10g左右，则50kg生物质颗粒燃料约有50000个（T总），其所占体积约为既料斗容量Via22.7x10cm3经计算，生物质燃烧机的料斗体积至少为2.7x10cm。所以将燃烧机根据计算尺寸设计燃烧机的进料装置如图3-1，3-22进料螺旋尺寸及转速的计算（1）螺旋转速的确定在计算出每个阶段耗热以及用料情况后，即燃烧机每个阶段每小时消耗燃料M1，M2，M3，M4，Ms，Mg分别为0.176kg，3.373kg，5.20kg，7.2kg，2.60kg，1.820kg，0.052kg的条件下，既要满足输送能力螺旋转速也不宜过大，以免进入炉膛的进料量过多，以致堵塞炉膛的进风口、点火口。进料螺旋的极限转速可以由以下公式确定：式中：n-螺旋轴转速（r/min）D--螺旋直径（m）A--物料综合特性系数试验用生物质颗粒燃料为颗粒状无琢磨性、半琢磨性物料，综合系数A为40。（2）螺旋直径的确定一般来说，进料螺旋的生产能力都是给定的，其理论公式为：式中：Q——生产能力（t/h），D——螺旋直径（m）s——螺距（m）n——螺旋轴的转速（r/min）9——物料的填充系数p——物料的堆积密度（t/m3）C——倾角系数由于烤烟各阶段所需进料量不同，因此，控制进料时间便可以满足燃烧机工作所需的进料量，且燃烧机进料是在一定范围时间内，因此，通过计算得出生产能力Q=0.021t/h是，进料可以满足燃烧需求。因为燃烧机为水平送料，所以C=1。由式（3-1），（3-2）可得螺旋直径可表示为式中，K为综合系数，K=0.395，物料填充系数g为0.350.40，且因为料斗体积为0.28m2可容纳50kg生物质燃料，所以根据p=m/V可知p=0.178t/m3所以根据公式经计算求出的螺旋直径为圆整后的数值，即D=60mm。因为s=0.8D，所以s=0.048燃烧机的进料可以根据需求调整进料时间，因此，在一定时间内，燃烧机的进料装置转数必须满足最大燃料需求量进料阶段的转数，即满足0.036t/h。再根据式（3-2）可推出当Qj1=0.036，9=0.35时根据式3-5、3-6计算可知，燃烧机的最大燃料需求量阶段进料装置的理论转数为62~71r/min最为合理，其他阶段虽进料量需求不同，但可以调整进料时间来控制进料量。（3）螺旋填充系数的验算由上述计算得出进料装置的理论转数在62-71r/min之间，选取51K120RGN-CF型电机，额定转数为1430r，根据减速比=输入转速/输出转速得出，i=20：1，通过5GN20K减速机和配套调速器，可将转数调节至65r/min。根据上述计算求出进料螺旋的半径为60mm，螺距为50mm，转速为65r/min。需要对进料装置的物料填充系数进行验算。若计算出来的填充系数在推荐值范围内或低于推荐值，则转速和直径合适。若计算出的参数高于推荐值上限，则要增大螺旋直径，重新计算转速，并校核填充系数。3除渣螺旋尺寸及转速的计算（1）除渣螺旋转速的确定在燃烧机运行一定时间之后由于燃烧产生的残渣可能会无规律的堆积在燃烧室内部，如果不及时清理，可能出现堵塞进料口、出风孔等状况，不仅影响燃料在燃烧室的充分燃烧，更有可能对燃烧机的持续工作造成影响，因此，设计一个自动除渣系统，保证燃烧机的正常持续的工作，即可以清理燃烧产生的残渣，同时可以使燃烧室内的未充分燃烧的燃料与空气充分接触，达到充分燃烧的目的。根据上述计算公式可知式中：n——螺旋轴转速（r/min）D——螺旋直径（m）A——物料综合特性系数经过燃烧后产生的残渣为成粒炉渣，综合系数A为30。除渣螺旋直径的确定除渣装置的螺旋直径和螺距均采用与进料装置相同的参数，即D=0.06m，s=0.050m。根据上述计算的公式：式中：Q——生产能力（th），D——螺旋直径（m）s——螺距（m）n——螺旋轴的转速（r/min）9——物料的填充系数p——物料的堆积密度（t/m2）C——倾角系数并了解燃烧产生的残渣物料填充系数为0.250.30，物料堆积密度p=0187（t/m2），则除渣装置的除渣螺旋转数为：经计算可知，除渣装置的螺旋转数在39-47r/min理论上可满足要求，选取转数为45r/min，计算地p为0.25，在规定物料填充系数范围内，且上述所选电机，减速机，调速器同样可以满足除渣装置的转数要求，同时根据具体情况调整除渣时长，除渣间隔等，即可满足燃烧机除渣及燃烧机的燃烧室燃料燃烧充分。4燃烧机炉膛设计本设计中炉膛呈圆台状，而优化炉膛的形状可有效的提高热气流的对流和辐射作用。基于传统炉膛，该燃烧机的炉膛内壁上均匀开有通风孔，使炉膛内的进风可以充分、均匀，并促进空气与燃料充分混合，增加空气与燃料接触的比表面积，促进燃烧，同时炉膛容积要适中，既不浪费燃料又不影响通风。将炉膛设计为圆台形，可以使生物质燃料均匀的分布在炉膛下部，当除渣装置运行时，可以有效将燃烧废物推出炉膛外，同时可以搅动未燃烧燃料，使其与空气充分接触但燃料不会分部到火焰盲区。且在外壁与内壁之间均匀开进气孔，可以使进入的空气可均匀地分布于炉膛燃烧室内。由炉膛形状，知道炉膛高度HL，上底半径rs，下底半径rx为已知参数，则炉膛体积Vi公式为式中：V——炉膛体积（m2）rs——上底半径（m）r——下底半径（m）H.——炉膛高度（m）根据上述计算可知，进料螺旋转数为62-71r/min，则最大进料量为0.6kg/min，由于一次进料工作时间为3分钟，因此，炉膛内在一个进料周期的进料量为1.8kg，物料的堆积体积约为9180cm3，则炉膛的体积需要远高于物料堆积体积。因此，将燃烧机的炉膛高度设计为0.6m，下底半径为0.135m，上底半径为0.095m，则根据式（3-9）算出炉膛的体积为25167cm3，满足物料堆积体积以及燃烧过程。5燃烧机出风孔的设计现阶段，大多数燃烧机及小型燃烧设备采用分级配风技术来提高生物质燃料的燃烧。炉具设计时采用了一、二次风道，通过调节进风量，使生物质燃料在炉膛内的燃烧尽可能得到充分。根据炉膛内燃料燃烧时实际所需空气量，且吹入炉膛内的风需要相对集中，因此将一次进风口的截面积设计为稍大于二次进风口截面积。同时炉膛外壁和内壁之间出风孔的总数过大会使较多冷空气进入炉膛使炉膛温度降低，增加热损失，但出风孔数量较少会导致炉膛内燃料与空气接触不足，也可能引起热损失的增加。再根据第二章进行的计算可知，1kg燃料燃烧所需要的理论空气量为：在燃烧机进风口提供炉膛所需燃烧空气量的基础上，在炉膛外壁与内壁之间均匀开孔，配合进风口为炉膛内燃料的燃烧提供均匀的空气，增加燃料与空气的接触机会，使燃料可以充分燃烧，提高燃烧机的热效率。而且空气经过炉膛内外壁之间被加热，由出风孔进入炉膛燃烧室的空气为预热空气，避免了降低燃烧室温度而造成燃料燃烧不完全，由炉膛出风孔进入燃烧室的空气温度越高越有利于助燃，并且进入炉膛内的空气温度越高，即便风量过大也不会过度增加排烟损失。空气通过出风孔进入炉膛后，应尽量使风场分布均匀，这可以使空气与可燃气体充分混合，促进燃烧。进风分布如图3-6所示。6炉体壁、保温层和炉体外壳设计根据设计结构要求，炉体壁为立方体，采用2mm厚的钢板焊接而成，并焊接在燃烧机支架小车上。保温层的材料为硅酸铝纤维毡，炉体内外壁由铸铁焊接而成，本设计的炉体外壳采用绿色喷涂工艺，耐腐蚀、美观整洁且工艺简单。如图3-77燃烧机的电路系统设计因为烤烟是一个漫长的过程，所以设计的燃烧机应尽可能实现自动进料，自动点火，自动除渣等功能，而想要达到燃烧机的自动化，则需对燃烧机进行电路及策划给你续的设计和编写，考虑到经济和实用性，本文设计的燃烧机控制系统由51单片机和C语言实现。主要的控制要求如下：1.通电后电源开关开，蜂鸣器响；风机，电机，加热器都不工作。2.面板开关上按下进料按钮，进料电机开始工作，燃烧机进料，时间为3分钟，后进料电机自动停止，进料结束。3.开始点火，按下点火按钮，加热器工作，同时风机开始工作持续三分钟，三分钟后停止，点火工作结束，风机仍然为工作状态。4.之后进料装置通过温度传感器控制进料，即温度传感器监测烤烟房内部温度，未达到烟叶烘烤阶段要求则控制进料装置进料。5.整体工作10分钟后，除渣电机自动开始工作，进行除渣，每次持续3分钟，间隔12分钟再次除渣。6.每个阶段烘烤时间都在规定范围内，最高不会超过范围最大时间，若该阶段提前结束，可以手动切换档位，进行下一阶段，机器正常状态下按照整体系统设计运行，但每个系统都可以手动停止或开启，防止运行过程中出现突发情况。根据以上要求设计燃烧机的电路系统，燃烧机的电路系统是整个燃烧机的控制基础，燃烧机的进风、进料、除渣、点火、控温等功能都是经电路控制，燃烧机的电路结构图如图3-8所示三、KYRSJ—V1—AZ型内置式生物质颗粒燃烧机燃烧器的性能试验、分析及优化（一）试验概述1试验目的本次试验的研究目的是：1）获得生物质成型燃料炉具的进料、除渣等装置的最佳参数；2）分析炉膛温度、烟气温度随时间的变化规律；3）分析进风风速与燃烧温度的关系；4）通过试验改进燃烧机的设计参数，达到最佳参数；5）比较燃烧机经过改进后在不同工况下的试验变化规律。2试验装置、仪器及条件本文采用的试验装置主要由试验炉具主体（包括炉膛、风道等），以及红外测温仪，风速仪、计时器等如图4-2、4-3，根据炉膛内的燃烧温度和风速的大小找出最合适的进风孔面积以及风速大小。3试验条件1）室外进行；2）环境温度：18C-25℃；3）通风条件：风机进风。4.1.4试验步骤及内容1）根据参数设计出燃烧机进行实地试验2）对燃烧机的进行通电试验，燃烧机不加生物质燃料完成点火、进料、除渣等工作时间都缩短，即通电后，按下总启按钮，电源开关开，蜂鸣器响；风机，电机，加热器都不工作。3）在面板开关上按下进料按钮，进料电机开始工作，燃烧机进料，持续运行3分钟后，按下停止按钮，进料电机停止运行，进料结束。4）开始点火，按下点火按钮，加热器工作，同时风机开始工作，持续运行2分钟后按下停止点火按钮，点火停止，点火工作结束，风机仍然为工作状态，为炉膛内提供空气。5）之后进料装置通过温度传感器控制进料，即温度传感器监测烤烟房内部温度，试验阶段，则手动调节挡位，观察电路及控制系统是否能正常运行。6）电路及控制系统调节完成后，进行进料、点火、燃烧及除渣等试验。7）首先进行进料试验，该阶段需进行多次试验，观察燃料在炉膛内所占空间及点火情况，以达到最佳进料量。8）进料结束后进行点火试验，该阶段需进行多次试验，确定点火持续时间及进风对点火的影响。9）点火结束后进行除渣试验，该阶段需进行多次试验，确定除渣持续时间及除渣间隔，以达到最佳除渣效果。10）通过试验得到试验数据，对数据及结果进行分析，优化燃烧机的各项参数。（二）试验结果及优化1进料装置试验及优化根据燃烧机的工作顺序，即进料→进风一点火一燃烧一→除渣可知，燃烧机炉膛内的生物质燃料是从无到有，而进料量对点火效果也有很大影响，因此现场试验的方案设定为进料1分钟、3分钟、5分钟、7分钟、9分钟，观察炉膛内燃料量的空间占比情况，确定进料最优时间。该阶段为初始进料时间，试验结果及进料情况如表4-1所示：由上表可知，燃烧机炉膛内进料量对进风和点火都有影响，当进料时间很短，导致进料量达不到点火要求时，燃烧机无法进行点火工作，当燃烧机进料时间过长，导致进料量过大，堵塞进风口，燃料与空气不能充分接触，致使点火缓慢，燃烧效率急剧降低，因此，通过对进料的试验可知，当进料螺旋工作3分钟，进料量在1.7kg左右时，燃烧机点火快速且炉膛内燃料可维持燃烧机的持续燃烧，为烤烟房持续供热。进料螺旋转数通过上文计算己经确定，因此，单位时间内进料量为固定值，满足试验所需的进料量则需调整程序设定的进料时间即可，根据上述试验，将程序内进料装置初始进料工作时长改为3分钟已达到进料要求。2除渣装置试验及优化传统除渣除焦都是在燃烧机一次或多次工作结束之后进行，将燃烧机喷火嘴也就是整个炉膛拆卸下来，将结焦，残渣清除。这种除渣方式的主要缺点是：在燃烧机持续工作过程中无法进行除焦除渣工作，在燃烧机工作结束之后进行除渣除焦的过程也费力繁琐，而且经常拆装也可能导致燃烧机的各个部分之间产生间隙，不仅会对供热效率产生影响更会使用寿命缩短。与现有燃烧炉相比，增加除渣装置有以下优点：比以往等待燃烧工作结束之后再进行拆卸除渣简单易行，省时省力；并能够控制除渣时间除渣频率；可以满足不同燃烧程度燃烧效果的除渣需要，防止结焦，大幅提高燃烧效率。调节除渣开始时间，炉膛内燃烧及结焦情况不同，调节除渣间隔，炉膛内燃烧及结焦情况也有所不同调整除渣工作长度，同样会影响炉膛内燃烧及结焦情况。所以本章通过六种方案来研究对比除渣装置在不同工作长度，时间间隔，起始时间对除渣除焦燃烧效果的影响，六种方案见表4-2：3燃烧机进风和燃烧温度的关系及配风装置的优化燃烧机各部分设计组装完成后，对燃烧机进行现场试验，并记录每一次试验的数据，通过分析，总结出燃烧机各试验阶段的燃烧性能，对未达标的燃烧机参数进行优化改进。试验参数主要为生物质颗粒燃料在不同进风口面积，风速等情况下的燃烧温度变化情况以及在不同除渣间隔，燃烧机炉内的结焦量等参数情况，设定为工况1-6。这6种工况中：a）表示点火口、炉膛、进料口、进风口温度随时间的变化情况；b）表示风机风门半开状态下点火口、炉膛、进料口、进风口温度随风速的变化情况；c）表示风机风门全开状态下点火口、炉膛、进料口、进风口温度随风速的变化情况；（1）风速在0.18~0.45m/s条件下的点火试验该工况为生物质燃烧机的第一次点火试验，如下图4-7a、4-7b、4-7c所示，由图4-7a）可知，该阶段炉膛内温度在35~81C，点火口位置温度较高在176~197C之间。由图4-7b）可知，当风机半开时，风速在0.110.25m/s之间。由图4-7c）可知，当风机全开时，风速在0.18~0.45m/s之间。第一次燃烧机点火试验发现，燃烧机的炉内风速低、进风量少，燃料得不到燃烧所需的空气量，且点火棒的热量同样也无法传导给生物质颗粒燃料，达不到燃料燃点，致使点火失败。四、结论与展望本文通过分析研究生物质成型燃料燃烧产热，燃烧消耗空气量及烤烟工作部分耗能的计算，研究设计出针对烤烟工作专门燃用生物质成型燃料的炉具，且该炉具也可用于炊事等其他方面的供热工作。设计生物质成型燃料炉具包括料斗、进料装置、除渣装置、点火装置、一次进风口、二次进风口、炉膛等，着重根据锅炉原理在炉具上设计了除渣装置、二次出风孔等以提高炉具热效率。经过试验，对比分析进料时间、除渣间隔、除渣起始时间、进风口截面积尺寸、炉膛内壁出风口数量及均匀度等情况下的试验得出以下结论：1）生物质燃烧机的燃烧温度在短时间内，即不考虑生物质颗粒燃料燃尽的情况下，燃料的燃烧质量受炉膛内风速（既风量）及风场的影响，当风速小于0.81m/s时，燃料不能被点燃，只产生了焦糊状态，当风速超过这个值，且在1.83-2.24m/s之间，燃烧状态最好，达到的温度最高。2）生物质燃烧机的温度受到炉膛内风场的影响，当炉膛内壁均匀开孔数为16×18时，炉膛内风场可以促进燃料充分燃烧，热效率最高，产生的残渣量最少，且温度不会有明显的波动。3）从第三次试验开始，燃烧机炉膛内燃料可被点燃，且炉膛内温度随时间呈上升趋势，待燃料燃尽后温度会下降，但点火时间以及升温速度受到炉膛内风速的影响，当进风口尺寸为0.15m×0.22m，炉膛内壁开孔数为16×18时，燃烧机升温速度最快，燃料燃烧最充分，燃烧残渣最少。参考文献[1]王行,文志强,何振峰,邱妙文,张敏坚.生物质能在密集烤房上应用现状和发展方向[J].中国农学通报,2020,36(35):139-142.[2]冯小明.吸收式制冷系统用生物质燃烧器设计与经济性分析[D].广东工业大学,2020.DOI:10.27029/ki.ggdgu.2020.002195.[3]曲凯,徐波,郑建华,刘坤.生物质燃烧机炉膛结构优化设计[J].科技与创新,2020(13):119-120.DOI:10.15913/ki.kjycx.2020.13.048.[4]赵龙杰,罗钧钊.生物质颗粒燃烧机在丰都烟区的应用研究[J].安徽农学通报,2020,26(04):126-127.DOI:10.16377/ki.issn1007-7731.2020.04.049.[5]杨远平,王顺国.生物质颗粒燃料燃烧机的研制及其在烤烟生产