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SR生物质燃气自动燃烧机的试验和应用研究 |
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作者：四川农机院 熊昌国 庹洪章 |
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摘要：自行开发研制的生物质优质化能源利用关键设备—SR生物质燃气自动燃烧机，解决了着火、稳焰、高效无残留燃烧等关键问题。试验研究工作测试了不同条件下生物质燃气的燃烧状态，分析了不同结构燃烧室与燃烧状态的关系，并与天然气、柴油等燃料进行了对比。找出了生物质燃气自动燃烧机的较佳参数和结构，并将其结果运用于《农业科技跨越计划项目》“5HDXY4-40型多仓移动循环式秸秆燃气粮食干燥机”。实际应用结果表明：生物质燃气通过专用燃烧设备作生产加工热源应用，其性能稳定、燃烧完全、热效率高、可靠性高，是生物质优质化能源利用的有效途径之一。
关键词：生物质，气化燃气，自动燃烧机，生产加工热源
生物质气化技术作为生物质优质化能源利用的重要手段，近年来在我国取得了长足的发展，生物质气化设备研究和运用较多，相对比较成熟，开发并使用生物质气化燃气作为生活能源利用的设施和装备受到广泛关注。而生物质气化燃气作为生产热源应用的关键设备，即使生物质气化燃气稳定、高效、无残留地转换成生产热源的低热值燃气专用燃烧机，其研究和应用几乎未见报道。本文阐述了通过SR生物质燃气自动燃烧机的试验和应用研究，找出了生物质燃气自动燃烧机的优化设计参数和结构，取得了较好的应用效果。
1 SR生物质燃气自动燃烧机的用途和特点
生物质气化燃气作生产热源应用，是将生物质气化为生物质燃气，再通过SR生物质燃气自动燃烧机将生物质燃气、高效、可靠无残留转换为热能，作为干燥设备、工业炉窖、蒸汽和热水锅炉、设施农业及种养殖业的热源。
SR生物质燃气自动燃烧机是针对低热值（≥4.6MJ/Nm3）生物质燃气设计的专用燃烧机，它将燃气的供给、供风、点火、火焰监察及运行调节控制等各部分集合为1个总体。它具有着火可靠、燃烧稳定、稳焰范围宽、燃烧完全无残留、火焰换热效率高等特点；它能按程序自动工作，并有预吹风、自动点火、火焰监控（点火保护、熄火保护）、燃气欠压保护、空气欠压保护等安全控制功能，实现燃烧过程的全自动控制。SR生物质燃气自动燃烧机结构如图：
1 燃气电磁阀 2 观察孔 3 控制器4 电动机
5 风门调节器 6 稳焰器 7 燃烧室装置 8 风机
2 SR生物质燃气自动燃烧机的技术关键和措施
由于生物质燃气热值低、火焰光度弱、火焰稳定性差，使其着火可靠、火焰稳定、燃烧完全难度较大。SR生物质燃气自动燃烧机解决了着火、稳焰、高效无残留燃烧等关键问题，实现了生物质燃气稳定、可靠、高效无残留转换成为生产加工热源。
2.1 着火--采用高能点火和自控风门技术；
2.2 稳焰---设计特殊的稳焰器结构，该装置分别装有第一级导流叶片、第二级导流叶片，且在第一、第二级导流叶片之间形成稳压腔。
2.3 高效无残留燃烧----设计三种结构燃烧室装置，该装置由燃烧腔和换热器构成，它既要使燃烧温度达到最高和燃烧完全无残留，又要让被加热介质尽快带走燃烧产生的热量确保换热充分完全，结构简介如下：。
燃烧室装置1：燃烧腔和换热器共用1个通道，即燃气从稳焰筒出来在燃烧腔内与被加热介质混合，燃烧和换热在同时同一区域内进行，并在燃烧室内混合。
燃烧室装置2：燃烧腔和换热器分隔通道，即燃气从稳焰筒出来在燃烧腔内燃烧，同时被加热介质在外换热，燃烧和换热同时但在不同区域进行，出燃烧室后再混合。
燃烧室装置3：燃烧腔和换热器分隔通道，且燃烧腔在前，换热器在后，即燃气从稳焰筒出来在燃烧腔内先燃烧，被加热介质后换热，燃烧和换热既不同时又不同区域进行，出燃烧室后再混合。
2.4 燃气量变化---采用两段火电磁阀结构，可在燃气量变化时自动适应，保证燃烧机稳定燃烧。
3 试验目的:
本试验目的为研究生物质燃气的燃烧特性，研究生物质燃气作生产加工热源在理论上和设备上的可行性，主要从以下几方面着手：
3.1 生物质燃气最高燃烧温度能否满足常规生产加工热源要求；
3.2 燃烧能否实现高效无残留；
3.3 生物质燃气与其他燃料的燃烧状态对比；
3.4 生物质燃气自动燃烧机的稳定性、可靠性及适应性。
4 试验装置
4.1 柴油自动燃烧机（外购通用件）
4.2 天然气自动燃烧机（外购通用件）
4.3 SR生物质气化机组（自行研制）
4.4 SR生物质燃气自动燃烧机（自行研制）
4.5 三种结构燃烧室装置（自行研制）
4.6 5HDXY4-40型多仓移动循环式秸秆燃气粮食干燥机（自行研制）
5 试验设计
5.1 将SR生物质气化机组生产的燃气用SR生物质燃气自动燃烧机进行二次燃烧，并配置三种燃烧室装置，测试出最高火焰温度，寻找出SR生物质燃气自动燃烧机的较佳结构。
5.2 对天然气自动燃烧机配置不同结构燃烧室装置，测试出最高火焰温度，观察燃烧程度。
5.3 对柴油自动燃烧机配置不同结构燃烧室装置，测试出最高火焰温度，观察燃烧程度。
5.4 三种燃料的最高火焰温度对比。
5.5 将SR生物质燃气自动燃烧机运用于5HDXY4-40型多仓移动循环式秸秆燃气粮食干燥机上，检验其在生产应用中的稳定性、可靠性及实用性。
6 试验结果及分析
6.1 生物质燃气自动燃烧机三种燃烧室装置的火焰温度曲线见图1。
从试验和图1可见：燃烧室装置1的火焰温度最低，火焰呈蓝色，燃烧后燃烧头有残留物。燃烧室装置3的火焰温度最高，达到1003℃，火焰呈现白炽状态，燃烧头干净清洁无残留物。
6.2 天然气自动燃烧机三种燃烧室装置的火焰温度曲线见图2。
从试验和图2可见：燃烧室装置1的火焰温度最低，火焰呈蓝色；燃烧室装置3的火焰温度最高，达到1150℃, 燃烧完全，燃烧头清洁干净，从外观上看与生物质燃气燃烧状态一致。
6.3 柴油自动燃烧机三种燃烧室装置的火焰温度曲线见图3。
从试验和图3可见：燃烧室装置1的火焰温度最低，燃烧机开始燃烧时有烟雾，停机时喷油头滴油会产生大量油烟；燃烧室装置3的燃烧状态最好，火焰温度达到1002℃，开始燃烧时无烟雾，燃烧机干净清洁无残留物。
6.4 三种燃料的最高火焰温度对比见图4。
从图4可见，生物质燃气、天然气、柴油通过燃烧产生热量作生产热源运用，其燃烧状态、稳定性、最高火焰温度等性能无显著差异。
7 生物质优质化能源在粮食干燥机上的运用
SR生物质燃气自动燃烧机2001年5月运用于农业部农业科技跨越计划项目“5HDXY4-40型多仓移动循环式秸秆燃气粮食干燥机”上，经过2001年麦收和稻收 、2002年麦收和稻收的生产使用，工作70多天，干燥粮食1000多吨，该机性能优良，性能稳定，工作可靠。
7.1 生物质燃气自动燃烧机和柴油自动燃烧机小麦干燥介质温度曲线对比见图5。
从图5可见，生物质燃气作热源干燥小麦，干燥介质温差在4 ℃以内，与柴油作热源干燥小麦介质温差范围一致，完全符合干燥设备要求。
7.2 生物质燃气自动燃烧机和柴油自动燃烧机水稻干燥介质温度曲线对比见图6。
从图6可见，生物质燃气与柴油作热源一样，干燥水稻介质温差都在4 ℃以内，完全满足干燥热源需求。
7.3 检验结果
5HDXY4-40型多仓移动循环式秸秆燃气粮食干燥机经“农业部农产品加工机械设备质量监督检验测试中心（成都）”检测，与热源有关指标的检验结果为：
7.3.1 粮食质量指标：水稻苯并篦未测出，小麦面筋质无降低；水稻爆腰率增值＜3%、小麦破碎率增值＜0.5%、干燥不均匀度等指标均符合国家标准要求。
7.3.2 单位耗热量，直接加热：水稻为5740 KJ/Kg H2O,小麦为6600 KJ/Kg H2O。
7.3.3 加工成本：粮食水分从28~30 %降至13~15%，直接加工成本仅为每公斤四分钱。
8 结论
8.1 生物质燃气作生产加工热源是生物质优质化能源利用的较好途径。
8.2 生物质燃气自动燃烧机与天然气自动燃烧机，柴油自动燃烧机的性能、使用效果相当。
8.3 燃烧室装置3为各种自动燃烧机燃烧室的较佳结构。
8.4 生物质气化燃气作生产加工热源，可大量减少二氧化碳、二氧化硫和烟尘的排放，有利于农业可持续发展，其社会效益、生态效益、经济效益相当显著。(end)
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(3/24/2005) |
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