Li Ya Meng 1, 2, Zhou Schneeflocke 1, 2Hu Jianjun 1, 2Zhu Shengnan1, 2Jingyan brilliant 1, 2Zhang ganzes Land1, 2
(1. Hochschule für Maschinenbau und Elektrotechnik, Henan Landwirtschaftliche Universität, Zhengzhou 450002, China; 2. Henan Provincial Center für Biomasse Energie Collaborative Innovation, Zhengzhou 450002, China)
Abstract: Im Hinblick auf den derzeit niedrigen Biomasse Herd thermische Effizienz Verbrennung, vor allem der Intensität des Feuers, der Wind für eine unvollständige Verbrennung, einzelne Funktion und andere Fragen nicht ausreichend ist, nach der zentralisierten Kochfutter Nachfrage nach sauberen Biomasse Pellets als Brennstoff Herd, entwickelte eine in Stoker-Verbrennungsmodus gesetzt Kochen, Dünsten, kochendes Wasser, Heizung und andere Funktionen in einer der direktbefeuerten Biomasseteilchen Ofen Betriebsleistungstestergebnisse zeigen, dass: der thermische Wirkungsgrad des Kochfeldes 42,9%, Gesamtwärmewirkungsgrad von 70,7% , Kochstärke 14.1kW, Rauchemissionsindex niedriger als die nationale Norm ist, Biomassepartikel vollständige Verbrennung, kann Bezug für die Konstruktion und Anwendung des wissenschaftlichen Fokus Kochherdes vorgesehen werden, um die Biomassepartikel zu dem Brennstoff zuzuzuführen.
Einleitung
Energie ist die Grundlage für die wirtschaftliche Entwicklung und die sozialen Fortschritt, aber wegen der begrenzten Speicherkapazität der herkömmlichen Theorie der allmählichen Erschöpfung der Energie und der Entwicklung und Nutzung nachwachsender Rohstoffe steht unmittelbar bevor. Biomasse als erneuerbare und umweltfreundliche Energie, ist weit verbreitet Aufmerksamkeit. China hat reichlich Getreidestroh, 2015 Ernte theoretischen Ressourcen Stroh 1,04 Mrd. t, sammeln Ressourcen 900 000 000 t, die Menge von 720 Millionen t verwendet wird, deren Brennstoffnutzungsmenge von 100 Millionen Tonnen (entspricht 050 Mio. t Stroh Standard Kohle), die 11,4% der Menge der sammelbaren Ressourcen ausmachen [1]Die Strohbiomasse weist eine hohe Flüchtigkeit, eine hohe Kohlenstoffaktivität, einen niedrigen Aschegehalt und einen geringen S-Gehalt auf Während des gesamten Kohlenstoffkreislaufs ist CO 2Null Emissionen und andere Vorteile, ist eine Art von qualitativ hochwertigen, sauberen Brennstoff. Daher ist Stroh Biomasse durch direkte Verbrennung Weg, seine einfachste und effiziente Brennstoffnutzung[2- 4].
Aufgrund der Lockerheit und Dispergierbarkeit von Stroh bringt es einige Probleme bei seiner Lagerung, seinem Transport und seiner Verbrennung mit sich [5]Durch physikalische, chemische Mittel von verleimten Stroh, bei hohen Temperatur- und Druckbedingungen, oder durch Zugabe eines Bindemittels, komprimierten in einem bestimmten anderen körnigen oder massive Kompaktierung von partikelförmigem Brennstoff [6- 8], Einfach zu transportieren und zu lagern, hohe Verbrennungseffizienz [9- 10]Um die Zivil Ofen Brennstoffpartikel zu verwenden, die Regierung die Brennholz Kochherd gefördert, etc., aber von Öfen und Öfen Analyse des Transformationsprozesses Ausbrennen wurde, dass die thermische Wirkungsgrad von etwa 20% gefunden, und aufgrund der Luftzufuhr die Unebenheit unvollständige Verbrennung und Rauchgasemissionen nicht eingehalten, während es eine Einheit von Funktion, die durch Kraftstoff verursacht, kann nicht eine Vielzahl von Kochen und Warmwasser und Heizung zur gleichen Zeit erreichen [11- 12]Das Kochfeld auf dem Markt erscheint, sind vor allem Familien mit kleinem Herd, Zuführeinheiten nicht einige Anforderungen der kollektiven Stärke und Funktion des Kochherdes Daher erfüllen kann, dieses Papier eine Mahlzeit entwerfen, die die kollektiven Bedürfnisse erfüllt, um sicherzustellen, dass eine Reihe von Kochen zur gleichen Zeit, sondern auch zu berücksichtigen, die Heizung von Biomasse-Wasserversorgung Biomasseofen, und seine betriebliche Leistungsbewertung.
1 Designbasis
1.1 Biomasse Pellet Brennverhalten
Der Entwurf eines Biomasseofens muss Biomasseverbrennungscharakteristiken einschließen. Die Essenz des Verbrennungsprozesses der Biomassepartikel gehört zur statischen osmotischen Druckdiffusionsverbrennung [13- 14], Der Verbrennungsprozess kann in trockene Entwässerung, flüchtige Analyse der Verbrennung, Koksverbrennung und Burnout vier Stufen unterteilt werden[15- 17]:
① Biomasse Partikel in der Brennkammer, mit der Temperatur steigt, das Wasser allmählich verdampft.
② Wenn die Brennraumtemperatur auf etwa 250 ° ansteigt.] C, zur Entfernung flüchtiger Bestandteile wurden die flüchtigen Stoffe mit Sauerstoff kombiniert wird, in die Übergangszone und dem Diffusionsverbrennungsbereich.
③ Infiltration und Diffusion Verbrennung, Koks Verbrennung dominieren die Verbrennung von Kohlenmonoxid auf der Oberfläche der Partikel, Verbrennung anhaltende Stabilität, hohe Temperatur.
④ Schalenasche kontinuierlich eingedickt Verbrennung, die grundlegende Treibstoffverbrauch, die Asche gebildet integrale Schale, die Mantelfläche der Asche kann die Flamme nicht sehen, wird der Brennstoff ein dunkelrot, der Verbrennungsprozess [18- 19]Der in dem Experiment verwendete Maisstrohpartikelbrennstoff hat eine Teilchengröße von 5-15 mm, eine Länge von 20-30 mm und eine Dichte von 800 kg / m 3, Industrielle Analyse und Elementaranalyse Ergebnisse in Tabelle 1 gezeigt.
1.2 Konstruktionsprinzipien für Biomasse-Pelletofen
Da der größte Teil der zentralisierten Fütterung Kochen während der Kochzeit erfordert, kann es die Probleme des Kochens, Kochens und der Verwendung von heißem Wasser lösen Gemäß den grundlegenden Eigenschaften der Verbrennung von Biomasse Brennstoff sollte das Design des Ofens die folgenden Prinzipien erfüllen: ① leicht zu entzünden und wütend werden Schnelle, stabile Verbrennung, komplett, Feuer genug, die Luft kann gleichmäßig und gleichmäßig in den Ofen gelangen, kein schwarzer Rauch, hohe Energieeffizienz ② komplette Funktionen, einfache Struktur, einfach zu bedienen, geringe Kosten, sicher und zuverlässig, praktisch und langlebig Hohe, thermische Leistung und Stabilität.
2 Biomassepartikel direkt befeuerte Ofenkonstruktion
2.1 Gesamtstruktur
Durch die Kombination der Verbrennungscharakteristiken von Biomassepelletbrennstoff und den Anforderungen des Kochens wird die Konstruktion der direkt beheizten Biomassepellets in Abb. 1 gezeigt, die hauptsächlich aus Verdampfer, Brennkammer, primären und sekundären Luftansauggebläsen besteht. Loch, Sekundärladungscarbonisierungslager und andere Bestandteile.
Der Ofen intermittierende Vorschub von dem Kraftstoffeinlass und Polyethylenmaterialien Krater Futter Bins, entworfen ist Zubehör, um sicherzustellen, dass die Nachfrage nach Brennstoff Kochen, Bunkeröl beim Kochen kann die Notwendigkeit nicht erfüllen, die Zusatzfachs der Zuführeinlaß, wird der Kraftstoff allmählich in den Verbrennungsofen gleitet und Materialien Tankpatrone kann getrocknet werden gleichzeitig Brennofen verdampft, die Energieeffizienz zu verbessern ;. Zündung, Partikelverbrennung von oben angenommen wird; Aschenkammer im unteren Ofen wird der Rost über dem Aschenkasten Raum angebracht ist, vorausgesetzt, ein Gebläse (12W) vor dem Ofen, durch den Bedienungsknopf an dem Lüfter Einstellen Primär- und Sekundärluft zu erreichen, und mit der Größe Verhältnis; über den Krater Löcher Konzept Feuern vorgesehen wurde während der Verbrennung, die Angemessenheit der Zuluft, und ausgestattet mit Ventilator II (12W) zu liefern Luft zu erreichen cubic beobachtet; Ofen über dem Baugerüst in engen Kontakt mit dem Pfannenboden Abschnitt vorgesehen ist die ringförmige Verdampfer, Flammen und Rauch durch einen Erwärmungsverdampfer, um das Wasser von unten in den Verdampfereintritt, einen Verdampfer in Verbindung mit dem Außenwasserstandsanzeiger Ofen, um eine moderate Menge an Wasser, um sicherzustellen, angebrannt Hochtemperatur-Dampf in dem Verdampferauslaß erzeugt tritt aus dem Hochtemperaturdampf zum Dämpfen, Brei und Warmwasserversorgung, Kochen und Dämpfen und dergleichen, um die gleiche Zeit zu erreichen, verkürzt sich die Garzeit, Dampf mit einer Dampfaustritts ein Druckventil, wenn der Druck einen sicheren Wert überschreitet, die Druckentlastungsvorrichtung automatischen Druckentlastung. Alle Komponenten der Vorrichtung wird unter Verwendung einer Formpräge erreicht, zeichnen, Material automatisch, um die automatische Volumenrundschweißen und eine modulare Montage des Backofens Fließband Prozess Schneid Produktqualität und das Aussehen der Einheit zu gewährleisten.
2.2 Ofendesign
Biomasse-Pellets als Brennstoff Verbrennungseigenschaften erforderliche Gleichförmigkeit der Zuluft zu gewährleisten, so dass die oberen und unteren Teile des Ofens ausgelegt ist, eine Größe des Ofenvolumens Wärmefreisetzungsrate durch den Ofen bestimmt verjüngend ist das Ofenvolumen von der Wärmebelastung zu groß ist, wird der Kraftstoff in den Ofen die Verweilzeit kurz, unvollständige Verbrennung ist, andernfalls die Ofenvolumen Wärmelast zu klein ist, zu groß Ofenvolumen, Dispergier- Verbrennung, wird das Feuer nicht die Konzentratkonzentration erfüllen, indem den Ofen Einspeisen sein muss, so dass der Kraftstoffverbrauch nimmt 9 kg / h. , Der thermische Wirkungsgrad des Ofens nehmen 0,65, die Kapazität der Herd Wärmelast beträgt in der Regel 250 ~ 400W / m 3Die Auslegungsleistung der Wärmelast beträgt 380kW / m3[20].
Ofenvolumen ist
2.3 in die Windbüchse Design
Die meisten der Biomasseteilchen kleiner als für Ofenluftzufuhr und Uneinheitlichkeit Problem, eine Bauhöhe von 19 cm, der Radius von 25cm unstrukturierte Gitter konische Hülse Lufteinlass, wie in gezeigt.
In der gleichen horizontalen Ebene, um den gleichen Abstand von dem Einlassloch mit der gleichen Größe aufgetrennt, und ein Sekundärlufteinlass ist sowohl an der konischen Hülse in den Wind, den Wind versehen, um den Körper in den Ofen durch das Einlassloch zu drehen, zu erreichen, jede gleichmäßige Belüftung des Einlassloches, wodurch Gleichförmigkeit der Verbrennung des Kraftstoffs gewährleistet. Primärluft und Sekundärluftzufuhr vom Gebläse 12W gesteuert, wird das Verhältnis zwischen diesem durch Einstellen des Knopfes auf dem Lüfter gesteuert.
2.4 hängenden Feuer Höhe und Poly Krater Design
Hängender Feuerhöhe vertikalen Abstand zwischen dem Boden des Topfes und dem Rostes. In dem Boden der Verbrennungsflamme von einem Hochtemperaturbereich der Pfanne ist positiv es angebracht ist, in Übereinstimmung mit den Verbrennungseigenschaften von Biomassebrennstoffpartikeln, typischerweise kleinen Hubhöhe des Feuers in den Ofen 28 Biomasse ~ 30cm [21]Während Topfgröße hängt die Höhe des Feuers beeinflussen, die Gestaltung der Ofenhöhe 40cm nehmen. Da die Verwendung von Rostfeuerung Verbrennung des Brennstoffs, flüchtige brennbare Gas produziert, dieser Ofen speziell Horn Krater Poly (Φ14cm) entworfen Es ist förderlich, Flammen zu sammeln und die Höhe der Flamme hochzuziehen.
2.5 Berechnung der Kaminquerschnittsfläche
3 Biomasseteilchen des direkt befeuerten Ofenleistungstests
3.1 Testbasis
Gemäß der Referenz '22' wurde die Kocheffizienz des Kochherdes getestet, und der Abgasemissionstest des Ofens wurde durch das Verfahren der Referenz 23 berechnet. Die gesamten Testdaten wurden durch Online- und Vor-Ort-Messung gemessen.
3.2 Testsystem
Die Hauptprüfausrüstung, die verwendet wird, ist das Testsystem des Hauptkörpers des Ofens (einschließlich Ofen, Verdampfer, Abzug, Luftkanal usw.), Temperaturtestsystem (einschließlich Thermometer und Thermoelement), Abgasanalysegerät,
3.3 Prüf- und Testgeräte
2 Eimer mit einer Kapazität von jeweils 0,01 m 3XK3190A12E elektronische Bodenwaage, Genauigkeit 10g, Uhr 1, der Unterschied ist weniger als 1min; Anemometer, Messbereich 0 ~ 10m / s, Genauigkeit von 0,5 m / s, Nickel-Chrom-Nickel Silikon K Typ Thermoelement, Temperaturbereich - 200 ~ 1200 ℃, KMQuintox 9106 Abgasanalysegerät.
3.4 Testbedingungen und -methoden
Indoor-Test, die Umgebungstemperatur beträgt etwa 25 Grad] C; rel. Luftfeuchte von weniger als 85%; Innenwindgeschwindigkeit kleiner als 1,0 m / s; Testwasser bei Raumtemperatur des Arbeitsfluids; Test Öfen weg von anderen Wärmequellen, Maisstroh Brikett Brennstoff; Entzündungs Für die trockenen Baumwollhalme wird jeder Test 3 mal durchgeführt, den Durchschnittswert finden.
3.5 Ergebnisse und Analyse
Die Leistungstestdaten des Biomasseteilchenofens sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 3 zeigt die Testergebnisse der thermischen Leistung und der Rauchgasabführung des Ofens Die thermische Effizienz des Kochens des direkt befeuerten Biomasse-Kaminofens erreichte 42,9%, was höher ist als die Effizienz des gewöhnlichen Haushaltsofen-Kaminofens [24- 25]Die ringförmige Verdampferkonstruktion der effektiven Verwendung von Flammen und Rauch periphere Wärme der thermische Gesamteffizienz des Ofens verbessern durch erreichte 70,7%, die Intensität des Feuer Koch 14.1kW, in Übereinstimmung mit dem nationalen Norm thermischen Wirkungsgrad von Biomasse Kochherd (≥35%) , Kochen Feuer Intensität (≥ 10kW) [26]Die Anforderungen von Rauch SO 2Die durchschnittliche Massenkonzentration von 13,45 mg / m 3, CO durchschnittlicher Volumenanteil von 0,087%, durchschnittliche Konzentration von NO 103.27mg / m 3, NEIN 2Die durchschnittliche Massenkonzentration von 4.11mg / m 3, Greenman Schwärzung ist kleiner als 1. Design der Abgasfeuerungsindikatoren der direkten Verbrennung Partikelofenabgase stimmen mit relevanten Zustandregulierungen überein [23, 26], Mit guten sozialen und ökologischen Vorteilen.
4 Fazit
(1) direkt befeuerten Kochherdes thermischen Wirkungsgrad von 42,9% Biomassepartikel, umfassend den thermischen Wirkungsgrad von 70,7%, Kochfeuerintensität 14.1kW, erfüllen die Anforderungen der Biomasse Kochherd, ist es möglich, den Energiebedarf zu erfüllen, indem Konzentrat zuzuführen.
(2) Die durchschnittliche NO-Massenkonzentration im Abgas von direkt befeuerten Biomassepartikeln betrug 103,27 mg / m 3, NEIN 2Die durchschnittliche Massenkonzentration von 4.11mg / m 3, Der durchschnittliche Volumenanteil von CO beträgt 0,087%, SO 2Die durchschnittliche Massenkonzentration von 13,45 mg / m 3, Rauchgas Greenman Blackness weniger als 1, sind in Übereinstimmung mit den einschlägigen Bestimmungen des Ofens, um eine saubere Verbrennung zu erreichen.
Referenzen
1 Yang Hua, Liu Shi-Farbe, Zhaojia Ping, und andere physikalische Eigenschaften der Materialforschung stabförmigen Kraftstoff 'J' Health, Central South University of Forestry & Technology, 2015, 35 (2): 114-118.
2 Jazon Road, Wu Tongjie, Zhao Lixin, Formen und anderen Biomasse-Brennstoff Verbrennung der flüchtigen organischen Verbindungen Emission Test 'J / OL' AGRICULTURAL MACHINERY JOURNAL 2015, 46 (10): 235-240.
3 MA Chang-geng, SU Xiao-hua. Biomasse-Energie Überblick 'J'. World Forestry Research, 2005, 18 (6): 32-38.
4 Liu Shengyong, Wang Xiaoru, Wang Sen. Aktuelle Situation und Perspektiven der Verbrennungstechnologien in der unterschiedlichen Morphologie "J" Agrartechnik: Neue Energiewirtschaft, 2007 (4): 23-28.
Xu Yayun 5 sollte Feld Wasser, Zhao Lixin, vergleichen verschiedene Getreidestroh und andere Lager- und Transportkosten und den Energieverbrauch Modus ‚J‘ für Agrartechnik, 2014, 30 (20) sein: 259-267.
6 Chen Shuren, Segmentbauweise, Yao Yong et Optimierung 'J' Wiederholungsmodus Reisstroh Formpreßmaschine Gießparameter für Landtechnik 2013, 29 (22): 32-41.
7-Indien Xu, Shen Sheng stark, Hu Jianjun, Stroh und andere Kaltpressformen Experimental Study Microstoructure 'J' Solar Sinica, 2010, 31 (3): 273-278.
8 ZHU Jinling, WANG Zhiwei, SHI Xinguang, et al .. Lebenszyklus-Bewertung von Maisstroh Formstoff "J" Journal of Agricultural Engineering, 2016, 32 (6): 262-266.
9 SUN Qi-Xin, CHEN Shu-Fa, DONG YU- Ping.Studie zum thermovisko-plastischen Konstitutivmodell für die Bildung von Stroh-Biomasse 'J' .Journal of Agricultural Engineering, 2015, 31 (8): 221-
10 Ning Penghui.Studium über kompakte Formungsmechanismen von Ring-Stroh Brikettierpresse 'D' Shijiazhuang: Hebei Universität für Wissenschaft und Technologie, 2011.
11 Chen Xiaofu, Zhang Weihao, Liu Guangqing, et al .. Entwicklung und Anwendung von heimischen Biomasseöfen [J]. Erneuerbare Energien, 2010, 28 (2): 118- 122.
12 Zhang Wehao, Chen Xiaofu, Liu Xiaoying, et al .. Fortschritte in Technologie und Anwendung von Biomasse-Öfen in China, J. Fortschritt in der chemischen Industrie, 2009, 28 (Suppl): 516-520.
13 Min Haifei, Zhang Mingxu Studie über die Verbrennungsarten und die Verbrennungseigenschaften der Biomasse "J", Journal of the China Coal Society, 2005, 30 (1): 104-108.
Design und Forschung von Biomasse-Formstoff-Brennstoff-Kochofen "D" Harbin: Nordöstliche Forstwirtschafts-Universität, 2008.
15 WANG Cui-ping, LI Ding-kai, WANG Feng-yin, et al.Experimentelle Forschung über die Verbrennungseigenschaften von Biomasse Pellets Brennstoff J. Journal of Agricultural Engineering, 2006, 22 (10): 175-177.
16 LIU Sheng-yong, Zhang Bai-liang, YANG Qun-fa, ua Entwurf und Untersuchung von Doppelschicht-Rostbrikettkessel [J] .Journal of Agricultural Engineering, 2003, 19 (6): 268-271.
17 ZHAO Tinglin, HOU Zhonglan, CHEN Fujin, et al .. Biomasse Brikettöfen J. Erneuerbare Energie, 2006 (3): 66-67.
18 Zhang National. Burning 'M' Peking: China Agriculture Press, 2015.
19 MA Xiaoqin, LI Gang. Perspektiven Analyse von kleinen kohlebefeuerten Kessel-Nachrüstungen zum strohbildenden Brennstoffkessel "J". Rural Energy, 2001 (5): 20-22.
20 Shu Wei.Design und Test von hocheffizienten Biomasse bilden Brennstoffkocher 'D' Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2007.
21 China Rural Energy Industry Association.Provinzieller Brennholzofen Kang Utility-Technologie übergeben "M". Beijing: Science Press, 2011.
22NB / T34014-2013 Prüfverfahren für große Biomasse-Kochherde S'.2013.
23GB13271-2014 Norm zur Berechnung der Luftschadstoffemissionen von Flugzeugen, S'.2014.
24 TAN Wen-ying, XU Yong, WANG Shu-yang, et al.Design und Leistungstest von Biomasse-Brennstoff-Mehrzweckofen [J] .Journal of Agricultural Engineering, 2013, 29 (15): 10-
25 SHI Yi-xin, JIANG Ping, PENG Cai-Wang.Gestaltung von Biomasse in kleinem Maßstab "Straight Burning Stove" J. Landwirtschaftsmaschinen, 2015 (1): 25-27.
26NB / T34015-2013 Allgemeine technische Anforderungen für große Biomassekocher "S'.2013.
