秸秆灶的节能

2002第2期(总第102期)秸秆灶的节能孔春林,黄卫星,漆小波(四川大学,成都610065)摘要:依据热学理论和燃烧学理论,对秸秆灶的结构和使用方式进行了分析,提出了减少排烟热损失滅少灶体散热,强化锅与高温烟气之间传热的节能措施。对改进前后的秸秆灶进行了对比实验,结果表明,改进后灶的热效率是改进前的1.5倍。关键词:秸秆灶;节能;传热;燃烧中图分类号:TK16文献标识码B文编号:1003-7993(2002)02-0003-03我国农村居民生活用能70%以上依靠薪秸秆燃烧时会产生大量的烟气从烟囱排出柴、秸秆等生物质燃料。农村生活用灶的热效室外,烟气会带走秸秆燃烧时产生的热能,而且率低,往往达不到20%。本文从以下几方面探烟气的排放量越大,损失的热能就越多。节能的讨秸秆灶的节能问题。项重要措施就是设法控制秸秆灶的烟气排放1减少热能损失量。同时,排烟热损失与烟气的温度成正比。所根据传热学理论,秸秆灶的热效率可以用以减少排烟热损失可以从减少烟气排放量和降下式近似表示低烟气温度两方面入手。Qr(Q +Q,)(1)减少烟气排放量烟气的排放量是同空气的供应量(进入燃式中:n一秸秆灶的热效率;烧室空气的量)密切相关的。我们把实际空气供0QQ燃料完全燃烧放出的热量;应量同燃料完全燃烧所需的空气量的比值称为排烟损失的热量;空气消耗系数。在燃烧室内,燃料同空气中的氧通过灶体损失的热量。发生氧化反应而燃烧。当空气过量时,没有参加要提高秸秆灶的热效率,就要让通过烟氧化反应的冷空气会与燃烧生成的高温气体迅气、灶体排到周围环境的热量更少。速混合,降低了高温气体的温度,同时使烟囱排1.1减少排烟热损失放的烟气量增多;当空气供应不足时,尽管烟气图1为典型的秸秆灶结构示意图。排放量有所减少,但是燃烧室内由于缺氧燃烧生成CO、CH和H2等成分,导致燃料的浪费,热效率也会降低。所以,对每一种燃料存在想烧室加柴通道个最佳的空气消耗系数,在该空气消耗系数下烟气排放引起的热损失与燃料不完全燃烧引起的热损失之和最小对于大多数燃料,最佳的空图1秸秆灶结构示意图气消耗系数为1.1-13。收稿日期:200201-21清者简介:孔春林(1976-),男,硕士研究生,研究方向:化工设备传热与节能。TYH中国煤化工CNMHGRURAL ENERGY No. 2 2002(102 Issue in All在实际应用中,秸秆灶一般开有如图1所燃料在锅的正下方发生燃烧,燃烧产生的高温示的加柴通道和清灰通道。空气可以在几乎毫烟气随着气流直接被抽入烟囱后排出室外(如无阻挡的条件下进入燃烧室,空气系数往往会图1中箭头所示),高温烟气在锅底的行程短,远大于1。所以应该采取措施控制燃烧空气的大量热能还没有来得及传递给锅就排到大气量。例如图2所示的秸秆灶,在加柴通道热能得不到充分利用。如果将灶算设置在离烟囱较远的一侧,那么火焰的位置也会相应移得离烟囱较远,这样便增加了高温烟气在通向烟囱的过程中与锅的接触,经过较长的距离与锅发生换热以后,烟气的温度会降得更低,热能利用更充分。1.2减少灶体散热秸秆在燃烧室内与空气中的氧气发生强烈图2改进后的秸秆灶结构示意图的氧化反应而燃烧,形成的半发光火焰向周围和清灰通道口各设置一块挡板,通过调整挡板辐射热能。图1所示的加柴通道就是一个重要的开度来控制空气供应量,以减少排烟热能损的热能辐射损失通道。有时火焰甚至会直接从失。国内有一种称为“快速无烟秸秆反烧灶的加柴通道里冒出来,不仅造成热量严重损失,而专利技术,该技术采用比传统秸秆灶小的加柴且使室内烟薰火燎,影响人的健康:为了解决这通道来减少空气供应量,从而减少了排烟热损一问题,可以将加柴通道的上沿适当下移,以防失止火焰外冒;在加柴通道外面加一个密封挡板由于燃料种类的不同和加柴量的不同,最来减少辐射热损失。挡板可以是一块普通的红佳空气供应量会发生变化,在实际使用过程中砖,也可以是一块金属板加一层隔热层,挡板上还应当根据燃烧室内火焰的状况来调节挡板应设法留一窥视孔,以便观察燃烧室内情况。的开度。另一方面,热量也会以传导的方式通过灶(2)增加烟气的灶内行程,降低排烟温度体向外界散失要减少传导热损失,就要选用保传统的秸秆灶将灶算安置在锅的正下方,温性能较好的材料修建灶体。表1列出了农村表1农村常用遮筑材料在常温下的导热系效材料名称水泥大理石粉煤灰砖硅藻土砖导热系数(W(m℃))0.490.301.70~4.00.100,076常用的建筑材料的导热系数,材料的导热系数Q。被锅吸收的热量;越小,其保温性能越好。从该表可以看出,在新Q燃料完全燃烧放出的热量建和改建灶体时,应尽量选用如硅藻土砖这样提高秸秆灶热效率的另一条途径就是要在导热系数小的材料,避免釆用花岗岩这样的导燃烧一定量燃料的条件下让锅吸收更多的热热系数大的材料量ε通过强化高温气体同锅的换热,使锅得到更2强化高温气体与锅的传热多的热量秸秆灶的热效率也可以用下式表示:火焰与锅的换热方式以辐射为主,根据辐n=(QQ)×100%射理论;火焰温度提高一倍,火焰的辐射力将提式中:—秸秆灶的热效率;高到原来的16倍,所以提高火焰温度对强化火中国煤化工CNMHG2002第2期(总第102期)焰与锅之间的换热非常有效。为了获得较髙的少烟气排放量,降低烟气排放温度,减少排烟热火焰温度,通常的空气消耗系数略大于1(燃烧损失,防止火焰向外辐射,减少灶体散热,提高室的空气供应量略大于完全燃烧所需的空气火焰温度,强化锅与高温烟气的传热等节能措量),空气供应量过多或过少都会降低燃烧温施。改造后的秸秆灶热效率大大提高度。所以,在作为空气进人通道的加柴通道和参考文献清灰通道上设置挡板也是一种强化火焰与锅1邓可蕴,贺亮我国农村地区能源形势分析J中国之间传热的措施工程科学,20002(6):52-58秸秆与空气发生燃烧反应后生成的高温2.李明辉,肖青能源环境与可持续发展地域研烟气,在掠过锅底的过程中与锅发生对流换究与开发,1997,16(3):24-36热,然后通过烟囱排入大气:烟气的流速越高,3郭晋埭节柴改灶、发展沼气,降低森林资源消耗对流换热系数越大;烟气的扰动越大,对流换J林业资源管理,1996,4:12-14热系数也越大。因此,可以采取使烟气在锅底4杨美玲,秦邦振节能新技术在工业锅炉燃烧系统的通道变窄,以提高气体流速和在烟气通道上中的应用河北煤炭,1999,2:26-27设置障碍物,以增加烟气扰动(如图2)等措施。!5顾恒祥张青藩,王洪铭等,燃料与燃烧M]西安在采取强化对流换热措施的同时,烟气在西北工业大学出版社,1993向烟囱运动的过程中压力降会有所增加,严重6:张胜利,安国发工业锅炉过量空气系数的检测时会阻碍烟气顺利排出室外。为了解决压力降与燃烧设施的改造J应用能源技术,1998,9:增大而引起的排烟困难的问题,可以采取强化41-44排烟措施:把烟囱通道内的拐弯处做成圆弧过7姚仲鹏,王瑞君,张习军传热学M北京:北京理渡(如图2);增加烟囱的高度;提高烟囱与燃烧工大学出版社,1995室之间通道的水平位置,使之高于其它与燃烧8:程桂兰北山林区节柴改灶技术J青海环境,室相连的气体通道1999,3:28~383节能效果实验基于以上分析,笔者对图1所示的秸秆灶本刊将从下期更名进行了如图2所示的改造。新灶沿用旧灶的s67cm铁锅、51m高的烟囱,用与旧灶相同为《可再生能源》的材料(普通红砖、水泥和河砂)建成。新灶灶算中心偏离锅中心线10cm,从燃烧室到烟囱经科技部和国家新闻出版暑批准,我刊从的通道用碎砖块设置障碍,加柴通道和清灰通下期起更名为《可再生能源)。道口均设置可装拆的挡板。对新旧两灶进行了可再生能源,既包括了农村能源的主要内对比实验:旧灶将20kg水从5℃加热到容,也涵盖了更加丰富的新能源领域;可再生能100℃,用柴39kg,根据可比文献8]计算,热漂约利用,既反映了我们现实生活的篝要,也代效率为14%。新灶将20kg水从5℃加热到表了未来能源的发展方向。本刊的更名是与时100℃用柴26kg,热效率为21%实验结果表俱进,不新创新的举措。明,改造后的秸秆灶的热效率是原来的15倍。更名后,本刊将继续坚持指导性,突出实用4结论性,兼顾学术性,更加合理池设量栏目,不新地从传热学理论和燃烧学理论的角度,对秸提高办刊水平,形成自己约特色更好池为新老秆灶的结构和使用方式进行了分析;提出了减读着、作者服务。中国煤化工CNMHG