5LMS型熱風爐改進前后熱效率對比分析

馮丹玲,齊太柱

（1.新疆農業科學院農業機械化研究所，新疆 烏魯木齊830091；2.新疆設施農業工程與裝備技術研究中心；3.新疆農科院設施農業技術裝備重點實驗室）

熱風爐是集燃燒與換熱為一體，將燃料通過燃燒產生的高溫煙氣借助管束及殼體傳導給被加熱的空氣，是一種加熱空氣輸出熱風的熱源設備，主要由燃燒室和熱交換器構成，目前已廣泛應用于糧食、種子、飼料等烘干及溫室加溫中。隨著經濟的迅速發展和對環境保護要求的提高，對熱風爐產生的熱效率、使用方便性、加熱污染程度也提出了更高要求。5LMS型熱風爐是新疆農科院農業工程公司研制的產品，主要應用于育苗、牲畜暖圈和溫室大棚中，該產品具有升溫快、熱效率高、結構簡單、安裝方便、易于操作的特點。筆者針對5LMS型熱風爐，從爐內換熱件受熱面積、空氣在爐內加熱時間和爐體構造等進行了分析，對原有爐型進行了改進，以提高熱風爐的熱效率。

1 熱效率影響因素分析

影響熱風爐熱效率的因素主要有兩點：（1）爐體構造。爐體構造不同，空氣在爐體中經過的路徑也不同，直接影響空氣在爐體中的加熱時間，加熱時間的長短直接影響熱效率，空氣在熱風爐中加熱的時間越長，熱效率越高。（2）換熱器。換熱器是熱風爐的主要部件。我國燃煤熱風爐所采用的換熱器主要有管式、板式、熱管式等。目前采用管殼式換熱器，管殼式換熱器受熱面積大，換熱件受熱面積越大，傳導熱能量越多。

2 改進方法

將熱風爐內膽與外筒體夾層的通道封閉，形成一個連續的通道。空氣由原來的同時進入加熱管和內膽與外筒體夾層兩個通道改為先進入加熱管，然后進入內外筒體夾層。即改進前空氣通過的路徑：進風口→加熱管及內膽與外筒夾層（同時進風）→煙道夾層→排出爐體。改進后空氣通過的路徑：進風口→加熱管（第一次加熱）→內膽與外筒壁夾層（第二次加熱）→排出爐體。同時改變了出風口的位置，增加空氣在熱風爐內的行程，有效的提高了熱效率（圖 1）。

圖1 改進前后熱風爐結構

3 改進前后空氣加熱時間對比分析

3.1 改進前加熱時間

改進前空氣在爐內加熱時間

式中T前—空氣在爐內加熱時間 ，s；L—空氣流通路徑長度，m；該長度由兩部分組成：夾層長度L1=0.573 m，與出煙口長度L2=0.3 m組成；V1—筒體與內膽夾層空氣側流速，m/s；V2—出煙口夾層空氣側流速，m/s。

筒體與內膽夾層空氣側流速：

式中 V1—空氣側流速，m/s；Q—風機風量，m3/s（風機風量為 1 200 m3/h，Q=1 200/60×60=0.33m3/s)，F1—筒體與內膽夾層空氣流通截面積，m2。

式中 F1—夾層截面積，m2；D1—外筒直徑（改進前直徑為0.480 m），D2—內膽直徑（改進前直徑為0.380 m）。

所以V1=Q/F1=0.33/0.0675=4.88 m/s

出煙口夾層空氣流通截面積

式中 F2—出煙口夾層面積，m2；D—出煙口套管直徑，m；d—出煙管直徑，m。

根據公式（2），出煙口夾層側流速

根據上述夾層空氣加熱時間：

同上出煙口夾層空氣加熱時間：

空氣總加熱時間：

3.2 改進后加熱時間

改進后空氣在爐內加熱時間

式中 T后—改進后空氣在加熱系統內時間，s；L—空氣路徑長度，該長度有兩部分組成：加熱管長度L1=0.793 m，內膽與外筒夾層路徑長度L2=0.573 m；V—側流速，V1—加熱管空氣側流速度，V2—筒體與內膽夾層空氣側流速度。

加熱管空氣側流速

加熱管流通面積

式中 F1—加熱管流通面積，m；d—加熱管直徑，m；

因為加熱管總數量為10支，所以

因此V1=Q/F1=0.33/0.02289=14.416m/s

改進后筒體與內膽夾層截面積

同上筒體與內膽夾層空氣流速