燃用生物質糧食烘干熱風爐節能優化設計

鄭 濤，林 雪，朱建錫，費 焱，王 潔

（浙江省農業機械研究院，浙江 金華 321000）

近些年來，得益于經濟的高速發展，我國糧食烘干機市場的發展較快。據統計，2012-2016年間，我國糧食烘干機保有量由3.6萬臺增加至8.5萬臺，機械烘干糧食占總產量的20.33%。

目前糧食烘干的一般做法是通過熱風爐（燃煤、燃油、燃生物質等）加熱空氣，輸出穩定溫度的熱風進入烘干機，對糧食進行烘干。以我國現在的能源狀況來看，普遍以燃煤熱風爐為主，并逐年降低，以燃油或生物質燃料熱風爐替代，運用最廣的是列管式和無管式熱風爐［1］。絕大多數用戶在熱風爐排煙口沒有配備脫硫、脫氮和除塵設備，煤燃燒產生的粉塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物直接排入大氣［2］，造成環境污染。新環保法實施后，很多地區將燃煤熱風爐改成燃生物質熱風爐，但只是簡單的將煤替換成生物質顆粒燃料，因缺少行業標準和規范，普遍存在著生物質燃燒不充分、熱效率低、自動化程度低等問題。在堅定不移地貫徹落實節約資源和保護環境的基本國策，“綠水青山就是金山銀山”的發展背景下，要加快淘汰老舊農業裝備，推廣農用節能設備，提升農村能源利用的清潔水平。

1 生物質熱風爐節能優化影響因子

1.1 高溫煙氣

熱風爐排出的煙氣溫度越高，帶走的熱量越多，是熱風爐熱量損失的主要原因。如何對煙氣的余熱進行回收利用，是熱風爐節能設計的有效方法之一［3］。

1.2 熱效率

不同結構的熱風爐熱效率相差較大，熱效率高的可達75%～80%，低的不足40%，平均熱效率55%［4］。通過內部結構的優化設計可以較大幅度的提高熱效率范圍。

1.3 生物質燃燒效率

生物質是一種由纖維素、半纖維素、木質素構成的復雜高聚物，不同細度、不同原料、不同成型密度的生物質顆粒具有不同的燃燒特性，并且也決定了生物質顆粒的熱值及燃燒效率的高低。

1.4 爐體散熱

廠家出于成本考慮，一般用角鋼焊接熱風爐的骨架，巖棉等保溫材料作為填充保溫，外觀用鋼板封殼。這樣的保溫方式爐體散熱損失還是高達15%～20%［5］。

2 熱風爐工作原理及結構

根據現有熱風爐存在的問題，結合熱風爐節能優化影響因子，本文提出一種節能環保的新型生物質熱風爐。整體結構如圖1所示，機體內腔設置有依次連通的爐膛、熱交換管組、旋風除塵桶以及布袋除塵組等。

圖1 整體結構圖

爐膛的進料口通過自動供料裝置與料斗（生物質顆粒料）相連，機體的兩側分別設有出風口和進風口，熱交換管組、旋風除塵桶、布袋除塵組的下方分別對應設有第一集塵盒、第二集塵盒、第三集塵盒。此熱風爐的優點在于除塵充分、節能環保。

2.1 爐膛

爐膛的由厚鋼板卷圓后焊接而成，外壁上設有多片導熱片，多片導熱片自下而上間隔排列。爐膛燃燒室底部呈圓錐狀傾斜向下，底部最低處設有爐柵，爐膛還設有燃燒室和機體外部的供氧通道，可根據輸出熱風溫度自動調節生物質顆粒的燃燒效率。

2.2 熱交換管組

熱交換管組包括多個豎直設置的換熱管組，換熱管組根據空氣行進方向分為下行換熱管組和上行換熱管組。下行換熱管組上端的進煙口與上述爐膛的出煙口連通，下行換熱管組和上行換熱管組的下端通過第一集塵盒連通，上行換熱管組上端的出煙口與旋風除塵桶上部的進煙口連通。

2.3 旋風除塵桶

旋風除塵桶呈錐形且上大下小，該除塵桶通過煙管與布袋除塵組上端的進煙口連通。煙管內設有第二風機，煙管的一端向下豎直設置在旋風除塵桶內，且該端端部的進煙口低于旋風除塵桶的進煙口。

2.4 布袋除塵組

布袋除塵組包括多個豎直設置的除塵耐高溫布袋，布袋上下貫通，熱空氣通過布袋間隙吹出，粉塵則被阻擋在布袋內，繼而落入第三集塵盒。

2.5 進出風口

機體的左側面上設有出風口，且該出風口處設有第一風機。機體有側面及位于旋風除塵桶和布袋除塵組處前后面上均設有百葉窗，百葉窗的開口即為進風口。

此熱風爐工作過程為：料斗內的生物質顆粒經自動送料裝置送入爐膛的燃燒室燃燒，燃燒所產生熱煙氣依次從燃燒室的排煙口進入熱交換管組的下行換熱管組、第一集塵盒、上行換熱管組。在此過程中，部分質量較重的灰塵會落入第一集塵盒內。然后熱煙氣進入旋風除塵桶，由于煙管的端口低于旋風除塵桶的進煙口，所以在第二風機的作用下，煙氣會快速吸入旋風除塵桶旋轉下降后再吸入通煙管。在此過程中，部分灰塵會直接落入第二集塵盒內，也有部分質量較輕的灰塵會粘附在旋風除塵桶內壁上，慢慢滑落到第二集塵盒中。然后煙氣從煙管進入布袋除塵組，通過耐高溫除塵布袋過濾細小灰塵后再從布袋孔隙中滲入到機體的內腔中，在第一風機的吸力作用下，與從百葉窗進入的常溫空氣混合，從右至左依次經旋風除塵桶、熱交換管組以及爐膛上的導熱片加熱后從出風口排出，進入糧食烘干機內。

3 結語

燃用生物質糧食烘干熱風爐通過余熱回收利用技術，輔以煙氣凈化、空氣流場分析以及燃燒分析等技術，提高熱風爐的熱效率，提高生物質顆粒的燃燒效率，節省燃料消耗，達到糧食烘干熱風爐節能降耗的目的。