生物質顆粒水暖鍋爐點火系統的研究

孟慶福 劉 偉 張立明

(黑龍江省農業機械工程科學研究院齊齊哈爾農業機械化研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

1 點火裝置的設計

1.1 點火方式的選擇

生物質顆粒燃燒器主要有2種點火方式，按照點火元件與顆粒燃料的相對位置可分為接觸點火和非接觸點火。接觸式點火就是通過直接接觸的形式來進行點火，所產生的能量通過傳導的形式直接傳送到被點燃料的，其點火的速度快，能量的損耗非常少。電阻棒點火是常見的接觸式點火。非接觸式點火是點火元件和被點的燃料在空間上不直接性的接觸，所產生的能量通過對流的方式傳送到燃料。這種方式在操作上容易控制，簡單和方便。非接觸式點火實現的方式主要有電阻絲，點火和電子點火等。

圖1

a、電阻棒點火。電阻棒點火技術主要原理是：電阻棒通電時會產生高溫，當溫度高于生物質顆粒的燃點時，顆粒燃料就會被點燃，燃燒器中電阻棒一般比較長，會直接伸入燃燒室，插進或墊在燃料下，因此屬于接觸式點火。該技術的優點是易于控制，點火速度快；缺點是耗電量大，在點火過程中會排出一定量的煙塵等污染物，不易點秸稈類結渣現象比較嚴重的顆粒燃料。

b、電阻絲點火。電阻絲點火技術與電阻棒相似，也是通過電能轉化為熱能來點火的。它們的區別在于電阻絲一般不伸進燃燒室里，而是安裝在燃燒室和風機之間，靠風機把熱量吹進燃燒室，所以也稱之為熱風點火，它屬于非接觸式點火。該技術的優點是可控制性非常好，可以點任意顆粒燃料，缺點是點火時會有能量被吹散損失掉，不節能，而且點火時也會排放污染物。

c、電子點火。電子點火技術是利用電極放電時產生的電火花來點燃顆粒燃料，屬于非接觸式點火。由于電極放電產生的能量有限，所以還需要易燃物來輔助點火。常見的易燃物有酒精，燃油等。該技術的優點是點火速度快、效率高、煙塵等污染物排放量較低，缺點是操作不方便，需消耗其它燃料，并且不易實現自動化控制。

該項目設計的點火形式主要為電阻絲熱風點火，屬于非接觸式點火的一種，熱風點火的工作方法就是讓風機在工作的過程中所產生的熱量吹進燃燒筒內，在加熱的過程中放入相應的生物質顆粒燃料，燃料在加熱的過程中溫度會出現升高，一旦溫度比點火溫度高的時候，燃料就會被點燃。由于其操作上簡單、安全，很容易控制住，這樣可以更好地實現自動化控制，所以其運用非常廣泛。

2 機構的設計

燃燒器的點火試驗裝置主要包括點火絲、點火絲架和火焰判斷裝置。

熱風點火的換熱是通過熱對流來進行操作的，所以點火絲的換熱功率越高，熱風點火的效果就越好，因此對點火絲進行設計的時候，最好就是提高換熱的面積。

為了能實現既降低點火絲的安裝體積，又能盡最大程度地提高其換熱面積，因此設計成如圖2所示的回形針形狀。

圖2 點火絲

圖3 點火絲支架

點火絲支架是安裝點火絲的部件，它的一端設計為斜面主要是為了很好的燃燒內筒的風孔對準并和燃燒內筒的后壁嚴密貼合，這樣才能最大程度地保證被點火絲加熱的空氣不會散失。支架的另一端是一個小平臺，這個平臺是用來定位和安裝點火絲的。點火絲和支架實物如圖4所示。

圖4 點火絲及支架實物

圖5 點火實驗裝置的結構裝配圖

3 試驗設計

通過對流的方式將發熱的物體產生的熱量傳送到受熱物體上叫熱風點火。在進行點火的實際操作中，點火會受到很多因素的影響，比如對流的速度、受熱物體的質量以及功率的大小，這些所造成的影響是非常大的。本實驗從點火絲功率的大小、進料量和風速3點進行嚴格地把控。

實驗的過程中通常取用點火絲為電阻的發熱管，分別設置了3個數值，分別是277W、352W和394W，在單因素的試驗中進料量分別為200g、250g、300g、350g、400g這5個水平，將其風速分別設置為2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s、3.5m/s、4.0m/s 5個水平。在試驗的過程中要將點火絲的通電時間進行記錄，也就是點火過程的快慢；能耗表示的是點火時間乘以點火絲功率的和，這也表示在點火過程中所消耗的能量，計算污染物排放量主要是通過煙氣分析儀監測的一氧化碳、二氧化硫等濃度對時間的積分進行計算的，主要對點火過程的環境污染程度進行表示。

3.1 試驗流程

圖6

3.2 單因素試驗設計

影響生物質熱風點火效果的因素主要有3個：點火絲功率、初始進料和點火風速。但是每個因素對點火試驗的影響規律卻不得而知，因此，本文設計了3組單因素試驗對以上3個因素的影響規律進行了研究。

單因素試驗設計的原則：每組試驗選擇一個主要研究因素，然后針對這個研究因素在一個合理的范圍內設計若干個試驗值，這個范圍主要參考國外相關領域的研究經驗設置，對于其它2個次要研究因素則設置一個合理的固定值。試驗的目的是探索主要研究因素按一定原則進行變化時對整個點火效果的影響規律。

編號主要研究對象次要研究對象參數設置1點火絲線功率P風速V初始進料量mP1=277W、P2=352W、P3=394W;V=3.0m/s;m=350g2風速V點火絲功率P初始進料量mV12.0m/s、V2=2.5m/s、V3=3.0m/s、V4=3.5m/s、V5=4.0m/sm=350g;P=352W3初始進料量m點火絲功率P風速Vm1=200g,m2=250g,m3=300g,m4=350g,m5=400gP=352W;V=3.0m/s

3 結語

本文通過以上主要對生物質顆粒燃料的熱風點火性能進行了試驗研究，對影響熱風點火的3個主要因素開展了單因素試驗。實驗表明，當點火功率P=350W左右時效果最佳，風速對點火過程呈反比例型影響，即風速越大效果越差，但風速低時風機的穩定性能不是很好，綜合效果為風速V=3.0m/s時最好，初始進料量對風速的影響也是呈拋物線型，綜合效果在m=250～300g之間時最好。