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

就點火方式而言，能夠依據點火元件以及顆粒燃料彼此之間的相對位置進行劃分，主要有接觸點火和非接觸式點火。接觸式點火主要以點火元件和燃料進行直接接觸，它的能量借助傳導的方式實現有效地傳輸從而達到被點燃料的效果，所以其具備相當多的優勢。而非接觸式點火主要為不會發生直接的接觸，點火元件所帶來的能量，主要為借助對流的辦法實現燃料的傳輸，以這種方式而言，其主要的優勢為控制簡便等，其主要的點火實現方式為電阻絲，另外還有點火以及電子點火等。

a.電阻棒點火。以電主棒點火來看，其原理具體為：電阻棒在進行通電的時候會導致高溫，一旦溫度要比點火溫度高的話，顆粒燃料會被點燃，在整個燃燒器里，電阻棒往往會相對較長，會直接進到燃燒室，處在燃料下或者是里面，所以其為接觸式點火。在這項技術方面，主要的優勢為能夠很好地被控制，而且點火速度相對要快；缺陷在于耗電量大，并且在整個點火經過里出現一定程度的污染情況，對于那些存在結渣情況的顆粒燃料，如要點燃的話是存在困難的。

b.電阻絲點火。和電阻棒對比的話，電阻絲點火和它是非常類似的，亦借助電能轉化實現給熱能點火。這兩者的主要不同是電阻絲通常不會進入燃燒室，主要設置于燃燒室與風機二者之間的位置，主要借助風機從而將熱量吹到燃燒室里，因此也叫作熱風點火，其為非接觸式點火。主要的優勢為能夠實現較好的可控制性，能夠點所有顆粒燃料，不足為在進行點火的時候，存在能量損失的情況，而且并不節能，存在污染的情況。

c.電子點火。這項技術主要借助電極放電的時候出現的電火花從而實現點燃，這種技術為非接觸式點火。因為電極在放電時出現的能量相對有限，因此應該借助易燃物去進行輔助點火，主要的易燃物為酒精等。其主要的優勢在于點火速度快，造成的污染相對要小，不足在于操作不方便，并且要消耗別的燃料，在自動化方面也相對較難實現。

本項目設計的點火方式為電阻絲熱風點火，屬于非接觸式點火。其主要借助風機對點火絲實現通電，由此帶來的熱量會被吹到燃燒筒里，里面的生物質顆粒燃料會因此被加熱，并會出現升溫，一旦溫度比點火溫度高的話，那么燃料也就會被點燃。因為在操作上簡單可靠，并且安全穩定，整個控制方式相對簡捷，所以得到了廣泛地應用。

1.2 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。

由于熱風點火的換熱方式是熱對流的方式，因此點火絲的換熱效率越高則熱風點火的效果越好，所以點火絲的設計遵從的原則就是最大程度地提高換熱面積。

圖2所示為點火絲的設計圖，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，主要是為了很好地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

點火實驗裝置的結構裝配圖。

2 試驗設計

2.1 試驗方法

以熱風點火來看，其借助對流的方式對熱量進行有效傳輸。在點火試驗過程中，點火質量受到的影響因素較多，主要有功率大小等。所以，在此次試驗里，選取點火絲功率、風速和進料量為主要控制因素。

在試驗中，使用到的點火絲是電阻發熱管，功率是固定值，設計了3個水平，分別是277W、352W和394W，單因素試驗中風速分別設置為2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s、3.5m/s、4.0m/s，共5個水平。進料量設置為200g、250g、300g、350g、400g共5個水平。而在試驗點火時間方面，為點火絲實現通電的時間，主要實現表現點火經過的速度，能耗為點火絲功率和點火時間的乘積，表征點火過程所消耗的能量：污染物排放量是以煙氣分析儀監測的二氧化硫、一氧化碳等濃度對時間的積分來計算的，主要用來表征點火過程對環境的污染程度。

2.2 試驗流程

2.3 單因素試驗設計

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mV1=2.0m/s、V2=2.5m/s、V3=3.0m/s、V4=3.5m/s、V5=4.0m/s;m=350g;P=325W3初始進料量m點火絲功率P風速Vm1=200g、m2=250g、m3=300g、m4=350g、m5=400g;P=352W;V=3.0m/s

3 結語

此次研究，對影響熱風點火的3個主要因素開展了單因素試驗，單因素試驗結果表明：點火絲功率對點火過程的影響呈拋物線型，當點火功率P=350W左右時綜合效果最佳，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。