5LMS型热风炉改进前后热效率对比分析

冯丹玲,齐太柱

（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐830091；2.新疆设施农业工程与装备技术研究中心；3.新疆农科院设施农业技术装备重点实验室）

热风炉是集燃烧与换热为一体，将燃料通过燃烧产生的高温烟气借助管束及壳体传导给被加热的空气，是一种加热空气输出热风的热源设备，主要由燃烧室和热交换器构成，目前已广泛应用于粮食、种子、饲料等烘干及温室加温中。随着经济的迅速发展和对环境保护要求的提高，对热风炉产生的热效率、使用方便性、加热污染程度也提出了更高要求。5LMS型热风炉是新疆农科院农业工程公司研制的产品，主要应用于育苗、牲畜暖圈和温室大棚中，该产品具有升温快、热效率高、结构简单、安装方便、易于操作的特点。笔者针对5LMS型热风炉，从炉内换热件受热面积、空气在炉内加热时间和炉体构造等进行了分析，对原有炉型进行了改进，以提高热风炉的热效率。

1 热效率影响因素分析

影响热风炉热效率的因素主要有两点：（1）炉体构造。炉体构造不同，空气在炉体中经过的路径也不同，直接影响空气在炉体中的加热时间，加热时间的长短直接影响热效率，空气在热风炉中加热的时间越长，热效率越高。（2）换热器。换热器是热风炉的主要部件。我国燃煤热风炉所采用的换热器主要有管式、板式、热管式等。目前采用管壳式换热器，管壳式换热器受热面积大，换热件受热面积越大，传导热能量越多。

2 改进方法

将热风炉内胆与外筒体夹层的通道封闭，形成一个连续的通道。空气由原来的同时进入加热管和内胆与外筒体夹层两个通道改为先进入加热管，然后进入内外筒体夹层。即改进前空气通过的路径：进风口→加热管及内胆与外筒夹层（同时进风）→烟道夹层→排出炉体。改进后空气通过的路径：进风口→加热管（第一次加热）→内胆与外筒壁夹层（第二次加热）→排出炉体。同时改变了出风口的位置，增加空气在热风炉内的行程，有效的提高了热效率（图 1）。

图1 改进前后热风炉结构

3 改进前后空气加热时间对比分析

3.1 改进前加热时间

改进前空气在炉内加热时间

式中T前—空气在炉内加热时间 ，s；L—空气流通路径长度，m；该长度由两部分组成：夹层长度L1=0.573 m，与出烟口长度L2=0.3 m组成；V1—筒体与内胆夹层空气侧流速，m/s；V2—出烟口夹层空气侧流速，m/s。

筒体与内胆夹层空气侧流速：

式中 V1—空气侧流速，m/s；Q—风机风量，m3/s（风机风量为 1 200 m3/h，Q=1 200/60×60=0.33m3/s)，F1—筒体与内胆夹层空气流通截面积，m2。

式中 F1—夹层截面积，m2；D1—外筒直径（改进前直径为0.480 m），D2—内胆直径（改进前直径为0.380 m）。

所以V1=Q/F1=0.33/0.0675=4.88 m/s

出烟口夹层空气流通截面积

式中 F2—出烟口夹层面积，m2；D—出烟口套管直径，m；d—出烟管直径，m。

根据公式（2），出烟口夹层侧流速

根据上述夹层空气加热时间：

同上出烟口夹层空气加热时间：

空气总加热时间：

3.2 改进后加热时间

改进后空气在炉内加热时间

式中 T后—改进后空气在加热系统内时间，s；L—空气路径长度，该长度有两部分组成：加热管长度L1=0.793 m，内胆与外筒夹层路径长度L2=0.573 m；V—侧流速，V1—加热管空气侧流速度，V2—筒体与内胆夹层空气侧流速度。

加热管空气侧流速

加热管流通面积

式中 F1—加热管流通面积，m；d—加热管直径，m；

因为加热管总数量为10支，所以

因此V1=Q/F1=0.33/0.02289=14.416m/s

改进后筒体与内胆夹层截面积

同上筒体与内胆夹层空气流速