新型家用蜂窝煤炉的设计及其机理初探

刘明康

摘 要：本文将对新型家用蜂窝煤炉的运行机理和设计方案进行分析。首先介绍了新型家用蜂窝煤炉的结构特点、燃烧机理以及传热机理。在此基础上，对新型家用蜂窝煤炉进行优化设计，主要包括二次进风改造措施、送风和引风比例调节、炉芯设计方案以及节能设计方案等，一起提高新型家用蜂窝煤炉的运行效率和节能性。

关键词：新型家用蜂窝煤炉；运行机理；优化设计方案

新型家用煤炉目前在农村家庭供暖中得到了广泛应用，是农村居民自主供暖的重要方式。新型家用煤炉的外壳有砖砌和铁皮等形式，以蜂窝煤作为燃料，燃煤热效率较高，有利于降低环境污染，提高燃煤经济性。对新型家用蜂窝煤炉的设计方法和运行机理进行分析，有利于促进新型家用煤炉的推广，使用新型家用蜂窝煤炉代替传统煤炉，达到节约资源、保护环境的目的。

一、新型家用蜂窝煤炉的运行机理

（一）新型家用蜂窝煤炉的结构特点

新型煤炉采用回风式设计思想，整个煤炉呈筒状结构，直径为310mm，高450mm，外壳使用砖砌或金属外壳，外接烟囱，可以防止屋内空气污染。煤炉上部设置有炉台，可以用于烧水或做饭，兼具取暖功能，可供一般农村单间楼房使用。新型家用蜂窝煤炉主要由上烟囱、提火圈、支架圈、炉口护面板、耐火土表面层、保温层、耐火土炉芯、炉篦、下炉门等部分组成。新型家用蜂窝煤炉的燃煤热效率显著提升，每年可节省煤料430公斤，而且热速率高，水烧开的时间仅需7分钟左右，相比于传统煤炉具有节能、环保、高效等诸多优势[1]。

（二）新型家用蜂窝煤炉的燃烧机理

煤的燃烧过程较为复杂，同时涉及到物理和化学变化。其燃烧过程主要包括煤的预热和干燥阶段、焦炭形成阶段、可燃气体的燃烧反应阶段以及灰渣形成阶段等。在实际燃燒过程中，各阶段交互进行，燃烧效果主要受煤炉结构以及操作方式影响。煤不充分燃烧会产生有毒气体一氧化碳，同时会消耗大量热量，造成热量损失。为达到充分燃烧的目的，必须确保空气供应及时，并保证炉内保持较高温度。新型家用蜂窝煤具有自然吸风作用，采用上下可调式炉门控制空气供应量，可以保证空气供应充足，同时避免发生熄炉现象[2]。

（三）新型家用蜂窝煤炉的传热机理

为了充分利用煤燃烧产生的热能，要确保热能有足够时间被炉膛吸收，炉口与受热面的距离应适中，并通过扩大受热面积提高燃煤的热效率。新型家用蜂窝煤炉增加了提火圈和支架圈对煤炉传热机制进行调节，可以确保炉内人能有足够时间被吸收，使炉口保持足够高的温度，同时确保排烟温度较低，热能被充分利用。

二、新型家用蜂窝煤炉的优化设计方案

（一）二次进风改造措施

传统家用煤炉炉口温度较低的主要原因是炉口装置欠佳和没有二次进行措施。因此，要提高煤炉炉口温度，一方面要挖掘炉口装置的潜力，另一方面要对其进行二次进行改造。可采用增加蓄热板或增加火油炉的二次进风改造措施，提高炉口温度，进而提高燃煤效率。

（二）炉芯设计方法

炉芯是新型家用蜂窝煤炉的关键构建，采用优质材料制作炉芯，可以有效提升炉瓦的最高温度和炉口的最高温度。本次设计采用粘土制成的生炉瓦，相比于耐火土材料制成的熟炉瓦，炉瓦最高温度可提升100℃左右，炉口最高温度可提升150℃左右。

（三）送风和引风比例调节

在煤炉燃烧运行过程中，要调节好送风和引风的比例。新型煤炉采用下点火方式，设置有下炉门、炉口温度测试点以及排烟温度测试点，方便对炉温和空气供应情况进行调节。在旺火燃烧下，下炉门的面积应与通风界面剂相等，从而获得较好的热控制能力。可以将上下炉门的最大开度均设计为27cm.2。

（四）节能环保设计方案

从节能环保角度出发，上燃式煤炉比下燃式煤炉更有利于减少对环境的污染，而且可以提高燃煤热效率。两种煤炉的燃烧机理不同，上燃式蜂窝煤的最上层煤灰温度约为600～800℃，第二层氧化层温度为600～1100℃，第三层干馏层温度为300～600℃。可以确保在蜂窝煤燃烧过程中，二氧化碳不会被还原成一氧化碳。此外还能使燃煤过程中产生的SO2等有害气体以CaSO4和MgSO4的形式留在灰渣中，从而达到降低热量损耗，保护环境的目的。随着上燃式煤炉技术的逐渐成熟，农村家用蜂窝煤炉应采用上燃式煤炉代替传统的下燃式煤炉，从而满足社会的可持续发展要求。

三、结语

综上所述，新型家用蜂窝煤炉采取节能性设计方案，可以提高煤炉运行的燃烧效率和传热效率，从而达到节约能源、降低能耗的目的。通过合理设计煤炉结构，增加二次进风设施，可以提高确保煤炉空气的稳定供应，使炉内保持足够的温度，进而确保煤的充分燃烧，避免产生一氧化碳和二氧化硫等有毒气体。此外，通过对上下炉门面积进行均等设置，可以达到调节送风和引风比例的目的。

参考文献：

[1]徐大为，王昆能，胡浪，孙先波.基于温差发电的智能柴煤炉设计[J].湖北民族学院学报（自然科学版），2016，34（02）：207-209+240.

[2]刘治宝.威索燃烧器在热煤炉系统中的安全使用设计[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2011，30（S1）：173-175.