JKRF-800间接加热式生物质秸秆捆烧热风炉的研制

刘宇航

（徐州市农机技术推广站，江苏 徐州 221006）

JKRF-800间接加热式生物质秸秆捆烧热风炉使用的燃烧原料主要以秸秆捆为主。秸秆(主要是稻麦、玉米秸秆)是一种很好的清洁可再生能源，我国的秸秆产出量已超过7亿t，折合成标煤约为3.5亿t，全部利用可以减排8.5亿t 二氧化碳,作为燃料使用，是最具开发利用潜力的新能源之一，残余的草木灰还可以还田，提高土壤的钾含量。该热风炉使用的燃料是秸秆捆，不用压块、消耗电能，运输方便，大大的降低了农户的使用成本。该设备产生的烟气和热空气（热风）是分开的，对谷物干燥不产生污染。使用成本低，无污染，具有较好的经济、生态和社会效益。

1 整机结构、工作原理及技术参数

JKRF-800间接加热式生物质秸秆捆烧热风炉总体结构设计时吸取沸腾炉、生物质热风炉的优点，引入秸秆捆烧技术，设计合理，结构简单，易操作。主要由炉体、螺旋散热片管式换热器装置、风帽、自动链排装置、鼓风机、引风机、烟道风机组成（如图1所示）。

工作原理：秸秆捆用运输装置放入料仓，经链条炉排在调速电机带动下，不断自前向后移动。秸秆捆进入燃烧室，并接受炉膛内点火装置，依次进行干燥着火阶段，直至燃尽。同时，空气由高压鼓风机炉底鼓风通过调风接管穿过风帽进入炉膛，燃烧后产生700～800℃的高温炉气，由引风机引入尘降室，灰尘沉降后，经烟道进入热交换器，将管子加热，靠管子再把管外冷空气加热成35～60℃热空气送入干燥机，达到间接干燥的目的，从而避免了对谷物干燥的污染。

采用PLC 控制热风炉鼓风机的停开及炉排停转,调节其风机风量的大小,调控热风管道冷风门开关、安全报警器、热动电驿等一系列的装置来实现热风温度的控制，风量的补偿。

主要技术指标：外形尺寸4500mm×2000mm×2200mm；电动机功率110/75kW；发热量2400MJ/h；秸秆消耗量230kg/h；温升35～60℃；热效率＞66%；电压380/220V；送风量6800m3/h。

2 主要工作部件的选型和设计

2.1 秸秆捆烧热风炉燃烧室的研究设计

间接加热式生物质秸秆捆烧热风炉总体结构设计，是吸取沸腾炉、生物质热风炉的优点，引入秸秆捆烧技术，设计合理，结构简单，易操作。

2.2 热风炉烟道气除尘的研究设计

热风炉烟道气除尘的研究设计采用3步除尘，先采用重力式沉降室降尘，烟道气经过热交换管后再用旋风分离器除尘，然后在出风口安装一个布袋除尘器，以便收集烟气中的残余的灰尘。

2.3 热风炉自动控制和安全装置的研究设计

按照国家标准及《烘干机系统验收技术规程》要求,热风温度波动范围为±5℃。人工控制不容易达到这样的效果，烘干温度波动大。采用PLC 控制热风炉鼓风机的停开及炉排停转, 调节其风机风量的大小, 调控热风管道冷风门开等一系列的装置来实现热风温度的控制，风量的补偿。自动控制管道上的传感器、热动电驿等电子仪表，严格控制干燥热风的温度以及冷却时间。

3 设计技术关键

3.1 秸秆捆燃技术

秸秆捆是秸秆经秸秆打捆机捡拾镇压打捆而成，密度比较大，如果要燃烧稳定，必须提高炉温，升温速率越高，挥发分更易析出，燃烧性能越好，燃烧越稳定。载气中氧浓度的增加也会造成燃料燃烧性能的改善，氧浓度增加，燃料燃尽所需要的时间缩短，燃尽温度降低，最大燃烧速率增加。燃烧稳定性、挥发分析出、燃烧特性指标，都随着氧浓度的增加而增加，即氧浓度增加有利于挥发分析出，根据以上理论基础，热风炉燃烧室底部采用沸腾炉模式，空气由高压鼓风机通过调风管穿过炉床底部风帽进入炉膛，提供大量的氧气和压力，有利于提高燃料燃烧性能和燃烧的稳定性。

燃烧室采用圆形结构，采用耐火砖蓄热，上下砖层间限位交错咬砌，加大隔墙厚度，炉体使用耐高温涂层。这样燃烧室结构稳定性好，气流分布较为均匀。

3.2 烟道气的除尘技术

燃烧后产生的高温炉气经过调节至500～700℃后，由引风机引入尘降室，灰尘沉降后，又经烟道进入热交换器内，将管子加热，靠管子再把管外冷空气加热成热空气送入干燥机，达到间接干燥的目的，从而避免了对谷物干燥的污染。烟道气经过降尘后经过旋风分离器二次降尘之后，在出风口安装一个布袋除尘器，以便收集烟气中的残余的灰尘。布袋除尘器的排放低于25mg/Nm3。布袋除尘器为脉动喷射式，容器由压缩空气脉冲清洁。然后通过引风机排出。

3.3 提高热风供给温度、风量的可靠性

采用PLC 集中控制热风炉鼓风机的停开、炉排停转、风机风量的大小、热风管道冷风门开启等，来实现热风温度的控制。控制方便，性价比高。

热风自动控制过程如下：由传感器采集温控区域的温度然后通过PLC 控制电路或控制模块调整风力电机转速，冷风、出风等阀门的开启，热风管道上的传感器回控影响温度变化的主要工件或设备来实现的,传感器反馈的信号不应只显示热风温度。在主体的左右和上下部安放超声波传感器，以进行边缘识别。采用严格控制干燥热风的温度以及冷却时间使出粮温度降到一定的范围。

4 结 语

本项目实施后，研究开发的间接加热式生物质秸秆捆烧热风炉，以秸秆作为清洁可再生能源，使用秸秆捆的直燃技术，减少秸秆压块、粉碎等中间环节，解决粮食烘干成本过高，烘干过程中能耗过大，对环境污染较为严重的问题，提高粮食烘干设备使用经济性。燃烧后的草木灰含有丰富的营养成分如钾、镁、磷和钙，可加工成高效农业肥料进行销售。秸秆捆作为燃料，每2t 秸秆的热值就相当于1t 标准煤，而且其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量达1%。在生物质的再生利用过程中，排放的CO2与生物质再生时吸收的CO2达到碳平衡，具有CO2零排放的作用；合理的使用秸秆可以避免秸秆焚烧所带来的环境污染问题。该成果不仅能给用户带来显著的经济效益，而且具有长远的社会效益和生态效益。