生物质颗粒燃料炊事炉具的技术原理及正确使用

摘要　介绍了生物质颗粒燃料炊事炉具的技术原理及正确使用的方法，指出了安全使用注意事项，提出了降低使用成本的措施 　　由于生物质能源具有可再生、存储量大、可循环利用等特点，所以在传统化石能源价格日趋上涨的今天，越来越受到全人类社会的广泛关注，并给户用生物质炉具的发展带来了前所未有的发展机遇。山西省长治市农机生产力促进中心根据这一实际情况，研制成功了生物质颗粒燃料炊事炉具。该炉具采用半气化燃烧技术，具有火力强劲、使用方便、性能可靠、质优价廉等特点。 　　1生物质颗粒燃料炊事炉具的技术原理 　　生物质颗粒燃料炊事炉具属于生物质节能炉具范畴。该炉具设计了完善且能保证充分燃烧的通风供氧系统，而且应用二次供氧技术，新增了二次风技术和风路通道，利用缺氧功效加热反应转换过程产生气化，使生物质燃料通过高温裂解后产生氧化反应作用，生成一些可燃气体(一氧化碳、氢气、甲烷等)。 　　在二次供氧的作用下，发生喷射燃烧，提高了燃料的利用效率和燃烧效率，从而达到节能环保的效果，同时明显减少二氧化碳、二氧化硫等有害污染物的排放。该技术通过设置保温层，增加拦火圈，延长了高温烟气流在炉膛里的回旋路程和时间，从而使热损失减少、热效率提高，既省燃料，又省时间，并且安全卫生、使用方便。 　　从热力学原理来看，生物质颗粒燃料炊事炉具基本达到了3个条件：一是能将燃料充分燃烧，使燃料中的化学能比较完全地转化为热能；二是传热、保温效果好，使有效利用的热值增大，散热的热值减小；三是余热能得到较好利用，尽可能减少排烟余热和其他热损失，同时固体燃料在高温缺氧状况下，在合理控制空气供给过量系数的情况下，能够实现气化。 　　因此，该炉具在研究设计中把炉具的炉膛下部分（气化段）设计成一个基本密闭的系统，其供给空气量可以调节，使燃料的气化效果明显。有了好的气化效果，在燃烧时要保证有充足的空气助燃，从而保证有适当的使用温度。在炉膛上部分设计了二次进风环带（燃烧段），在环带上均匀分布了许多二次供氧小孔，大大加强了气化燃料的充分燃烧，使燃烧火焰呈亮白色。另外，对炉膛与锅底部的间隙尺寸进行了优化设计，找到了炉膛及炉膛与锅底部的最佳配合尺寸，延长了高温烟气流在灶膛里的回旋路程和时间，避免燃烧的火焰直接排到烟道中，从而使热损失减少，热效率提高。 　　生物质颗粒燃料炊事炉具的性能参数为：热效率大于45%，炊事火力强度大于2.5kW，烟尘平均排放浓度不大于40mg/m3，二氧化硫平均排放浓度不大于40mg/m3，氮氧化物平均排放浓度40mg/m3，一氧化碳平均排放浓度不大于0.2%，林格曼黑度小于1级，可烧燃料包括生物质颗粒、农作物秸秆、树枝、柴草等可再生生物质。 　　2生物质颗粒燃料炊事炉具的正确使用方法 　　2.1安装 　　2.1.1室内安装　室内安装时，须将配套直径的烟管和弯头与炉体上的烟嘴连接好，连接处要密实，以便烟气排向室外。动力配风型的烟管可根据室内状况随意安装，能将废气排出即可。自然抽风炉子的烟管高度不得低于3m，出口处配置避风弯头，以便烟气排放畅通。对于动力配风的炉子，须在炉子高度1m处合适位置安装220V带开关的电源插座，便于12V微型风机使用，风机直接套在炉体风机接口上，由12V电源适配器插头与风机电源插头相连。 　　2.1.2室外安装　动力配风的炉子在室外使用时，无需烟管，在炉体烟嘴上套上烟盖直接使用。 　　2.2使用 　　2.2.1初次使用　初次使用时，需将炉膛用温火烘干2～4h，排干炉膛内部的水分，便于气化燃烧。 　　2.2.2燃料和引火柴　①燃料。主要以各种生物质颗粒燃料为燃料，生物质压块、薪柴、树枝、秸秆等也可直接放在炉子中进行燃烧。②引火柴。采用上炉口点火，自上而上的反烧方式进行气化燃烧。点火时须选用一些易燃、而烧的材料（细木材、刨花等），以便快速引火。 　　2.2.3装料与点火　首先将生物质颗粒燃料(湿度低于10%，0.5～1kg料)放入炉膛内，燃料装至喷火口下方约50mm处，可在上面放少量引火柴至喷火口处，并在中间拨开1个小洞，用1小砣固体火锅燃料或用2～3根长100mm左右的废塑料打包带放入小洞中，点火将引火柴引燃。 　　2.2.4控制与调节　①动力配风炉的使用控制与调节。燃烧时，出灰口盖始终盖上，引火柴着火后，接通电源启动微型风机送风，开始时风量调节旋钮可调至最大，正常燃烧后，将风量调节旋钮调至指示标牌“中”位置，炉子便开始气化燃烧，此时火力强劲，可看到二次风孔中有火焰喷出，此时可将灶具放置在炉口上炊事。火力大小可通过转动调速开关的调节旋钮来控制。 　　若续料继续燃烧时，应将调速开关的调节旋钮调节到关闭状，再给炉内加料。燃料挥发份燃烧完时，应将风量调节旋钮调到最大，使炉膛中热量全部释放出来。装1炉生物质燃料(0.5～1kg)可供四五口之家做1顿饭，燃烧时间为60～70min，烧5kg开水时间为10～12min。动力配风的炉具每月用电量为0.3～0.7kWh。炉具第2次使用时，应用火钳将炉膛内底部的结渣清除干净，再装料使用。 　　②自然通风炉使用控制与调节。安装时，自然通风炉烟囱不得低于3m，首先将进风炉门抽开一点，以便一次风输入；然后立即将灶具座在炉口上，灶具与炉体座锅圈四周必须密实，不得串风，否则会影响气化燃烧效果。坐锅后8min内不要端锅，尽快让炉口温度迅速上升产生气化。为了控制炉子在燃烧时达到理想的气化效果，可通过风门调节逐步将风门关小，直到听到炉内呼呼的气化声和观察烟囱不冒黑烟为止，才达到理想的气化效果。 　　为了保证稳定的气化状态，不要随意调节风门或频繁地端锅。若造成可燃气体浓度降低而熄火，可以用明火点燃，或者迅速将进风炉门拉开，使可燃气体尽快着火，然后缓慢地将炉门关闭，以烟囱不冒烟为好。为了持久燃烧，在感觉火力有所下降时，可打开续柴口，少而勤地向炉内加3～5块料。不要一次加得过多，以免炉口温度下降而产生黑烟。加完柴后应迅速盖上续柴口，以免影响使用效果。炉内燃料挥发分烧完后，应将进风炉门全部抽开，让残留在炉内余热全部释放出来。 　　3安全使用注意事项 　　安全使用生物质颗粒燃料炊事炉具须注意的事项有:①不得用液体燃料倒在炉中作引火，以免造成人身伤害。②燃料燃烧时不能从续料口中过近直观炉内火势，以免炉内压力过大，造成回火伤人。③点火气化后，燃料未燃尽前，最好不要频繁打开续柴口，以免影响气化效果。④炉具附近不要放置可燃、易爆物品，以免造成不必要的损失。⑤正常使用时，炉体和烟囱有较高温度，请勿触摸，以免烫伤。⑥不得带电装卸风机，不得湿手插卸电源插头，以免造成人身伤害。 　　4降低使用成本的措施 　　要想降低生物质颗粒燃料炊事炉具的使用成本，在日常使用中要做到：每次装料使用时，不必整个炉膛都装满生物质颗粒燃料，可先在炉膛底部装50mm左右深的颗粒燃料，上面放些粉碎后的小树枝、玉米芯等生物质原料，燃烧时照样气化，火力不减，可省去部分颗粒燃料的购买费用；在长时间使用时，也可在炉口上方撒少许煤，炉子也可气化燃烧。 　　一个4口之家一日三餐用颗粒燃料约为2.5kg，玉米秸秆颗粒燃料售价为500元/t左右，农户日使用成本约为1.25元，年使用成本约为450元左右，与煤炭、液化气及电磁炉相比，成本极低，而且火力强劲，操作方便，老少皆宜。（□吕凯鹏　赵俊雅　宋宇　赵振军）