一种基于散煤燃烧的新型家用节能环保采暖炉
丁 艳 徐鹏飞 刘芳宾 王心悦 蒯[kuǎi]子函
[摘要]针对散煤燃烧效率低、烟尘排放量大的问题，因此设计了一种适合乡镇家庭的新型燃煤采暖炉。介绍了该炉的设计特点和实验效果。首次将燃煤粒度控制装置和除尘装置引入家用燃煤采暖炉中，同时集中了三回程反烧结构的燃烧优势和超导热管的换热优势，大大提高了锅炉燃烧和换热效率，节能效果显著。操作使用方便，除尘效率高，符合国家“节能减排”政策，具有良好的推广应用价值。
[期刊名称]中国新技术新产品
[年(卷),期] 2017(000)013
[总页数] 2
[关键词]散煤燃烧；采暖炉；节能环保；设计
家用采暖炉主要使用煤炭作为主要燃料，大多用于没有集中供暖或没有燃气采暖条件的农村或城乡结合部，并且大部分燃烧是原煤。环保部2016年3月的分析表明，在北方，燃烧1吨高挥发分的原煤将排放超过2.5吨的二氧化碳和超过150kg的其他污染物。 市场上的家用采暖炉多使用直接燃烧方式，燃烧不彻底，导致大量能源浪费；这种类型的锅炉配备的除尘器落后或者根本没有配备，也几乎没有脱硫装置，大气污染物排放普遍超标。尽管有些用户设计并安装了钢管余热回收器，余热回收率不高。
目前，我国仍然有2亿分散采暖人口。解决现有家用燃煤采暖炉的燃煤利用率低、热能利用率低和污染高的问题，已成为节能减排的重要任务，具有非常重要的社会价值。
本文设计了一种新型的燃煤采暖炉，该燃炉已与企业建立了对接，并已申请了发明专利，该专利目前正在受理中，下面介绍该锅炉的设计特点和实验情况。
1.新型锅炉的结构和设计特点
结构如图1所示，该锅炉在进煤口的前面装有燃煤粒度控制装置，该装置在加入煤的同时对燃煤进行破碎，以控制燃煤粒度的大小和均匀性。炊事状态时，该装置可翻转至下测，操作方便；炉内燃烧室设计为圆形，燃烧室后端设计为三回程结构；尾部烟箱采用超导热管作为烟气余热回收装置；在采暖炉烟筒部分设计除尘装置。
1.1 燃煤粒度控制装置
燃煤粒度的大小和均匀性对燃烧过程和效率有非常重要的影响：尺寸差异大，燃烧层之间的热传递困难，且通风阻力大；当粒径较小时，炉排通风不理想，漏煤量增多；粒度太大，燃尽时间长，且燃烧不充分。相关研究表明，如果粒径超过50mm，燃烧损失将非常大。在该设计中，将50mm确定为燃煤粒径的上限。
燃煤粒度控制装置结构简单，易于操作：向煤斗中加入适量的煤块后，摇动摇柄将破碎板翻转过来，符合尺寸范围的煤块将直接进入进料管道，较大的煤块通过破碎板和煤斗的挤压，以及与破碎齿的咬合破碎进入进料管道。
1.2 三回程反烧燃烧室结构
传统的直烧式家用采暖炉燃烧空间有限，炉内较短的燃料停留时间，燃烧不足 家用燃煤采暖炉，燃烧效率低和污染物排放高。明火反烧技术遵循燃料燃烧的固有规律，为燃料创造了一个最佳的燃烧过程，并为燃料燃烧提供足够的空气、空间、温度和时间，使燃料得以充分燃烧，从而大大减少了煤炭消耗并且在一定程度上可以达到消烟除尘的目的。多回程燃烧增加了烟气在炉中的停留时间，并使燃烧更完全。考虑到家用等多种因素，新型采暖炉采用三回程反烧结构，炉膛采用圆角设计。圆形炉膛避免了燃烧死角，三回程结构加强了燃烧过程，延长了燃尽时间，并减少了不完全燃烧的损失。
1.3 尾气余热回收装置-超导热管
传统的采暖锅炉尾部烟箱一般采用水套结构来提高余热利用，但余热利用不足，锅炉排烟热损失比较大。
超导热管具有导热速度快、强度高、易于安装、不受安装位置限制、可消除传统换热方式导热死区的特点，尤其是导热效率高，而且成本低。考虑到许多因素，在此设计中使用萘作为工作液，并使用碳钢作为管壳材质，这种材料便宜且寿命长。
1.4 除尘装置考虑到静电除尘和布袋除尘的特点，最终确定基于布袋除尘的原理。除尘装置由除尘布袋和手动机械振动装置组成。除尘布袋固定在手动机械振动装置的振动环上，这两个部分和烟筒形成一个整体结构。
烟气通过该结构后，在经过除尘布袋时，尘粒由于惯性力作用与除尘布袋碰撞而被拦截，达到除尘效果，减少了烟尘量。当布袋内积尘较多时，可使用手动机械式振动装置进行手动除尘，以保证布袋的除尘效率。该装置操作简单，使用方便，成本低廉。
2.节能和环保性能分析
通过对采暖炉的燃烧机理、换热分析和理论计算，可将采暖炉的燃烧效率提高10％以上，余热回收率可高达25％以上，除尘效率高达90％以上。根据2016年的最新统计，京津冀地区的年散煤消费量超过3600万吨。根据最低估计，京津冀地区的年散煤消耗量减少了360万吨。在该项目中，基于原来的10kg/t煤烟排放量，京冀地区由于采暖炉的节能，降低了燃煤消耗 家用燃煤采暖炉，减少了3.6万吨的排尘量。同时，由于增加了除尘装置（效率按90％算），排尘量减少了29.16万吨；每年排尘量总量减少了32.76万吨。如果扩大到整个北方甚至全国，经济和环保效益将非常可观。
3.实验验证和结论
按照实物0.8的比例加工了模型，并进行了模型试验。根据实验数据，分别采用两种方案，计算了煤粉破碎前后的燃烧效率。
方案1：未经处理的煤和处理后的煤，将水箱中的水加热到60℃的平均燃料消耗量；
方案2：等量的未处理煤和处理过的煤，燃尽后称量灰渣重量，以判断煤的燃尽率。
最后，两种方案都证明，破碎后燃煤的燃烧效率有较大提高，燃烧效率可以提高约5％。基于烟气成分浓度测量仪测量的数据进行计算，计算结果表明，安装除尘装置后，除尘效率高达84％。由于试验台受空间限制，与实际工作环境不同，因此在实际使用中烟尘排放浓度会更低。另外，该采暖炉还具有结构简单、成本低、易于加工和批量生产、使用和维护方便、费用低的优点，并且采暖同时可用作家用炉灶，非常适合北方没有集中供暖的村镇家庭，并且易于推广普及。
参考文献：
[1]李凡.雾霾阴影下的散煤之战[J].三联生活周刊,2016,4(7).
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[3]曲轶梅.链条锅炉存在问题与节能措施[J].应用能源技术,2000(2):16-17.
来源：《一种基于散煤燃烧的家用新型节能环保采暖炉》
