油氣全自動生物質(zhì)燃燒教學(xué)實驗裝置研制
摘要：設(shè)計制造了工業(yè)燃燒技術(shù)和加熱爐技術(shù)的教學(xué)實驗與科研裝置，主要包括水套加熱爐、燃油及燃?xì)馊詣尤紵龣C、煙氣分析儀等。由全自動燃燒機為水套爐提供熱源，通過燃燒室外側(cè)水套及管式換熱器，將熱量傳遞給循環(huán)水，出口煙氣溫度為70—150℃；利用穿過水套的測量孔，測量燃燒室的溫度場、速度場、濃度場，在煙道出口測定煙氣成分。利用該裝置能夠進行科學(xué)全面的燃燒技術(shù)的研究和評價，并已在教學(xué)實驗中取得了很好的教學(xué)效果。
0 副 言
基于能源、資源與環(huán)境的嚴(yán)重危機，已成為經(jīng)濟和社會發(fā)展瓶頸的背景下，我校于2006年成立了“能源與資源工程”本科專業(yè)。為培養(yǎng)能源、資源與環(huán)境領(lǐng)域高素質(zhì)、復(fù)合型，具有創(chuàng)新能力的技術(shù)和管埋人才，要求本科教學(xué)實驗從以驗證和演示性實驗為主，逐步向工程性、綜合性和研究性轉(zhuǎn)變嘲。驗。過去，國內(nèi)燃燒教學(xué)實驗主要是驗證性的，不能很好地與工程實際結(jié)合，如本生燈實驗、燃料元素分析實驗等嘲。本文針對工業(yè)生產(chǎn)實際，通過試制一臺水套加熱爐，配置先進的全自動燃燒機及煙氣分析儀，為本科生開展教學(xué)實驗。該工程性和綜合性教學(xué)實驗裝置充分體現(xiàn)了當(dāng)今燃燒技術(shù)水平和工程應(yīng)用背景，通過完整的工程燃燒和熱能利用過程，培養(yǎng)學(xué)生對基礎(chǔ)理論的綜合理解、工程實踐能力和創(chuàng)新能力B司。
1 教學(xué)實驗裝置設(shè)計
1.1水套加熱爐
為使實驗裝置反映工程生產(chǎn)實際，設(shè)計的水套加熱爐采用不銹鋼制造，其主要由隔熱水套、燃燒室、管式換熱器和煙道等組成，如圖1所示。水套加熱爐總長2.5 m，爐體外廓直徑0.68 m，燃燒室長1.5 m，內(nèi)徑0.5 m，水套厚度0.06 m。燃燒室的進、出口端都設(shè)有觀火孔。為了測試燃燒室的溫度場、速度場、燃料濃度場，在燃燒室中心水平方向，穿過水套開設(shè)8個測量孔，每個測量孔內(nèi)徑0. 015 m。第1個測量孔距離燃燒室進口端0. 08 m，測量孔1~8間距……依次為0. 08、0.08、0.08、0.12、0.16、0.2和0.3 m。l-燃料進口，2-燃燒機，3-觀火孔，4-加熱爐，s-液位計，6一壓力表，7-門．8-測量孔．9-連接管．10-換熱器，1 1—煙管，12-取樣管，13-煙氣分析儀．I4-7J(套，15-燃燒室，16-水蒸氣，17-探針，18-坐標(biāo)架．19-測量儀表
為了降低排煙溫度，在燃燒室出口安裝管式換熱器，其長度為0.7 m，內(nèi)徑0.3 m，內(nèi)部焊接61根西25×3的不銹鋼換熱管，熱管內(nèi)側(cè)通煙氣，外側(cè)為液態(tài)水。換熱器通過連接管與水套相通，水套和換熱器通過閥門進行給排水及釋放蒸汽。換熱器出口安裝內(nèi)徑l一噴稍，2-點火韓，3一然燒道，4-穩(wěn)焰器，s-風(fēng)道，6-火焰檢測器，7_電動機，8一點火變壓器，9一電磁閥，10-油泵。1I一控制器．12-油管+13-風(fēng)壓開關(guān)．I4-風(fēng)機0.15 m的煙管，其上設(shè)有煙氣測量孔，用煙氣分析儀可測試煙氣成分及溫度。
1.2燃油全自動燃燒機
燃油全自動燃燒機的工藝流程及燃燒實驗照片如圖2所示，其主要由燃油供給系統(tǒng)、配風(fēng)系統(tǒng)、燃燒程序控制系統(tǒng)組成，燃油流量3—6 kg/h。燃油主要通過油管12、油泵10、電磁閥9和噴嘴1進入燃燒道3。燃燒配風(fēng)通過電動機7、風(fēng)機14、風(fēng)道5、穩(wěn)焰器4進入燃燒道3。燃燒程序控制器1 1主要控制電動機7、點火變壓器8、電磁閥9、油泵10的工作狀態(tài)。根據(jù)火焰檢測器6和風(fēng)壓開關(guān)13檢測到的信號，通過程序控制器
1 1控制燃燒機的工作狀態(tài)。
燃油全自動燃燒機主要工作過程是：開啟燃燒機電源，程序控制器執(zhí)行風(fēng)機電動機工作，為燃燒機供風(fēng)。經(jīng)過20 s，程序控制器執(zhí)行點火變壓器工作，由點火棒打火15 s。從點火棒打火時刻起，經(jīng)過5 s，程序控制器執(zhí)行油泵運行和燃油電磁閥打開，通過油管為噴嘴供油。燃油經(jīng)過噴嘴霧化后，與空氣慘混，經(jīng)點火棒點火，油氣混合物在燃燒道組織燃燒。燃燒機具有自動保護功鈍，如果點火失敗，或燃燒過程中火焰熄火，或風(fēng)壓開關(guān)檢測不到風(fēng)壓，火焰檢測器給程序控制器信號，程序控制器執(zhí)行關(guān)閉電磁閥和油泵。再經(jīng)過20 s，程序控制器執(zhí)行關(guān)閉風(fēng)機馬達(dá)，燃燒機進入停運狀態(tài)。
1.3燃?xì)馊詣尤紵龣C
燃?xì)馊詣尤紵龣C的工藝流程及燃燒實驗照片如圖3所示，其主要由燃料氣供給系統(tǒng)、配風(fēng)系統(tǒng)、燃燒程序控制系統(tǒng)組成，燃?xì)饬髁?—6 f113／1l。燃料氣通過燃?xì)夤?1、減壓閥20、閥門19、過濾器18、壓力表17、減壓閥16、壓力開關(guān)15、壓力表14、電磁閥13、針型閥12、噴嘴1、穩(wěn)焰器2進入燃燒道3。燃燒配風(fēng)通過電動機7、風(fēng)機9、風(fēng)道5、穩(wěn)焰盤2進入燃燒道3。程序控制器11主要控制電動機7、點火變壓器8、燃?xì)怆姶砰y13。根據(jù)火焰檢測器6、風(fēng)壓開關(guān)10、燃?xì)鈮毫﹂_關(guān)15檢測到的信號，通過程序控制器11控制各部件的工作狀態(tài)。
燃?xì)馊詣尤紵龣C主要工作過程是：打開燃?xì)夤苈飞纤惺謩娱y門，通過反復(fù)調(diào)節(jié)2個減壓閥，使壓力表17、14顯示的燃?xì)鈮毫Ψ謩e在20.0、5.0 kPa左右。接通燃?xì)馊紵龣C電源，程序控制器執(zhí)行風(fēng)機電動機工作，為燃燒機供風(fēng)。經(jīng)過20 s，壓力開芙檢測燃?xì)鈮毫π盘枺绻細(xì)鈮毫υ诤侠淼姆秶鷥?nèi)，程序控制器執(zhí)行點火變壓器工作，點火棒打火15 s。從點火棒打火時刻起，經(jīng)過5s，程序控制器執(zhí)行燃?xì)怆姶砰y打開，為燃?xì)鈬娮旃┙o燃?xì)猓細(xì)馀c空氣慘混，經(jīng)點火棒點火，可燃?xì)怏w混合物在燃燒道組織燃燒。燃燒機具有自動保護功能，如果點火失敗，或燃燒過程中火焰熄火，或風(fēng)壓開關(guān)檢測不到風(fēng)壓，或壓力開關(guān)檢測的燃?xì)鈮毫π盘柌辉诤侠矸秶鹧鏅z測器給程序控制器信號，程序控制器執(zhí)行關(guān)閉燃?xì)怆姶砰y。經(jīng)過20 s，程序控制器執(zhí)行關(guān)閉風(fēng)機電動機，燃燒機進入停運狀態(tài)。
1-噴嘴。2一穩(wěn)焰器，3-燃燒遭，4-點火棒．5-風(fēng)道6廣I火焰檢測器，7-電動機，8-點火變￡藍(lán)器，9-風(fēng)機，10-風(fēng)壓開關(guān)．1 l-控制器．12-針形閥，13-電磁閥，14-壓力裘，15-壓力開關(guān)，16-減壓闊，】7-壓力表，18-過濾器，19-閥門．20-減壓閥，21-燃?xì)夤?br />
1.4 test0350煙氣分析儀
test0350煙氣分析儀廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)鍋爐的煙氣分析，其包括手操器、分析箱和煙氣探針，如圖4所示。手操器可測量溫度、風(fēng)速、差壓、相對濕度等，分箱用來測量的煙氣成分有CO、02、NO、N0：、S0：、HC。PC接口RS-232），用于傳輸數(shù)據(jù)，具有在線、自動、實時數(shù)據(jù)存儲等功能，一體化打印機具備現(xiàn)場打印數(shù)據(jù)功能。
1.5實驗原理
通過在水套加熱爐上安裝燃油或燃?xì)馊紵龣C，實現(xiàn)不同燃料的燃燒過程。在燃燒室，將燃料燃燒釋放的熱量傳遞給水套的液態(tài)水，高溫?zé)煔馔ㄟ^管式換熱器時，將熱量傳遞給液態(tài)水，由生產(chǎn)蒸汽和爐體散熱及循環(huán)水將燃嬈熱量帶走，使得排煙溫度在70—150℃。采用相關(guān)儀表完成實驗數(shù)據(jù)的測試。
2 實驗項目內(nèi)容
2.1 實驗裝置
介紹燃油和燃?xì)馊紵龣C的總體結(jié)構(gòu)燃料供給系統(tǒng)、配風(fēng)系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和控制系統(tǒng)）、工作過程、安全控制及應(yīng)用領(lǐng)域；水套加熱爐的基本結(jié)構(gòu)、燃燒和熱能利用過程、給排水和參數(shù)測試方法；熟悉test0350煙氣分析儀的原理和操作方法。重點闡述燃油燃?xì)鈬娮旖Y(jié)構(gòu)、穩(wěn)焰機理、燃料與空氣的摻混過程、燃?xì)夤┙o管路功能，并比較燃油與燃?xì)馊紵龣C在燃料供給、燃燒過程和火焰的異同。
2.2 實驗過程
將燃燒機安裝在水套加熱爐進口，接好電源，燃燒機自動進入運行狀態(tài)，依次供風(fēng)、點火、供油哄氣）、燃燒，由火焰監(jiān)測器、風(fēng)壓開關(guān)、燃?xì)鈮毫﹂_關(guān)來監(jiān)視燃燒機是否正常工作。通過調(diào)節(jié)燃油壓力或燃?xì)鈮毫ΓL(fēng)門開度，來調(diào)節(jié)燃燒工況，從而改變煙氣的成分和排煙溫度。通過觀火孔觀察火焰的大小、長度、形狀和顏色，用煙氣分析儀測量煙氣成分及排煙溫度，通過計算機進行存儲。
2.3實驗數(shù)據(jù)處理
將得到的實驗數(shù)據(jù)CO、O：、NO、NO：、SO：、HC、過剩空氣系數(shù)、煙氣溫度為縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)為壓力毓量）繪制曲線。
利用該裝置可進行燃油燃?xì)馊詣尤紵龣C研究，包括噴嘴、穩(wěn)焰器、配風(fēng)、燃燒場、燃料供給、燃燒性能等方面的研究與開發(fā)，能夠開展各類燃油燃?xì)馊紵鞯拈_發(fā)和評價，及燃燒機理研究。
3結(jié) 語
本文研制的油氣燃燒教學(xué)與科研裝置，體現(xiàn)了燃燒技術(shù)和加熱爐技術(shù)，具有工程性和綜合性特點。該裝置能夠進行全面的燃燒技術(shù)研究和評價，測量燃燒室的溫度場、速度場、濃度場，在煙道出口測定煙氣成分。
生物質(zhì)燃燒機
生物質(zhì)顆粒燃燒機
木片燃燒機
木粉燃燒機
鋸末燃燒機
燃燒機
顆粒燃燒機
木塊燃燒機
生物質(zhì)氣化站，http://www.598jx.com
