生物质颗粒水暖锅炉点火系统的研究

孟庆福 刘 伟 张立明

(黑龙江省农业机械工程科学研究院齐齐哈尔农业机械化研究所，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

1 点火装置的设计

1.1 点火方式的选择

生物质颗粒燃烧器主要有2种点火方式，按照点火元件与颗粒燃料的相对位置可分为接触点火和非接触点火。接触式点火就是通过直接接触的形式来进行点火，所产生的能量通过传导的形式直接传送到被点燃料的，其点火的速度快，能量的损耗非常少。电阻棒点火是常见的接触式点火。非接触式点火是点火元件和被点的燃料在空间上不直接性的接触，所产生的能量通过对流的方式传送到燃料。这种方式在操作上容易控制，简单和方便。非接触式点火实现的方式主要有电阻丝，点火和电子点火等。

图1

a、电阻棒点火。电阻棒点火技术主要原理是：电阻棒通电时会产生高温，当温度高于生物质颗粒的燃点时，颗粒燃料就会被点燃，燃烧器中电阻棒一般比较长，会直接伸入燃烧室，插进或垫在燃料下，因此属于接触式点火。该技术的优点是易于控制，点火速度快；缺点是耗电量大，在点火过程中会排出一定量的烟尘等污染物，不易点秸秆类结渣现象比较严重的颗粒燃料。

b、电阻丝点火。电阻丝点火技术与电阻棒相似，也是通过电能转化为热能来点火的。它们的区别在于电阻丝一般不伸进燃烧室里，而是安装在燃烧室和风机之间，靠风机把热量吹进燃烧室，所以也称之为热风点火，它属于非接触式点火。该技术的优点是可控制性非常好，可以点任意颗粒燃料，缺点是点火时会有能量被吹散损失掉，不节能，而且点火时也会排放污染物。

c、电子点火。电子点火技术是利用电极放电时产生的电火花来点燃颗粒燃料，属于非接触式点火。由于电极放电产生的能量有限，所以还需要易燃物来辅助点火。常见的易燃物有酒精，燃油等。该技术的优点是点火速度快、效率高、烟尘等污染物排放量较低，缺点是操作不方便，需消耗其它燃料，并且不易实现自动化控制。

该项目设计的点火形式主要为电阻丝热风点火，属于非接触式点火的一种，热风点火的工作方法就是让风机在工作的过程中所产生的热量吹进燃烧筒内，在加热的过程中放入相应的生物质颗粒燃料，燃料在加热的过程中温度会出现升高，一旦温度比点火温度高的时候，燃料就会被点燃。由于其操作上简单、安全，很容易控制住，这样可以更好地实现自动化控制，所以其运用非常广泛。

2 机构的设计

燃烧器的点火试验装置主要包括点火丝、点火丝架和火焰判断装置。

热风点火的换热是通过热对流来进行操作的，所以点火丝的换热功率越高，热风点火的效果就越好，因此对点火丝进行设计的时候，最好就是提高换热的面积。

为了能实现既降低点火丝的安装体积，又能尽最大程度地提高其换热面积，因此设计成如图2所示的回形针形状。

图2 点火丝

图3 点火丝支架

点火丝支架是安装点火丝的部件，它的一端设计为斜面主要是为了很好的燃烧内筒的风孔对准并和燃烧内筒的后壁严密贴合，这样才能最大程度地保证被点火丝加热的空气不会散失。支架的另一端是一个小平台，这个平台是用来定位和安装点火丝的。点火丝和支架实物如图4所示。

图4 点火丝及支架实物

图5 点火实验装置的结构装配图

3 试验设计

通过对流的方式将发热的物体产生的热量传送到受热物体上叫热风点火。在进行点火的实际操作中，点火会受到很多因素的影响，比如对流的速度、受热物体的质量以及功率的大小，这些所造成的影响是非常大的。本实验从点火丝功率的大小、进料量和风速3点进行严格地把控。

实验的过程中通常取用点火丝为电阻的发热管，分别设置了3个数值，分别是277W、352W和394W，在单因素的试验中进料量分别为200g、250g、300g、350g、400g这5个水平，将其风速分别设置为2.0m/s、2.5m/s、3.0m/s、3.5m/s、4.0m/s 5个水平。在试验的过程中要将点火丝的通电时间进行记录，也就是点火过程的快慢；能耗表示的是点火时间乘以点火丝功率的和，这也表示在点火过程中所消耗的能量，计算污染物排放量主要是通过烟气分析仪监测的一氧化碳、二氧化硫等浓度对时间的积分进行计算的，主要对点火过程的环境污染程度进行表示。

3.1 试验流程

图6

3.2 单因素试验设计

影响生物质热风点火效果的因素主要有3个：点火丝功率、初始进料和点火风速。但是每个因素对点火试验的影响规律却不得而知，因此，本文设计了3组单因素试验对以上3个因素的影响规律进行了研究。

单因素试验设计的原则：每组试验选择一个主要研究因素，然后针对这个研究因素在一个合理的范围内设计若干个试验值，这个范围主要参考国外相关领域的研究经验设置，对于其它2个次要研究因素则设置一个合理的固定值。试验的目的是探索主要研究因素按一定原则进行变化时对整个点火效果的影响规律。

编号主要研究对象次要研究对象参数设置1点火丝线功率P风速V初始进料量mP1=277W、P2=352W、P3=394W;V=3.0m/s;m=350g2风速V点火丝功率P初始进料量mV12.0m/s、V2=2.5m/s、V3=3.0m/s、V4=3.5m/s、V5=4.0m/sm=350g;P=352W3初始进料量m点火丝功率P风速Vm1=200g,m2=250g,m3=300g,m4=350g,m5=400gP=352W;V=3.0m/s

3 结语

本文通过以上主要对生物质颗粒燃料的热风点火性能进行了试验研究，对影响热风点火的3个主要因素开展了单因素试验。实验表明，当点火功率P=350W左右时效果最佳，风速对点火过程呈反比例型影响，即风速越大效果越差，但风速低时风机的稳定性能不是很好，综合效果为风速V=3.0m/s时最好，初始进料量对风速的影响也是呈抛物线型，综合效果在m=250～300g之间时最好。