户用智能多功能生物质采暖炉的设计与燃烧实验.doc
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1、户用智能多功能生物质采暖炉的设计与燃烧实验摘要:针对传统生物质采暖炉热效率不高、智能化程度较低等问题,文章设计了一种新型户用智能采暖炉。该采暖炉采用了发条机构的设计,在发条蓄积能量后,通过传动系统和螺旋送料器将燃料送入燃烧室;基于STM32单片机的控制系统,能够对传感器实时反馈的温度做出反应,从而实现智能化进料,并控温保温;采用三级除尘装置的除尘系统,可实现烟气和颗粒物的低污染排放。以玉米秸秆成型颗粒为燃料对设计的采暖炉进行燃烧实验,实验结果表明,在日运转14h的情况下,大约需要39.9kg的玉米秸秆成型颗粒,采暖炉的额定发热量为1620kJ,热效率为63%。前言户用智能多功能生物质采暖炉的使
2、用可以有效地加强农村供暖能源设施的建设,在农村地区推广以生物质颗粒为燃料的供暖模式,并使用配套的节能环保炉具,可同步解决炊事、取暖和洗浴所需的能源,从而降低燃料使用成本,实现清洁供暖1。生物质锅炉是将生物质作为燃料进行燃烧,从而产生热量,目前,生物质锅炉的主要用途是将燃烧产生的热量用于发电2。国外有关生物质采暖炉技术的研究日趋成熟,我国在生物质燃烧技术和设备上也有了一些新的突破37。罗冰研制的小型生物质铡碎料直燃热水锅炉和刘庆玉研制的户用生物质采暖炉,均在炊事上和机械结构上进行了改进,但并未实现自动化和多功能化8,9。户用智能多功能生物质采暖炉的自动化程度占整个工作流程的85%以上,基本上实现
3、了送料、送风、送水、输水、自动点火、智能控温等功能,并且在满足以上基本功能外实现了手机APP智能控制10。从能源利用率和自动化程度考虑,户用智能多功能生物质采暖炉能够提升农村供暖的污染治理水平,调整优化农村供热能源结构。本文对一种户用智能多功能生物质采暖炉的能源利用机构和自动化控制系统进行研究,以实现节能供暖、环保供暖、智能供暖。1整机结构和工作原理1.1整机结构采暖炉的总体结构如图1所示。由图1可知,采用螺旋送料器将料仓和采暖炉连接起来,由发条机构驱动。鼓风机直接连接采暖炉,通过鼓风机头部的阀门调节风量的大小。控制系统位于采暖炉上部,连接自动送料系统、点火系统以及自动控温系统。控制面板位于电
4、气控制系统的外部,以便控制采暖炉进行工作。水箱和水管位于采暖炉的四周,以便实现换热功能,灶台位于采暖炉的上方,通过燃烧罩控制火焰的大小。1.2工作原理采暖炉工作时,用户通过控制系统设置温度和启动时间,到达设定时间后,控制系统启动发条送料机构,发条机构将料仓中的燃料送至燃料预处理仓,通过喷嘴将燃料喷入炉膛内,控制系统控制打火器将燃料点燃。利用燃料燃烧产生的热量加热水箱中的水,满足供暖与洗浴需求,利用上部火焰可以满足炊事需求。温度传感器可实时反馈温度,当室温低于设定温度时,控制系统加快送料系统的送料速度和鼓风机的进风速度,加速燃烧,提高发热量和室温;当室温高于设定温度时,控制系统减慢送料与进风的速
5、度,降低发热量和室温,从而实现智能控温。2关键部件的设计2.1发条送料机构自动送料机构的核心需要足够的输出力矩使螺旋送料器能够正常运转,并且输出力矩要均匀,其次要有一定的工作圈数和足够高的疲劳强度以及较好的抗弹性疲劳性能。综合以上情况,本文选取发条机构作为自动送料机构的核心部件11。发条凭借着操作简单的优点,被广泛地应用于各个领域。发条聚集能量后把能量输送给擒纵机构,擒纵机构把能量均匀地分开,通过传动系统和螺旋送料器将生物质燃料送到燃烧室中。发条送料机构的结构如图2所示。2.2控制系统送料系统、燃烧系统、换热系统、除灰系统和智能控制系统共同组成户用智能多功能生物质采暖炉,其中,智能控制系统是送
6、料系统的重要组成部分,具有智能控制送料、温度检测、自动点火、智能控温、远程手机控制等功能。以STM32单片机为设计核心,单片机与室内温度传感器通过无线模块实现通信,根据室内温度传感器的信号,单片机控制下料电机的转动。通过红外线传感器探测料仓内的燃料余量并传输给单片机,当燃料余量较低时,语音模块会发出警报。因此,将控制系统从功能上分为温度检测、送料控制、远程控制3个功能模块。控制系统的结构框图见图3。控制系统的载体为控制柜,设计其外形尺寸为200mm150mm400mm,控制系统的工作电压为220V。户用多功能采暖炉正常工作时,通过控制鼓风机的吹风量来改变燃料的燃烧程度,通过控制发条机构来改变送
7、料速度。当室温高于设定温度时,鼓风机和发条机停止或减速工作;当室温等于设定温度时,鼓风机和发条机构正常工作;当室温低于设定温度时,鼓风机和发条机加速工作。2.3除尘机构除尘机构如图4所示。除尘机构由一级除尘装置、二级除尘装置和三级除尘装置组成,其中,一级除尘装置连接有静电除尘装置和烟灰收集室,一级除尘装置能够对灰分进行一级分离,将灰分送入灰分收集室。静电除尘装置内设有烟灰分离室,烟灰分离室的下半部分设有灰分分离室,灰分分离室通过一定角度的灰分管道与灰分收集室连接;灰分分离室的上半部分连接有烟气分离室,烟气分离室通过一定角度的烟气管道与二级除尘装置连接。二级除尘装置中设有静电除尘装置和振动装置,
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