林楠 劉安琪 趙旖晗 王婉婷

摘 要：燃池采暖在農(nóng)村供暖中占據(jù)重要地位，其采用生物質(zhì)能燃料污染較小，結(jié)構(gòu)簡單，供暖效果好，因此在農(nóng)村及中小學(xué)廣泛應(yīng)用[1]。但在實際運行中仍存在余熱回收不完全，產(chǎn)生有害氣體及可懸浮顆粒物的情況，因此針對此狀況及農(nóng)村陰燃供暖的實際問題，對煙道進行改造設(shè)計，同時融入換熱設(shè)計進行余熱回收，降低出煙口溫度，有效利用熱量實現(xiàn)節(jié)能。

關(guān)鍵詞：陰燃供暖 余熱回收 可懸浮顆粒物沉降 有害氣體吸收

1. 產(chǎn)品整體設(shè)計思路

本項目主要從兩個方面對農(nóng)村傳統(tǒng)陰燃供暖煙氣排放方式進行改造：

● 提高燃池?zé)崂寐?/p>

設(shè)計思路為：通過理論公式分析找出影響燃池余熱利用具體因素，提高傳熱系數(shù)，有效提高熱利用率。

● 吸收有害排放氣體及可吸附顆粒物沉降

設(shè)計思路為：通過文獻整理比對選擇有效吸收生物質(zhì)陰燃有害氣體的材料及理論模型的分析進行煙道沉降設(shè)計。

在提高燃池?zé)崂寐史矫嬉浴暗图夹g(shù)，高效率，易改造，易推廣”為設(shè)計理念，適合在農(nóng)村等領(lǐng)域進行大范圍推廣的設(shè)計。在設(shè)計吸附有害氣體及可懸浮顆粒物的方面以“高效，耐高溫，自然再生，低價格”為選擇比對前提進行材料選比。整體思路從針對性解決這兩方面問題入手，做到高利用率，低改造，易推廣，有效解決實際問題。

2.理論分析

2.1理論模型

本裝置選取清華大學(xué)吳俊等人通風(fēng)直管道顆粒沉降模型進行計算，在已知煙道入口溫度、速度的條件下，通過設(shè)計煙道長度及翅片位置來實現(xiàn)三個目的：首先，利用沿程阻力沉降顆粒物；其次，利用慣性阻力沉降顆粒物；同時，調(diào)節(jié)煙道長度可控制出口溫度使出口處吸附材料處于適宜溫度。

2.2余熱利用分析

根據(jù)實驗可知，當(dāng)生物質(zhì)燃料質(zhì)量一定時，產(chǎn)生熱量Q一定，Q=Q1+Q2。（Q1：向內(nèi)墻傳遞熱量，Q2：由煙道排出的熱量）Q=h·A·△t。因此，提高Q1，即提高換熱面積A，增大對流換熱系數(shù)h。由傳熱學(xué)公式知，要提高h和A即增強氣體擾動和煙道表面粗糙度以及增大煙道長度。但是，管道設(shè)計時不宜過長，防止煙氣因阻力過大無法流出甚至回灌。

3.設(shè)計方案

根據(jù)以上材料選擇，沉降模型分析及公式計算，考慮到結(jié)構(gòu)改造，經(jīng)濟性等多方面最終確定裝置設(shè)計如下。

3.1有害氣體的吸收及可懸浮顆粒物的吸附

經(jīng)過對陰燃產(chǎn)生有害氣體及價格等多方面的比對，最終選定活性炭作為吸收涂料。將活性炭涂料涂在彎管壁上，吸收有害氣體，在煙道出口處設(shè)計可拆卸裝置（如圖1）涂適量活性炭，其上放入布袋式除塵器并填充活性炭，吸附PM2.5等可懸浮顆粒物。同時設(shè)計用彈簧片設(shè)計壓力保護裝置，防止一旦造成堵塞帶來的隱患。

3.2換熱部分

考慮到效率及改造問題，采用加入肋片的方式增加換熱量，改造方式較簡單，同時在換熱管道尾部設(shè)置沉降槽，防止灰塵常年沉降造成堵塞。換熱管道采用U型盤管，增大換熱面積同時增大沿程阻力，利于可懸浮大顆粒物沉降。如圖2所示。

根據(jù)以上細部設(shè)計最終確定裝置整體設(shè)計圖如圖4所示。

4.性能結(jié)果分析

1.吸附率：根據(jù)計算及實驗結(jié)果，1t生物質(zhì)燃料生成有害氣體，0.15m3活性炭及可吸附達到排放標(biāo)準(zhǔn)，有害氣體凈化量約為45～60ml/g，效果較好。

2.余熱利用率：根據(jù)文獻及以往實驗室測試數(shù)據(jù)，燃池中排除煙氣入口溫度一般為500℃，出口溫度約為80℃。根據(jù)理論模型估算及實驗驗證，預(yù)計經(jīng)過本裝置達到的出口溫度會降低為30～50℃，有效利用余熱為37～50%，效果較佳。但本裝置采用模型為直管道，與實際設(shè)計仍有偏差，因此具體數(shù)據(jù)仍需實驗分析。

5.應(yīng)用展望

本裝置針對當(dāng)前實際情況進行針對性的改造，方案改造較為容易，操作較為簡單，且考慮到農(nóng)村改造問題，經(jīng)濟易于推廣，因此一旦推廣，將會使農(nóng)村燃池供暖問題有新的改觀，也將在有害氣體，及可懸浮顆粒物排放方面做出很大貢獻，可行性極強，同時裝置設(shè)計方法不僅適用于燃池改造，也可應(yīng)用于工業(yè)燃燒設(shè)計推廣，應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻：

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