户用沼气采暖锅炉燃烧器的设计

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1、2008年3月农机化研究第3期户用沼气采暖锅炉燃烧器的设计刘科，樊美婷，刘建禹（东北农业大学工程学院，哈尔滨150030）摘要：沼气在北方农村已广泛应用于炊事，但冬季采暖主要还是以直接燃烧秸秆、薪柴等生物质燃料为主。沼气采暖锅炉的研究，可以解决高寒地区冬季农户炊事和采暖“两把火”的问题，改善农民千百年来形成的生活习惯。燃烧器设计的好坏是沼气采暖锅炉设计的关键所在。为此，针对黑龙江省农户住宅普遍采用的形式，计算并设计出适用于农户冬季沼气采暖锅炉用燃烧器的结构，主要包括燃烧器热负荷的计算，燃烧器喷孔、头部、引射器等部件结构尺寸的设计，为沼气采暖锅炉进一步试验研究提供了理论依据。关

2、键词：农业工程；沼气采暖锅炉；设计；房屋热负荷；沼气燃烧计算；燃烧器中图分类号：S216.3文献标识码：A文章编号：1003─188X(2008)03─0108─022[1]积供暖热指标为81.5～104.5W/m，故选取单位面0引言2积供暖热指标为81.5W/m。黑龙江省20世纪80年代以来在全省范围内大农户房屋热负荷为力推广农村户用沼气池建设，建立了数百个中小型Q总=qfF=8150W沼气池，许多农户将沼气作为炊事用能，在一定程度上缓解了农村能源不足的窘境。然而，黑龙江省式中qf—单位面积供暖热指标；地处高寒地区，冬季若不采取主动式供暖而仅仅靠2F—建筑物的总面积（m）。

3、被动式的太阳能房采暖，是远远不能达到人们正常由于农村供暖时间一般为每天8h左右，因此，生活所需温度的要求。至今为止黑龙江地区越冬采燃烧器热负荷为Q=3Q=24.45kW。总暖主要还是直接燃烧秸秆、薪柴等生物质燃料，是2沼气的燃烧计算束缚沼气池在黑龙江省大面积推广的瓶颈之一。如何实现冬季炊事和取暖只利用沼气的“一把火”，1)沼气热值的确定。气源选定在哈尔滨市道里3以取代高寒地区冬季农户炊事和采暖“两把火”，区太平镇立功村60m户用沼气池，根据哈尔滨工业是现阶段农村能源发展当务之急所要解决的问题。大学环境与能源检测中心现场实际测定沼气低位热3燃烧器是沼气采暖锅炉中的重要组成部分，

4、是值为Qnet,v,ar=19258kJ/m，计算出沼气中甲烷含量为锅炉设计中的重点，只有确定了燃烧器的结构形式54%，CO2含量为46%。及各项结构参数，制造出的采暖锅炉才能与其匹配，2)沼气完全燃烧所需理论空气量计算。根据沼达到预期的供暖效果。气燃烧反应方程式得到沼气完全燃烧所需理论空气033量V=5.14m/Nm。1农户房屋热负荷的计算3)沼气密度计算。标态下甲烷的密度ρ=CH4房屋热负荷是沼气采暖锅炉燃烧器设计的依330.717kg/m，二氧化碳的密度ρ=1.9771kg/m，CO223据。通过实地调研，黑龙江省农村住房一般为100m所以沼气密度ρrq=1.3kg/

5、m。标态下空气密度为的太阳能房，屋顶构造为100mm珍珠岩，10mm石棉ρ3沼气ρ=1.293kg/m，因此沼气的相对密度为S=空瓦，30mm空气层和30mm苯板；墙体构造为370mmρ空气砖，60mm苯板，其保温效果较好。单层住宅单位面=1.005。4)压力选取。根据沼气炉灶的灶前压力的标收稿日期：2007-10-28准为800～1600Pa，设计的燃烧器的额定压力取基金项目：黑龙江省“十一五”重大项目（GB06B502）作者简介：刘科（1982-），男，重庆人，在读硕士，（E-mail）Pq=1200Pa。likexly@yahoo.com.cn。5)沼气流量系数选取，根

6、据喷孔型式，选取的通讯作者：刘建禹（1965-），男，哈尔滨人，教授，(E-mail)liujy@neau.edu.cn。流量系数µp=0.8。-108-2008年3月农机化研究第3期系数k等于1.5，引射器最长。3燃烧器结构设计按最佳工况设计，即在给定的引射系数下，可由于大气式燃烧器有火焰短、火力强、燃烧温获得最大的燃烧器头部静压与燃气喷嘴前压力之[2]度高，可以燃烧不同性质的燃气，燃烧效率比较高，比。根据经验数据，A2/AhZ=0.35～0.6，取A2/2适用于低压燃气，不需要送风设备等优点。本设计AhZ=0.4，A2=0.4AhZ=717.2mm；d2=30.2mm，取

7、2采用的是大气式燃烧器。d2=30mm。其中，AhZ为火孔总面积（m）；A2为引23.1喷嘴计算射器喉口截面积（m）；d2为喉口直径（mm）。低压引射大气式燃烧器是在低压下工作，因此，3.4一次空气入口设计不考虑气体的可压缩性。喷嘴在标准状况下工作，一次空气吸入口设在吸气收缩管上，其开口面[3]其大小可按下式计算，即积为燃烧器火孔总面积的1.25～2.25倍。一次空20.95Q1气吸入面积A1=1.5AhZ=2689.5mm。根据以上计算结dp=4µpWSPq果，引射器结构尺寸，如图1所示。Qnet,v