大型生物質顆粒熱風爐研制與推廣應用

2025-10-02 00:00:00曹成茂楊鍇孫燕

安徽農學通報 2025年17期

中圖分類號TK6 文獻標識碼A 文章編號 1007-7731（2025）17-0001-05

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.17.001

Development and application of large-scale biomass pellet hot blast stove

CAO Chengmao1 YANG Kai2 SUN Yan1 （1Anhui Agricultural University，Hefei 230o36， China; 2Anhui Jinshang Machinery Manufacturing Co.，Ltd.， Jinzhai 237321， China）

AbstractTo addressthe issue of low combustion rate and low thermal eficiency existing in smalland mediumsized biomasspelet hotblast stove，large-scale biomasspellet hotblast stovewithhighcombustionrate，thermal effciency and emission compliance have been developed.This paper analyzes their structure and summarizes the product maturationand shaping processas well as the promotionand application situation，aiming to promote their wide application.Itisa thermal energy equipmentthatuses biomass pelets as fuel.Its structure mainly includes the feeding system，combustion system，heat exchange system，control system and smoke exhaustsystem，etc.By adopting technologiessuch asvariable feding，counter-current boiling combustion，andchain plateperistalticclosedash cleaning，problems like incompletecombustion of biomass pellets and excessive particulate matter emissons have been solved，effectivelyenhancing thecombustionrate.Thethermal energy exchange system designedbasedonthe tangential swirlair distribution structure offluiddynamics （CFD）flowfield simulation hassolved the problemsof high gas flow resistanceandlowthermaleficiency.Itfeatures lowresistanceinthecirculatingflueofthehotblaststove，large heat exchange areaand high thermal eficiency.Byadopting a PLC corecontroller，high-precision sensors for temperature， pressure，oxygen content，etc.，and eficient intellgentalgorithms，precisecontroloffeeding speed，combustionandair flow hasbeen achieved.The large-scale biomass pellet hot blast stove developed has advantages such as high combustion rate and thermal eficiency，low resistance ofthecirculating flue，and large heat exchange area.After being tested bythe Anhui ProvincialAgricultural Machinery TestandAppraisal Station，the indicatorsof sulfur dioxide， nitrogenoxides，andparticulate matter mettherelevantstandard requirements.This product has beenapplied inover 20 provinces and cities，achieving good economic and social benefits，and providing a reference for the research and development and industrialization of large-scale biomass pellet hot blast stove equipment.

Keywordsbiomass pellets;hot blast stove; grain dryer; energyutilization

安徽作為糧食生產大省之一，秸稈資源豐富，枯樹枝條、竹木料加工廢棄物等生物質原料充足，為生物質顆粒產業發展奠定了堅實基礎，使其形成了較為發達的產業規模。生物質顆粒燃料是一種可再生能源，其燃燒過程中釋放的 CO₂ 量與生物質生長過程中吸收的 CO₂ 量相當，可接近實現 CO₂ 零排放[1-3]。因此，研制并推廣應用生物質顆粒燃燒熱風爐，對于緩解環境污染和能源問題具有重要意義。

段冀偉4通過數值模擬的方式研究生物質燃燒爐的結構特點，針對燃燒爐煙道提出了結構改進措施，有效提高了生物質燃燒爐高溫煙氣熱量保留率、綜合熱效率，為生物質燃燒爐設計提供理論依據。趙鵬勃等結合流化床燃燒工程實際經歷，研究分析了生物質燃料流化床燃燒時的燃燒特性，NO污染物排放控制、氯腐蝕以及堿金屬引起的積灰結渣腐蝕問題。丁先等研究指出了富氧燃燒技術易造成高溫結渣等問題，通過煙氣再循環動態調整再循環比例可有效控制爐內的溫度水平，緩解污染物排放問題。單福朋分析了幾種典型的生物質顆粒熱風爐的工藝流程及其特點，為生物質顆粒熱風爐的設計提供了思路。

目前，市場上的中小型生物質顆粒熱風爐存在燃燒率、熱效率、自動化程度低等短板。針對上述問題，本文在此基礎上研發了大型生物質顆粒熱風爐，分析了其結構，并總結了產品熟化定型過程與推廣應用情況，為大型生物質顆粒熱風爐研發制造推廣應用提供參考。

1大型生物質顆粒熱風爐結構設計

大型生物質顆粒熱風爐是一種以生物質顆粒為燃料的熱能設備，其結構主要包括供料系統、燃燒系統、熱交換系統、控制系統和排煙系統等，供熱在300萬kcal/h以上，具體結構示意如圖1所示。產品采用逆流 + 沸騰式燃燒方式，逆流是火焰燃燒方向與進料方向相反，將燃燒較為充分的廢氣引入燃燒器中與燃料一起燃燒，燃燒廢氣中含有的一些揮發物和氣態碳煙可使燃燒更加充分，有效提高了生物質熱風爐的燃燒率和環保性。沸騰式燃燒方式具備燃燒高效、燃料適應性強、溫度分布均勻、污染物排放量低及操作維護簡便等優點。采用逆流 + 沸騰式燃燒方式，可有效解決中小型生物質顆粒熱風爐存在的燃燒率低、熱效率不高等問題，通過高效的熱交換將燃燒產生的熱量轉化為熱空氣，用于糧食等農產品烘干或供熱等。

圖1大型生物質顆粒熱風爐結構示意圖

1.1 供料系統

供料系統主要由輸送絞龍、儲料倉、變頻器、三相電動機等組成。在電機的驅動作用下，輸送絞龍以一定的速度將生物質顆粒從儲存倉沿著燃燒室的圓形爐頂切向射入，燃燒室底部火焰燃燒方向與料方向相反，使熱煙氣流經過燃料表面，既有利于促進燃料干燥，又助力其快速著火并實現充分燃燒。PLC控制系統根據安裝在熱風爐出口的溫度傳感器實時檢測信號，通過改變變頻器的輸出頻率控制供料電機的速度，實現變量供料有利于燃料均勻燃燒。熱風爐內設置燃料儲料倉，安裝占地面積小，無需額外設置顆粒燃料儲料倉。

1.2燃燒系統

燃燒系統主要包括燃燒室、點火裝置和燃燒器。燃燒室采用高強莫來石注料耐高溫材料澆鑄，燃燒室與熱交換管連接處采用鋁耐火泥和耐火耐磨修補料填充澆注，以承受高溫并確保燃燒效率。點火裝置是電火花點火或預熱空氣點火，確保在各種條件下均能點燃生物質顆粒8。在燃燒爐底部，采用鏈排式排灰設計，通過鏈板慢速循環運動，攪動燃燒料與空氣良好混合，既延長了未燃盡碳粒在爐膛內的滯留時間，實現充分燃燒，又能確保各類顆粒燃料的灰燼順暢排出。這些灰燼匯集于爐底集灰盒后，通過灰燼絞龍完成密閉回收，避免了粉塵外泄。

1.3熱交換系統

如圖2所示，熱交換系統是熱風爐的重要組件，其主要由上下煙道、前導風箱、后導風箱、短活動管、長活動管等組成?；诹黧w動力學（CFD）流場仿真的切線旋流式配風結構設計的熱能交換系統，解決了氣體流動阻力大、熱效率低等問題，熱風爐循環煙道阻力小、熱交換面積大、熱效率高，不會發生回火和脫火現象，運行安全穩定。換熱器采用兩組分體式設計，其進火口連接處設置有可更換的套管，如果損壞可快速更換。熱交換系統的優化設計，延長了煙道循環路徑與冷氣流的熱能交換時間，使熱風爐在運行過程中能提供更穩定的熱輸出，且熱效率顯著提升。

圖2熱交換系統示意圖

1.4控制系統

控制系統是生物質熱風爐智能化的重要體現，包括傳感器、PLC控制器和執行機構（變頻器、電磁閥等）。傳感器用于監測燃燒過程中的溫度、壓力和氧氣含量等參數；PLC控制器可根據檢測的實時數據，通過變頻器、電磁閥等調節供料速度、供熱風量、排煙速度等，從而實現燃燒過程的優化。智能控制系統集成溫度、壓力、氧氣含量等傳感器，開發智能控制算法，實現燃燒過程的實時監控和自動調節?？刂葡到y通過顯示器實現遠程監控和操作，提高操作的便利性和安全性?？刂葡到y配備直觀易用的人機交互界面（HMI），并集成完善的故障診斷與安全保護功能，確保操作管理便捷高效、運行安全可靠。具體設計包括：開發圖形化操作界面，實時顯示溫度變化曲線與系統警報信息，讓用戶直觀掌握設備運行狀態；采用觸摸屏操作模式，簡化用戶輸入流程及參數設置步驟，降低操作門檻；構建多重安全保護機制，涵蓋過熱保護、熄火保護、防爆保護等，全方位防范意外事故的發生，保障人員與設備安全。

1.5排煙系統

排煙系統主要由煙道、排煙風機、排煙沙克龍、煙囪等組成。根據系統檢測的溫度和流量，變頻控制的排煙風機產生負壓，負壓作用下的煙氣經沙克龍除塵器凈化后，由煙肉排入大氣。在密閉的通道內，排煙風機采用負壓方式將灰燼吸出除塵，避免了燃燒顆粒物排入大氣[10-12]。特殊的結構設計有助于生物質顆粒充分燃燒；同時，系統采用智能化控制并實時監測設備運行狀態，結合高效的排煙處理系統，最終使燃燒排放量符合相關標準。

2產品熟化定型與推廣

生物質顆粒熱風爐與水稻烘干機集中供熱系統示意如圖3所示。圖中共2臺熱風爐、24臺水稻烘干機，水稻干燥能力為 720t/h 。每臺KS5L-360BA型生物質顆粒燃燒智能控制熱風爐可輸出最大熱能360萬kcal/h，能為12臺30t水稻烘干機提供熱能

圖3熱風爐與水稻烘干機集中供熱系統示意圖

2.1 模塊化設計

大型生物質顆粒熱風爐采用模塊化設計，其供料系統、燃燒系統、熱交換系統、控制系統和排煙系統等能夠并行生產，便于運輸、安裝調試以及維護，從而有效縮短了機具研發、調試與應用周期。由圖4可知，將熱交換器、下底座與燃燒室、鏈排式排灰系統、下料閥門、顆粒提升機、上煙道、排煙風機與煙肉、排煙沙克龍、熱交互器等設計為獨立模塊，便于快速組裝與維護。

圖4產品模塊化設計示意圖

2.2 穩定性測試與評估

邀請潛在用戶試用，并詳細記錄使用體驗和反饋，包括操作便捷性、維護難易程度、故障率等方面，以便對產品進行針對性的改進。在連續運行數百小時后，觀察設備的燃燒率、燃燒效率、熱風溫度、進料系統、熱交換系統、控制系統等關鍵部件的表現。通過用戶試用、試驗測試，對熱風爐的熱效率、排放指標（如二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等）進行精準測量，確保其符合國家環保標準和能效要求[13-14]。

2.3主要技術參數

在熱風爐符合國家環保標準和能效要求的基礎上，通過安徽省農業機械試驗鑒定站對KS5L-360BA型大型生物質顆粒熱風爐進行鑒定檢測，其KS5L-360BA型的主要技術參數具體如下：外觀尺寸 7 200mm×4 630mm×12 300mm ，熱效率 80%～ 90% ，顆粒物 ?20mg/m³ ， NO_x?150mg/m³ ，含水率 ? 30% ，可與12臺 30t 水稻烘干機配套使用。

該產品可直接實現一爐拖10臺以上30t糧食烘干機的自動運行烘干；而LaubeB-360生物質顆粒燃燒機則需經過專門改造，才能滿足一爐拖帶多臺的需求。用戶使用反饋結果表示，與市場上小顆粒熱風爐相比，該熱風爐能節約 30% 的燃料，安全節能，實現全自動智能控制，多重運轉監測，有效避免了烘干機燃燒的事故。

2.4推廣應用

遵循“研產推用一體化\"理念，通過組建山區機械化?？h服務聯盟，構建快速響應的售后服務體系，有效破解了新產品、新技術推廣中存在的農戶接受慢、操作不熟練等難題。通過政策引導、服務指導、市場推廣等方式，推動大型生物質顆粒熱風爐在糧食烘干及農產品干燥領域的應用。加強與企業、農戶等合作，開展熱風爐示范工程，展示其優勢和應用效果，跟蹤產品應用與反饋改進意見，提高市場認可度。建立健全售后服務體系，為用戶提供技術支持和維修服務。通過定期回訪、技術培訓等方式，幫助用戶解決使用過程中出現的問題，提高用戶滿意度。目前，產品已在20多個省市得到應用，并出口泰國、菲律賓等東南亞國家，取得了良好的經濟和社會效益。

3結論與討論

生物質顆粒燃料燃燒熱風爐是一種以生物質顆粒（如木屑、秸稈、稻殼等壓縮燃料）為能源的熱風發生裝置，通過燃燒產生高溫潔凈熱空氣，為糧食烘干機或農產品干燥設備提供穩定熱源。其核心優勢在于環保性、可再生性以及經濟性。研制的大型生物質顆粒熱風爐主要技術特點如下。

（1）采用變量供料、逆流 + 沸騰燃燒方式燃燒、鏈板蠕動密閉清灰等技術，解決了生物質顆粒燃燒不充分、顆粒物排放超標等問題，實現了高燃燒率、無結焦、顆粒物排放在國家標準規定范圍內[15]。

（2）基于CFD流場仿真的切線旋流式配風結構設計的熱能交換系統，解決了氣體流動阻力大、熱效率低等問題，熱風爐循環煙道阻力小、熱交換面積大、熱效率高，不會發生回火和脫火現象，運行安全穩定。燃燒室采用高強莫來石注料耐高溫材料澆鑄，燃燒室與熱交換管連接處采用鋁耐火泥和耐火耐磨修補料填充澆注，耐高溫且燃燒效率較高。

（3）針對傳統生物質熱風爐在運行中存在的溫度波動大、控制精度低、能源利用效率不高等問題，大型生物質顆粒熱風爐采用以PLC為核心的控制器，配備高精度溫度、壓力、氧氣含量等傳感器，配置可靠的電動閥門、變頻器等執行器，并結合智能控制算法，實現對供料速度、燃料燃燒和空氣流量的精確控制?？刂葡到y配備直觀易用的HMI和故障診斷與安全保護裝置，確保操作便捷、運行安全。

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