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摘要：为解决秸秆焚烧存在的问题，根据秸秆的燃烧特性，设计一款环保型的秸秆焚烧炉。介绍多功能秸秆焚烧炉的设计思路及重要部件设计方案，为综合利用秸秆资源提供参考。
关键词：秸秆焚烧；设计；热交换；多功能
中图分类号：S216.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）03-0029-02
近年来，农作物秸秆成为农村面源污染的新源头，亟需提高秸秆综合开发利用程度。ALN-J型秸秆焚烧炉可实现秸秆无污染焚烧，秸秆燃烧后生成的草木灰可作为肥料还田，产生的热风可烘干玉米，更利于充分合理地利用秸秆资源。
1 秸秆的组分及燃烧特性
秸秆由多种可燃质、不可燃无机矿物质及水分混合而成。与秸秆的组成成分相比，工业分析成分更能反映秸秆的燃料特性。
玉米秸秆组分含量和工业分析见表1。
从表1可以看出，玉米秸秆的灰分含量低，非常适合燃烧发热；低位热值为15 539 J/g，相当于标准煤热值（29 300 J/g）的53%。
2 ALN-J型多功能秸秆焚烧炉设计方案
秸秆直燃技术以生物质为燃料，燃烧设备根据生物质的特性设计，辅助配套的生物质储运预处理及给料设备，实现大规模生物质燃烧转化利用，是生物质能利用的重要方式之一。随着相关技术的不断革新，生物质直燃的热能效率已达30%左右，与煤炭接近。
农作物秸秆属于高碱生物质燃料，设计中应注意以下两点：1） 保证秸秆燃尽及低熔点灰渣排出，避免出现生物质灰渣熔融及无机杂质对炉膛、受热面的腐蚀问题。2） 秸秆燃烧时会产生大量烟气，直接排放到大气中易造成严重的空气污染，需过滤后再排放。同时，燃烧炉的密闭性要好，防止未经处理的烟气溢出。
3 ALN-J型多功能秸秆焚烧炉设计思路
秸秆处理量：预处理秸秆能力为0.5 t/h。
热能的合理利用：秸秆燃烧产生的热能换成热风后用来对小型烘干仓内的玉米棒进行烘干，效率为
8 000 kg/d（烘干仓另外方案设计）。
车载式：可移动，焚烧炉与烘干仓可随意连接，方便在田间就地作业。
低压电源：采用220 V民用电，可配备小型发电机或农用车实现电力供给。
根据以上考虑，秸秆焚烧炉的设计如图1所示。
工作原理为：用粉碎机将秸秆粉碎成20～50 cm的碎段，投入投料口后，被储料箱的旋转装置推至活动开口处，自动落入螺旋喂料器；通过有水冷装置保护的螺旋喂料器旋转推送至燃烧室进行燃烧，燃烧后散落或者未燃尽的秸秆、半焦等在炉箅上或被2号鼓风机吹起，在燃烧室内继续燃烧；燃烧后的炭木灰逐渐堆积于燃烧室底部，通过清灰翻板清出，混入水中，进行还田处理；1号鼓风机吹入的空气经燃烧室的炉火加热换热后，温度上升，而后进入玉米烘干仓，对玉米棒进行烘干处理；2号鼓风机吹入的空气在帮助秸秆充分燃烧的同时，将未完全燃烧的秸秆吹起，在燃烧室内充分燃烧。秸秆燃烧所产生的烟气通过上方烟道进入布袋除尘装置，在负压气流的作用下从分离器的入口进入除尘体；通过高温滤袋后，粉尘根据脉冲除尘原理从气流中分离出来，落入分离器下部的灰斗中，干净气体进入净气室后被排出。
3 ALN-J型多功能秸秆焚烧炉主要部件设计
3.1 燃烧室
根据热力学原理，燃烧室应满足3个基本条件：一是使燃料充分燃烧，其化学能完全转化为热能；二是保温，减少散热；三是增加拦火装置，引导烟气走向，延长烟气滞留时间。
受运载工具所限，在换热风量充分满足烘干所需热风的前提下，燃烧室容积不宜过大。在预处理秸秆能力500 kg/h、连续进料8.5 kg/min、秸秆比重约10 kg/m3的情况下，再根据燃烧室容积应该在燃烧介质容积3倍以上的要求，确定燃烧室容积≥3 m3（长、宽、高根据运载工具所定），炉箅上的料层厚度不超过300 mm。
3.2 热风系统
热风系统主要将冷空气吹入换热装置进行加热。换热装置埋在炉膛的拦火装置（炉拱）内，其需要将热空气输送到烘干仓内，因此要有一定的风量与风压。
干燥介质的体积流量为：V=μmda，式中：mda为干燥物水分需要的干燥介质的质量流量，kg/h；μ为干燥介质进入干燥室的湿比，m3/kg。燃燒室内的空气流向如图2所示。
秸秆在燃烧的同时加热热风管，热风通过轴向的热风管吹向烘干仓，起加热和排湿的作用。
4 结论
在性能试验的基础上，对烘干玉米仓的排湿系统、隔热保温等进行改进，增加烘干产量，缩短烘干时间，提高烘干品质。试验结果表明：玉米烘干量（玉米棒脱粒比率约为40%～70%）及秸秆处理量均达到设计要求。
多功能环保型秸秆焚烧炉既降低焚烧秸秆所造成的污染，又高效利用秸秆燃烧所产生的热能和燃烧后所产生的炭木灰，推广应用前景广阔。
参考文献
[1] 向天勇.秸秆能源化利用实用技术[M].北京：中国农业出版社，2015.
[2] 李树君.农作物秸秆收集技术与装备[M].北京：科学出版社，2015.
[3] 田国成，王钰，孙路，等.秸秆焚烧对土壤有机质和氮磷钾含量的影响[J].生态学报，2016（2）：387-393.
关键词：秸秆焚烧；设计；热交换；多功能
中图分类号：S216.2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）03-0029-02
近年来，农作物秸秆成为农村面源污染的新源头，亟需提高秸秆综合开发利用程度。ALN-J型秸秆焚烧炉可实现秸秆无污染焚烧，秸秆燃烧后生成的草木灰可作为肥料还田，产生的热风可烘干玉米，更利于充分合理地利用秸秆资源。
1 秸秆的组分及燃烧特性
秸秆由多种可燃质、不可燃无机矿物质及水分混合而成。与秸秆的组成成分相比，工业分析成分更能反映秸秆的燃料特性。
玉米秸秆组分含量和工业分析见表1。
从表1可以看出，玉米秸秆的灰分含量低，非常适合燃烧发热；低位热值为15 539 J/g，相当于标准煤热值（29 300 J/g）的53%。
2 ALN-J型多功能秸秆焚烧炉设计方案
秸秆直燃技术以生物质为燃料，燃烧设备根据生物质的特性设计，辅助配套的生物质储运预处理及给料设备，实现大规模生物质燃烧转化利用，是生物质能利用的重要方式之一。随着相关技术的不断革新，生物质直燃的热能效率已达30%左右，与煤炭接近。
农作物秸秆属于高碱生物质燃料，设计中应注意以下两点：1） 保证秸秆燃尽及低熔点灰渣排出，避免出现生物质灰渣熔融及无机杂质对炉膛、受热面的腐蚀问题。2） 秸秆燃烧时会产生大量烟气，直接排放到大气中易造成严重的空气污染，需过滤后再排放。同时，燃烧炉的密闭性要好，防止未经处理的烟气溢出。
3 ALN-J型多功能秸秆焚烧炉设计思路
秸秆处理量：预处理秸秆能力为0.5 t/h。
热能的合理利用：秸秆燃烧产生的热能换成热风后用来对小型烘干仓内的玉米棒进行烘干，效率为
8 000 kg/d（烘干仓另外方案设计）。
车载式：可移动，焚烧炉与烘干仓可随意连接，方便在田间就地作业。
低压电源：采用220 V民用电，可配备小型发电机或农用车实现电力供给。
根据以上考虑，秸秆焚烧炉的设计如图1所示。
工作原理为：用粉碎机将秸秆粉碎成20～50 cm的碎段，投入投料口后，被储料箱的旋转装置推至活动开口处，自动落入螺旋喂料器；通过有水冷装置保护的螺旋喂料器旋转推送至燃烧室进行燃烧，燃烧后散落或者未燃尽的秸秆、半焦等在炉箅上或被2号鼓风机吹起，在燃烧室内继续燃烧；燃烧后的炭木灰逐渐堆积于燃烧室底部，通过清灰翻板清出，混入水中，进行还田处理；1号鼓风机吹入的空气经燃烧室的炉火加热换热后，温度上升，而后进入玉米烘干仓，对玉米棒进行烘干处理；2号鼓风机吹入的空气在帮助秸秆充分燃烧的同时，将未完全燃烧的秸秆吹起，在燃烧室内充分燃烧。秸秆燃烧所产生的烟气通过上方烟道进入布袋除尘装置，在负压气流的作用下从分离器的入口进入除尘体；通过高温滤袋后，粉尘根据脉冲除尘原理从气流中分离出来，落入分离器下部的灰斗中，干净气体进入净气室后被排出。
3 ALN-J型多功能秸秆焚烧炉主要部件设计
3.1 燃烧室
根据热力学原理，燃烧室应满足3个基本条件：一是使燃料充分燃烧，其化学能完全转化为热能；二是保温，减少散热；三是增加拦火装置，引导烟气走向，延长烟气滞留时间。
受运载工具所限，在换热风量充分满足烘干所需热风的前提下，燃烧室容积不宜过大。在预处理秸秆能力500 kg/h、连续进料8.5 kg/min、秸秆比重约10 kg/m3的情况下，再根据燃烧室容积应该在燃烧介质容积3倍以上的要求，确定燃烧室容积≥3 m3（长、宽、高根据运载工具所定），炉箅上的料层厚度不超过300 mm。
3.2 热风系统
热风系统主要将冷空气吹入换热装置进行加热。换热装置埋在炉膛的拦火装置（炉拱）内，其需要将热空气输送到烘干仓内，因此要有一定的风量与风压。
干燥介质的体积流量为：V=μmda，式中：mda为干燥物水分需要的干燥介质的质量流量，kg/h；μ为干燥介质进入干燥室的湿比，m3/kg。燃燒室内的空气流向如图2所示。
秸秆在燃烧的同时加热热风管，热风通过轴向的热风管吹向烘干仓，起加热和排湿的作用。
4 结论
在性能试验的基础上，对烘干玉米仓的排湿系统、隔热保温等进行改进，增加烘干产量，缩短烘干时间，提高烘干品质。试验结果表明：玉米烘干量（玉米棒脱粒比率约为40%～70%）及秸秆处理量均达到设计要求。
多功能环保型秸秆焚烧炉既降低焚烧秸秆所造成的污染，又高效利用秸秆燃烧所产生的热能和燃烧后所产生的炭木灰，推广应用前景广阔。
参考文献
[1] 向天勇.秸秆能源化利用实用技术[M].北京：中国农业出版社，2015.
[2] 李树君.农作物秸秆收集技术与装备[M].北京：科学出版社，2015.
[3] 田国成，王钰，孙路，等.秸秆焚烧对土壤有机质和氮磷钾含量的影响[J].生态学报，2016（2）：387-393.