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集體炊事沼氣生物質(zhì)燃燒機(jī)的試驗(yàn)研究
  沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳。甲烷是一種火焰?zhèn)鞑ニ俣确浅Ｐ〉目扇細(xì)怏w，二氧化碳是隋性氣體，兩者混在一起就使沼氣的火焰?zhèn)鞑ニ僮兏?，燃燒時(shí)不易穩(wěn)定，常發(fā)生離焰或脫火。這不但浪費(fèi)了大量的沼氣能，而且還污染了環(huán)境。近幾年來(lái)，對(duì)家用沼氣灶進(jìn)行了大量究研，在燃燒方面得到合理的解決。但是熱負(fù)荷較高的生物質(zhì)燃燒機(jī)（例如沼氣食堂灶燃燒器），當(dāng)沼氣一空氣}昆合氣；藐速度增加時(shí)，就容易發(fā)生離焰或脫火，甚至吹熄。通常使用的燃燒器均滿(mǎn)足不了要求。
 近年來(lái)，在可燃混合物的高速氣流中采喟鈍體來(lái)使火焰穩(wěn)定的研究受到了高度重視。人們對(duì)鈍體的各種特性進(jìn)行過(guò)較多的研究，對(duì)鈍體穩(wěn)燃的物理模型和數(shù)學(xué)模型也作了一些探索，但對(duì)于沼氣的鈍體穩(wěn)燃器的研究，l:l未見(jiàn)報(bào)道。為此，我們研究了鈍體對(duì)招氣燃料的穩(wěn)燃作用，以解決沼氣燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題，從而提高沼氣能的有效利用程度。
 二、火焰穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)模型和理論分析
 當(dāng)高速的可燃?xì)饬餮剽g體鏡流時(shí)，在鈍體的背后將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的壓力梯度，形成一個(gè)回流區(qū)。通過(guò)鈍體兩向流動(dòng)的圖解模型(如圖1)可以看幽：回流區(qū)和可燃?xì)庵g韻能量交換造成了火焰穩(wěn)定的條件。在可燃?xì)饬骱突亓鲄^(qū)之間存在著質(zhì)量、動(dòng)量和能量變換，這種交換發(fā)生在垂直于回流區(qū)的邊界上。在邊界上有一個(gè)著火點(diǎn)R，R點(diǎn)后的氣流具有較高的溫度，即火焰溫度Tf，而回流區(qū)溫度Tr低于Tf，因此，在RF線上有熱量交換，火燃將熱量傳遞給回流區(qū)；在R點(diǎn)以前的可燃?xì)饬骶哂休^低的溫度To，Tr>To，因而在回流區(qū)的煙氣沿OR線將熱量傳給可燃?xì)饬?。?dāng)這兩部分的熱量相等時(shí)，火焰即在R點(diǎn)處穩(wěn)定下來(lái)。如果火焰向回流區(qū)傳遞的熱量大于回流區(qū)傳遞給可燃?xì)饬鞯臒崃?，則著火點(diǎn)前移，反之后移。
  從上述回流區(qū)熱平衡的物理過(guò)程分析可知，由于鈍體的存在，給著火提供了一個(gè)穩(wěn)定的熱源。
  回流區(qū)的幾何尺寸(長(zhǎng)寵L和寬度d)可決定它的體積VR，即： VR-FRV．L．d
  式中：L-回流區(qū)長(zhǎng)度：
  d-回流區(qū)寬度（即鈍體寬度）：
  FRV-回流區(qū)形狀因素。
  回流煙氣在回流區(qū)內(nèi)平均停留時(shí)間tr
為：  PrVR
  tr-
  ‘  m
  式中：p，一回流煙氣的平均密度；
  m-質(zhì)交換量。
 BoVina(19s9年)研究指出：tr-垤弋等
 式中：K-無(wú)因次停留時(shí)間，且K=104，此值對(duì)于鈍體尺寸在較大的范圍內(nèi)均適用；
  Uo-可燃?xì)怏w的流速。
  刪回流區(qū)和可燃?xì)饬髦g通過(guò)整個(gè)邊界的質(zhì)交換量為：
  pr旦墜一—墜量墾旦L-U彳
  Dl=_tr
  于是我們可得到火焰區(qū)與回流區(qū)的熱交換量（通過(guò)RF邊界）為：
qfr=￡！KRRv(L-Xi)Uo(CPfTf-CPrTr’
  回流區(qū)與可燃?xì)饬鞯臒峤粨Q量（通過(guò)OR邊界）為：
qro-—旦rFRLX，Uo(CprTr-CpoTo)
  當(dāng)可燃?xì)饬髦鹚蟮臒崃砍^(guò)回流區(qū)所吸收的熱量，火焰就吹熄。為了維持火焰的穩(wěn)定，在回流區(qū)必有一個(gè)熱平衡，即：
  qro-qfr
  最后可得火焰穩(wěn)定的條件為：
  Xi  CPfTf-CPrTr
  -L5-CPfTf-CP。T。
  式中：Tf、T，、To-分別為火焰、回流煙氣、可燃?xì)饬鞯慕^對(duì)溫度；
  CPf、CPr.CPo-分別為火焰、回流煙氣、可燃?xì)饬鞯谋葻幔?br/>   Xi-著火距離，
  根據(jù)Williams（lg65年）研究指出：
 \i=U20．錛
  式中：WT-反應(yīng)速度
圖l 回流區(qū)和火焰穩(wěn)定性模要
三、生物質(zhì)燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與技術(shù)性能
  為了保證沼氣在較高熱負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒，在生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部裝有鈍體（即蓋板）。蓋板可自由上下調(diào)節(jié)縫隙高度。當(dāng)沼氣中甲烷含量增加，即沼氣熱值上升，則縫隙面積要減小，將縫隙高度下降，以保證火焰穩(wěn)定。反之，將縫隙高度升高。在鈍體下部設(shè)有8個(gè)氣流孔，目的是使氣流均勻分配，同時(shí)保：證每個(gè)孔有足夠的二次空_i。我們對(duì)8個(gè)孔分別采用(p3.+3.5.巾4不同孔徑進(jìn)行試驗(yàn)，得出頭部能量損失系數(shù)最小、火焰清晰的孔徑為中4。最后選用中41i流孔8個(gè)。生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部和引射器的結(jié){見(jiàn)圖2。燃：燒器的全貌見(jiàn)圖3。
圖3 燒燃器全貌燃燒器分6管、5管、4管、3管四種
規(guī)格，性能見(jiàn)下表
  泣：雌t器一定要與傳熱效果抒的磚砌食堂讓_}丌配合，燥。E燃筆器具有較高的熱效3和燃燒效率．燃燒器前沼氣壓力：100-7水柱；一次空氣系數(shù)：65czo；單管燃燒器額定熱負(fù)荷：3000千卡／H單管燃，I!毛器噴咀了L徑：2.6毫米。
 四、幾點(diǎn)結(jié)論
 1．著火提前。由于鈍體的存在，產(chǎn)生了一個(gè)回流區(qū)，給沼氣著火提供了一個(gè)穩(wěn)定的熱源，這就使沼氣有可能在短暫的時(shí)間內(nèi)及時(shí)著火，使著火提前并放出大量的熱量，因而給沼氣的穩(wěn)定燃燒提供了有利條件。
  2．提高熱負(fù)荷。沼氣燃燒器熱負(fù)荷的提高意味著沼氣流量的增大，沼氣流量的增大導(dǎo)致燃燒器火孔出口速度的提高，就會(huì)引起燃燒火焰的離焰或脫火，甚至吹熄。但是采用了鈍體，有可能大大提高燃燒器的熱負(fù)荷而不發(fā)生火焰吹熄的現(xiàn)象。
  3．增大一次空氣系數(shù)。通常使用的沼氣燃燒器，當(dāng)一次空氣系數(shù)大于0.8時(shí)，會(huì)出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，如果燃燒器頭部裝有鈍體，有可能增大一次空氣系數(shù)，這樣有利于燃燒火孔熱強(qiáng)度的提高，是解決沼氣高強(qiáng)度燃燒的有效措施之一。
  4.減少煙氣中一氧化碳含量。在燃燒器頭部裝有鈍體，沼氣就可在高熱負(fù)荷、高一次空氣系數(shù)下燃燒，燃燒乜必然完全，則煙氣中一氧化碳含量可大幅度下降，減少環(huán)境污染。