生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改與示范

王曉林

作者信息：工程師，平湖市農(nóng)民合作經(jīng)濟(jì)組織服務(wù)中心，314200，浙江平湖

1 實(shí)施背景

糧食干燥機(jī)械的發(fā)展須重視綜合評(píng)估經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，充分發(fā)揮本地的能源特點(diǎn)，選擇適合地方的加熱方式。熱風(fēng)爐由爐體、鼓風(fēng)裝置、除塵裝置、熱風(fēng)管、煙囪等部分組成，其特點(diǎn)是多個(gè)單元共同提供熱量，爐膛和除塵裝置設(shè)有散熱裝置可以很好地將余熱回收利用，從而可以節(jié)約燃料。由于柴油價(jià)格貴、燃煤受限制，綜合考慮效益，浙江省平湖市于2016年開始引進(jìn)使用生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐，受到了政府、企業(yè)和農(nóng)民的極大關(guān)注。通過使用，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐與燃煤、燃油型熱風(fēng)爐比較，存在燃燒不穩(wěn)定、熱效低、布局不合理、安全性能差等諸多問題，與當(dāng)初的期望相去甚遠(yuǎn)。因此，2017年平湖市依托浙江理工大學(xué)技術(shù)力量，充分發(fā)揮學(xué)校、政府、合作社等多方技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在保障安全生產(chǎn)的前提下，開展了生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改和示范工作，不僅要實(shí)現(xiàn)提高燃燒效率、減少廢氣排放，而且要實(shí)現(xiàn)節(jié)省生物質(zhì)顆粒使用。

2 技改內(nèi)容

自項(xiàng)目確立目標(biāo)后，成立了項(xiàng)目實(shí)施領(lǐng)導(dǎo)組、指導(dǎo)組和執(zhí)行組，成員中有高級(jí)職稱2人、中級(jí)職稱6人。項(xiàng)目實(shí)施以來，主要從以下7個(gè)方面入手，保障項(xiàng)目質(zhì)量，著力保障項(xiàng)目進(jìn)度。

（1）技改方案設(shè)計(jì)。由于生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改起點(diǎn)高、難度大，因此，項(xiàng)目邀請(qǐng)浙江理工大學(xué)李革教授及科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)際情況4次來平湖開展方案設(shè)計(jì)，從現(xiàn)象入手，以節(jié)能環(huán)保安全為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐結(jié)合，為后續(xù)技改和測(cè)試打下扎實(shí)基礎(chǔ)。在技改過程中，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際、認(rèn)真調(diào)研，廣泛聽取基層專家意見，確保技改方案全面、到位、可靠。

（2）防火網(wǎng)設(shè)置。生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐作為新鮮事物，有著良好的應(yīng)用前景，為廣大農(nóng)戶接受并應(yīng)用；但是其發(fā)展歷史和可靠性與燃油、燃煤熱風(fēng)爐有著巨大差距，仍然需要不斷探索和改進(jìn)。鑒于2016年平湖市實(shí)際生產(chǎn)中的深刻教訓(xùn)，以及周邊縣市、合作社不時(shí)曝出的安全生產(chǎn)隱患，平湖市下定決心開展生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，以保障操作人員生命安全和合作社財(cái)產(chǎn)安全。經(jīng)過科學(xué)設(shè)計(jì)及演算，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)首要考慮在熱風(fēng)進(jìn)塔處添加設(shè)置三道防火網(wǎng)，消除火星進(jìn)塔隱患，從源頭上確保糧食干燥安全。

（3）進(jìn)出風(fēng)口改道。原有的生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐燃效低的原因是進(jìn)出風(fēng)口存在進(jìn)風(fēng)口多、風(fēng)阻擾動(dòng)大、風(fēng)走路程短等問題，進(jìn)而形成爐溫高、進(jìn)塔溫度升不上、易有火星等現(xiàn)象，給生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的安全隱患；因此，技改方案提出爐膛側(cè)置、增加風(fēng)走路程等改進(jìn)措施，提高熱交換率水平，達(dá)到控制爐膛溫度、提高進(jìn)塔溫度的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了降低能耗、提高效率的雙重目標(biāo)。

（4）爐膛頂加厚。在前期考察學(xué)習(xí)和使用過程中發(fā)現(xiàn)，爐膛頂普遍存在易燒穿隱患，不僅影響安全生產(chǎn)，而且在使用過程中會(huì)嚴(yán)重縮短工作壽命，減少烘干批次，減少農(nóng)戶收入，降低烘干水平。所以爐膛頂不僅要在質(zhì)量上有所提升，而且要加厚，同時(shí)提高焊接級(jí)別，提高安全生產(chǎn)能力。

（5）爐膛圓弧頂改裝。原有設(shè)備采用平頂設(shè)計(jì)，不僅沒有解決燃燒膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力破壞，而且大大降低了爐膛使用壽命；因此在技改過程中開展?fàn)t膛圓弧頂改裝設(shè)計(jì)及實(shí)踐，消除上述缺陷，提升設(shè)備使用壽命和安全系數(shù)，最大限度地保障農(nóng)民使用利益。

（6）出風(fēng)口加伸縮節(jié)。原有設(shè)備在出風(fēng)口（熱風(fēng)進(jìn)塔處）存在震動(dòng)大、進(jìn)風(fēng)面積不合理等情況，嚴(yán)重影響了整體設(shè)備熱交換率；因此，在出風(fēng)口增加伸縮節(jié)，一方面減輕了震動(dòng)，確保設(shè)備運(yùn)作平穩(wěn)，另一方面有效提高了設(shè)備熱交換率，進(jìn)一步提升設(shè)備性能。

（7）增設(shè)散熱片。熱風(fēng)爐最終的性能水平體現(xiàn)在熱交換率上，在技改過程中，在原有基礎(chǔ)上，在爐膛四周、管道外壁增加了散熱片（面積新增15 m2），從源頭上提高了熱交換率，同時(shí)降低了設(shè)備工作溫度，提高了設(shè)備使用壽命，保障了設(shè)備安全使用。

3 對(duì)比試驗(yàn)

隨著家庭農(nóng)場(chǎng)、專業(yè)合作社開展專業(yè)化、規(guī)?；Z食生產(chǎn)，應(yīng)切實(shí)加快糧食生產(chǎn)領(lǐng)域“機(jī)器換人”，將先進(jìn)適用環(huán)保農(nóng)機(jī)裝備推廣應(yīng)用，切實(shí)提高農(nóng)機(jī)裝備在糧食生產(chǎn)過程中的覆蓋率和滲透力，進(jìn)一步提升發(fā)展平湖市農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，更好地促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。項(xiàng)目實(shí)施過程中，建立了標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過技改前后觀察、對(duì)比、分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步論證技改成效和示范前景。

表1、表2為2017年烘干小麥，在同一型號(hào)、同一天同一時(shí)間段、同一設(shè)置條件等同等條件下，分別在平湖市三豐果蔬專業(yè)合作社、平湖市順天糧油專業(yè)合作社采集的技改前、后的生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐溫度數(shù)據(jù)。

從上述數(shù)據(jù)分析，在同等條件下，經(jīng)過技改后爐內(nèi)溫度保持在743～935℃，風(fēng)機(jī)出口溫度保持在101～121℃；技改前爐內(nèi)溫度保持在792～945℃，風(fēng)機(jī)出口溫度保持在94～101℃。通過分析可知，技改后熱風(fēng)爐爐內(nèi)溫度有效降低3.4%，熱效提高13.8%。全年合作社小麥烘干2 000 t，技改后熱風(fēng)爐減少顆粒生物質(zhì)消耗12 t，節(jié)約成本1.14萬元，同時(shí)減少了烘干時(shí)間，增加了糧食烘干量。

表1 技改前生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐內(nèi)及風(fēng)機(jī)出口溫度（烘干小麥）

表2 技改后生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐內(nèi)及風(fēng)機(jī)出口溫度（烘干小麥）

表3、表4數(shù)據(jù)為2017年烘干晚稻，在同一型號(hào)、同一天同一時(shí)間段、同一設(shè)置等同等條件下，分別在平湖市三豐果蔬專業(yè)合作社、平湖市順天糧油專業(yè)合作社采集的技改前、后的生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐溫度數(shù)據(jù)。

表3 技改前生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐內(nèi)及風(fēng)機(jī)出口溫度（烘干晚稻）

表4 技改后生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐內(nèi)及風(fēng)機(jī)出口溫度（烘干晚稻）

從上述數(shù)據(jù)分析，在同等條件下，經(jīng)過技改后爐內(nèi)溫度保持在842～850℃，風(fēng)機(jī)出口溫度保持在94～95℃；技改前爐內(nèi)溫度保持在901～1 000℃，風(fēng)機(jī)出口溫度保持在50～59℃。通過分析可知，技改后熱風(fēng)爐爐內(nèi)溫度有效降低11.0%，熱效提高73.4%（室外溫度越低，效果越明顯）。全年烘干晚稻4 000 t（參照前2年平均水平），技改后熱風(fēng)爐減少顆粒生物質(zhì)消耗25 t，節(jié)約成本2.37萬元，同時(shí)減少了烘干時(shí)間，增加了糧食烘干量。

4 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益。生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改后，全年烘干糧食（小麥、晚稻）6 000 t，節(jié)約糧食烘干成本3.51萬元。

（2）社會(huì)效益。生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改后降低了糧食烘干機(jī)發(fā)生火災(zāi)的幾率，確保人身安全和財(cái)產(chǎn)安全；同時(shí)，節(jié)約生物質(zhì)顆粒使用，提高安全生產(chǎn)能力，對(duì)糧食干燥機(jī)械化技術(shù)推廣具有重要深遠(yuǎn)意義。

（3）生態(tài)效益。生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改不僅使生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐能源利用水平上一個(gè)新臺(tái)階，同時(shí)很好解決了生物質(zhì)顆粒替代燃油、燃煤使用的問題，響應(yīng)了國家的號(hào)召，推動(dòng)了生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐的推廣和應(yīng)用。同時(shí)，生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改實(shí)現(xiàn)了提高熱效率、減少生物質(zhì)顆粒使用的雙重目標(biāo)，減少能源消耗及煙塵、二氧化碳等排放，示范推廣意義重大。

5 建設(shè)體會(huì)

通過與高校合作研究開發(fā)，實(shí)施生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改和示范項(xiàng)目，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期效果，降低了糧食烘干機(jī)發(fā)生火災(zāi)的幾率，確保人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。通過生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐技改和示范，更加凸現(xiàn)了生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐的推廣和示范意義，很好解決了生物質(zhì)顆粒替代燃油、燃煤的使用過程中安全系數(shù)低、烘干效率不足等問題，實(shí)現(xiàn)了提高熱效率、減少生物質(zhì)顆粒使用的雙重目標(biāo)。