集體炊事沼氣生物質燃燒機的試驗研究
  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?，燃燒時不易穩(wěn)定，常發(fā)生離焰或脫火。這不但浪費了大量的沼氣能，而且還污染了環(huán)境。近幾年來，對家用沼氣灶進行了大量究研，在燃燒方面得到合理的解決。但是熱負荷較高的生物質燃燒機（例如沼氣食堂灶燃燒器），當沼氣一空氣}昆合氣；藐速度增加時，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足不了要求。
 近年來，在可燃混合物的高速氣流中采喟鈍體來使火焰穩(wěn)定的研究受到了高度重視。人們對鈍體的各種特性進行過較多的研究，對鈍體穩(wěn)燃的物理模型和數(shù)學模型也作了一些探索，但對于沼氣的鈍體穩(wěn)燃器的研究，l:l未見報道。為此，我們研究了鈍體對招氣燃料的穩(wěn)燃作用，以解決沼氣燃燒不穩(wěn)定的問題，從而提高沼氣能的有效利用程度。
 二、火焰穩(wěn)定性的結構模型和理論分析
 當高速的可燃氣流沿鈍體鏡流時，在鈍體的背后將會產生一個反向的壓力梯度，形成一個回流區(qū)。通過鈍體兩向流動的圖解模型(如圖1)可以看幽：回流區(qū)和可燃氣之間韻能量交換造成了火焰穩(wěn)定的條件。在可燃氣流和回流區(qū)之間存在著質量、動量和能量變換，這種交換發(fā)生在垂直于回流區(qū)的邊界上。在邊界上有一個著火點R，R點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點以前的可燃氣流具有較低的溫度To，Tr>To，因而在回流區(qū)的煙氣沿OR線將熱量傳給可燃氣流。當這兩部分的熱量相等時，火焰即在R點處穩(wěn)定下來。如果火焰向回流區(qū)傳遞的熱量大于回流區(qū)傳遞給可燃氣流的熱量，則著火點前移，反之后移。
  從上述回流區(qū)熱平衡的物理過程分析可知，由于鈍體的存在，給著火提供了一個穩(wěn)定的熱源。
  回流區(qū)的幾何尺寸(長寵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)內平均停留時間tr
為：  PrVR
  tr-
  ‘  m
  式中：p，一回流煙氣的平均密度；
  m-質交換量。
 BoVina(19s9年)研究指出：tr-垤弋等
 式中：K-無因次停留時間，且K=104，此值對于鈍體尺寸在較大的范圍內均適用；
  Uo-可燃氣體的流速。
  刪回流區(qū)和可燃氣流之間通過整個邊界的質交換量為：
  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RF邊界）為：
qfr=￡！KRRv(L-Xi)Uo(CPfTf-CPrTr’
  回流區(qū)與可燃氣流的熱交換量（通過OR邊界）為：
qro-—旦rFRLX，Uo(CprTr-CpoTo)
  當可燃氣流著火所要求的熱量超過回流區(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、可燃氣流的絕對溫度；
  CPf、CPr.CPo-分別為火焰、回流煙氣、可燃氣流的比熱；
  Xi-著火距離，
  根據(jù)Williams（lg65年）研究指出：
 \i=U20．錛
  式中：WT-反應速度
圖l 回流區(qū)和火焰穩(wěn)定性模要
三、生物質燃燒機的結構原理與技術性能
  為了保證沼氣在較高熱負荷下穩(wěn)定燃燒，在生物質燃燒機頭部裝有鈍體（即蓋板）。蓋板可自由上下調節(jié)縫隙高度。當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。在鈍體下部設有8個氣流孔，目的是使氣流均勻分配，同時保：證每個孔有足夠的二次空_i。我們對8個孔分別采用(p3.+3.5.巾4不同孔徑進行試驗，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。生物質燃燒機頭部和引射器的結{見圖2。燃：燒器的全貌見圖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荷：3000千卡／H單管燃，I!毛器噴咀了L徑：2.6毫米。
 四、幾點結論
 1．著火提前。由于鈍體的存在，產生了一個回流區(qū)，給沼氣著火提供了一個穩(wěn)定的熱源，這就使沼氣有可能在短暫的時間內及時著火，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．提高熱負荷。沼氣燃燒器熱負荷的提高意味著沼氣流量的增大，沼氣流量的增大導致燃燒器火孔出口速度的提高，就會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，當一次空氣系數(shù)大于0.8時，會出現(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度的提高，是解決沼氣高強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。