据了解，现有的秸秆热风炉存在诸多问题，研究开发以生物质资源为燃料的新型高效热风炉的主要目的是降低供热成本。本文主要研究开发高效自动化程度高的秸秆热风炉，为烘干粮食、农副产品以及工业物料提供热源；研究设计了散热式大炉膛燃烧室主热交换与蛇形热管副热交换相结合的换热形式，采用了燃料在自动链式炉排上直接梯度燃烧的结构和设计了导热温度控制系统，使秸秆颗粒、压块燃料在燃烧炉膛内充分可控燃烧，实现生物质能向热能的高效转化。
一、研究技术现状
目前使用的各种秸秆热风炉大部分存在热效率低、消烟除尘差、自动化程度低等缺陷。首先是秸秆热风炉在热交换结构、流速、流向等方面设计不尽理想，普遍存在热效率低仅70%左右，热交换、燃烧也不充分等问题，造成耗能损失大，浪费能源较严重；其次是人工上料，不容易掌握、上料出渣劳动强度大；三是烟雾污染影响较大，换热管易结渣，固定炉排容易结焦，炉火不稳易烧坏炉排等现象，导致热风炉寿命较短等问题。一定程度上影响了秸秆热风炉进一步应用和发展。根据我国国情，提高热风炉效率、自动化程度和降低生物质燃烧对环境污染，是发展生物质燃烧技术的有效方法，因此，有必要对现有的间接式秸秆热风炉进行设计研究开发。这种新型间接热交换链排式秸秆热风炉，专门适应秸秆颗粒、压块燃料、秸秆煤等生物质燃料，也可用煤炭作为燃料，从而以低价燃料（成型秸秆）或逐步代替柴油或煤的热风炉。
二、重点设计研究内容
1.炉体构造的设计研究 该间接链排式秸秆热风炉设计了散热式大炉膛燃烧室主热交换与蛇形热管副热交换相结合的换热结构形式，通过燃料在自动链式炉排上直接梯度燃烧的结构和导热控制系统设计，使秸秆压块燃料在燃烧室内充分燃烧，快速导热，可全面提升热效率，实现生物质能向热能的高效转化。
2.数控系统的研发 通过加装温度传感器系统，实时监控出风温度，调节风机、进料速度来控制秸秆热风炉供热温度并对进料时间和进料量进行控制。
3.上料系统的自动化设计 通过设计加装机械自动上料机构，链排式自动送料机构，来降低工人的劳动强度。
4.烟尘系统的设计 通过设计烟道结构、改进出灰装置和烟尘过滤烟气系统，确保烟雾和排烟符合国家环保要求，并通过循环结构设计实现烟气的余热利用。
5.自动控制设计 分“手动”和“自动”模式。设计了两套控制系统，一套为总控制箱部分，控制上料电机、鼓风电机、调速减速器出料电机；另一套控制箱为炉体上的控制部分，控制出风机，烟道引风机。
三、设计结构特点
新型间接链排式秸秆热风炉由炉体、炉炯、换热风管、自动链排、鼓风机、出风机、烟道引风机和防逆火装置、烟气处理装置以及智能温度控制装置等组成，其结构示意简图如图一。
图一 间接链排式秸秆热风炉结构示意简图
1进料斗 2防逆火装置 3隔热层 4散热翅片 5换热管组6链式炉排 7烟道风机 8 出渣斗 9引风机 10炉炯 11炉体 12炉门 13鼓风机 14调节风门
其结构特点如下。
1.该热风炉主要燃烧生物质燃料，目前，市场上生产的生物质燃料有秸杆颗粒燃料、秸杆压块燃料以及秸杆煤等，在实际使用中也可以燃烧煤。它是以空气为介质进行热交换的新型高效的换热设备，能连续提供恒温、恒压、无尘的干净热空气。颗粒燃料完全燃烧后仅有少量粉末状灰分残余物，容易处理，无污染。
2.该设备操作简单，机械上料、自动链送进料、自动控温，安全性高，维护简便，运行费用比燃煤、燃油设备大幅度降低，热风炉采用整体保温减少了热量损失，更提高了热风炉热效率，热风炉整体结构紧凑、体积小、无噪音，无须架设高大烟囱，安装简便，故障率极低。同时，进料系统采用成熟的防逆火装置，可有效防止回火，保证用户的安全和热风炉的正常运行。
3.所有生物质锅炉在燃料燃烧过程中，往往会出现结焦现象，从而导致炉膛出现炉火不旺、炉排烧坏等现象。该炉当燃料在燃烧时，链条也在缓慢运行，从而破坏结块燃料，使之无法结渣，而且出口由于链条翻转可以碎化结渣。所以，应用先进的链条炉排不结渣技术，使热风炉使用更高效自动化。
4.设计的智能控制系统能够通过变频控制系统控制风机，风机不会因停炉而立刻停止运行，它会缓慢的减速运行，直到把烟气完全排出炉体后停止，可有效防止炉膛因烟气排出不及时而产生的爆燃，另外，通过变频系统控制风机运行，可大幅度降低噪音。
四、工作过程及工作原理
图二 热风炉工作原理流程示意图
点火时，原料通过地面料斗由输送机构将燃料加入进料斗置于链式炉排上，链式炉排运动燃料经过防逆火装置进料，进料斗防逆火装置下设进料控制闸门，通过调节进料闸门的高低可以调节进入炉排的燃料量；经过调节后的料量均匀分布在自动炉排上送入热风炉炯内，通过自动炉排不断前移。前移过程中，炉排电机为调速减速电机，可通过调速变频器的调速旋钮来控制炉排前移的速度；同时，有鼓风机不断将空气吹入链条炉排内，通过链节上30°斜逆出风口向炉膛内鼓风，炉排下面有三个独立的腔体，每个腔体有一个调节开关，可通过调节开关的大小来决定进入腔体的空气多少。使燃料得到不间断的连续燃烧，燃烧后的炉灰，经炉排排入尾部，经过出灰口将炉灰排出收集；燃料燃烧过程中，产生的烟气通过炉炯散热翅片散热，排出炉膛内的部分热量由蛇形换热管散热后经过换热再次得到充分利用后由烟道风机抽出并经水处理设备处理后排出，提高其热转化效率；常温空气由后面被吸入经过蛇形换热管组换热和炉炯散热翅片换热，被加热，由出风机排出；同时，通过温度传感器和智能控制设备进行调速、控风以及停机来控制出风机口的温度，达到自动控制。
1.从图一、二中可以看出，热风炉采用链排式节能技术送料，在设计中采用逆流燃烧方式,即燃烧火焰方向与进料方向逆向30°向上，并通过三组风门调节风量，按梯度使燃料逐步完全燃烧，这种燃烧方式使热烟气流经过燃料表面,促进了燃料的干燥和水气蒸发，使燃料易于着火。未燃尽碳粒和可燃气体随高温烟气流可以在燃烧室上部进行二次燃烧。燃烧后的高温烟气经过炉炯进入换热风管、汇流管由引风机引出进入沉降室除尘后排出。由于热风炉后部配有引风机,炉膛燃烧方式为微负压燃烧，这样既有效地控制强风将炉排上的飞灰和未燃尽的碳粒上吹燃烧,又保证了秸秆燃料完全燃烧所必须的大量空气。由于上述技术和措施,所设计的热风炉燃烧效率明显提高，燃料的消耗量与常规热风炉相比节约10%左右,而且冒黑烟的频率明显减少。
2.如图一所示，设计采用大炉炯直接燃烧散热和热交换管组散热形式换热，炉炯散热翅片散热面积大、散热快；设计了120根热交换管，热交换流道长，且热空气和烟气各走其道逆向换热，热交换效率高。炉体内设有大直径炉膛链式炉排，能使燃料充分燃烧。热交换管组内部换热腔分4个换热部，每个换热部内部包含若干相同直径的换热管，4个换热部沿着炉体长度方向排列并且逐个串接，位于炉体前端的换热部与炉膛上方连通，位于炉体末端上方的换热部设有排烟口，排烟口处设有排烟引风机，使炉膛形成负压燃烧。换热组内换热管的数量有120根沿炉体长度方向均匀排列。换热管的分布特点根据炉体内相应位置的换热需求而定，从而能提高热交换效率，减少热能损耗。换热腔内相邻换热部之间通过汇流管连通，并且同侧相邻的汇流管之间通过隔板隔开，前一换热部的换热管内的气流通过汇流管汇集再分配到下一换热部的换热管内。这种布置结构加工简单，换热管内热气流在汇流管内产生混流，产生不同换热管之间的热风温差以及同一换热管中心部分与近管壁处的热风温差，在汇流管内得以充分混合，利于下一级热交换；同时混流又能将拐角处的沉积烟灰卷起，随着热气流排出，起到管内自动清灰清洁作用。采用烟道口强制排烟方式，既有利于预热和控制热风升温速度，又可利用负压方法清除换热部位灰尘，使热风炉具备自动清洁功能。
3.炉体后壁和侧壁设置进风口，空气由进风口进入炉体后经过换热管组逆向换热和炉炯散热翅片周向换热后旋向到炉体侧壁处热风出口，热风出口处设有出风机，把热风排出炉体供烘干使用。由于进风口设置在炉体后、侧壁，外部空气经过换热管组逆向换热和炉炯散热翅片周向换热以及炉体进行热交换，充分利用炉体侧壁处的热能，减少了热能损失，提高了热交换效率。热风出口设置在高温的炉膛侧壁处，可直接利用炉膛侧壁处的热能，防止其流失，进一步提高了热交换效率。另外，相邻换热部之间设有导流隔板，并且导流隔板与换热腔之间留有通风口，相邻的通风口相互错位设置。利用导流隔板的阻挡，使得外部空气能沿着换热管的管壁流动，加长外部空气的流程，从而延长了热交换时间。换热管中的热气流与外部空气的流动方向相反，换热管中的热气流沿着流程向排烟口方向流动，其温度越来越低，最后从炉体末端的排烟口排出；而外部空气沿着逆向流程向热风出口方向流动，其温度越来越高，最后从炉体侧壁处的热风出口排出。
五、结束语
间接链排式秸秆热风炉是一种新型高效的热风炉，它能耗低、自动加供料、自动排渣，并以水稻、小麦、玉米等农作物秸秆废弃物为主制造的秸秆颗粒、压块、秸秆煤等生物质为燃料的经济适用的热风炉。该间接链排式秸秆热风炉是具有散热式大炉膛燃烧室主热交换与蛇形热管副热交换相结合的换热形式；热空气和烟气各走其道、周向散换热、逆向进风交错环行侧向出风结构形式；烟气经热管后向烟道引风，自动鼓风从链间斜逆向吹风、链排式送料并破坏燃料结快出渣，自动控温的新型高效节能常压热风炉。可为现有烘干设备提供干净且温度、风量恒定的热风干燥介质，对粮食、种子和农副产品进行干燥，对高效设施农业中大棚供暖，及对养殖环境及养殖水体进行加温等等。另外，利用成型秸秆燃烧颗粒、压块作为燃料的热风炉不但可以大幅度节省供暖成本，成本仅为燃油热风炉的20%，更重要的是可以解决部分秸秆、砻糠及其他可燃农业废弃物的有效利用，为秸秆等综合利用开辟一条道路。秸秆热风炉还能以低价清洁成型秸秆燃料代替柴油或煤的热风炉，有利于促进粮食干燥机械化及设施大棚等农机事业的发展。
