新农村省柴节煤炉灶技术 一,概述 (一)定义 农村省柴节煤炉,灶,炕技术是指针对农村广泛利用柴草,秸秆和煤炭进行直接燃烧的 状况,利用燃烧学和热力学的原理,进行科学设计而建造或者制造出的适用于农村炊事,取 暖等生活领域的炉,灶和炕等用能设备.顾名思义,它是相对于农村传统的旧式炉,灶,炕 而言的,不仅改革了内部结构,提高了效率,减少了排放,而且卫生,方便,安全.农村省 柴节煤炉,灶,炕技术包括省柴灶,节煤炉,节能炕以及炕连灶等各项技术. (二)分类 1.省柴灶 与旧式柴灶相比,省柴灶优化了灶膛,锅壁与灶膛之间相对距离与吊火高 度,烟道和通风等的设计,并增设保温措施和余热利用装置,以达到热效率 20%以上的要 求.省柴灶的特点是省燃料,省时间,使用方便,安全卫生. 在我国农村, 各地根据当地的生活习惯, 传统文化和经济条件, 有许多种类型的省柴灶. 按照建造方式,可分为手工砌筑灶和商品化灶;按通风助燃方式,可分为自拉风灶和强制通 风灶(带风箱或风机);按烟囱和灶门相对位置的不同,可分为前拉风灶和后拉风灶;按锅的 数目,分为单,双,多锅灶. 2.节煤炉 随着节煤炉灶的普及与推广,原来用手工砌筑的煤灶,由于受人为的因素 影响较大,发展受到一定的局限.即使同一个师傅砌筑的煤灶,各项热性能往往也有很大差 异.因此,许多地方采用工厂化生产的方式,将原来不可移动的煤灶改变为可以移动的商品 煤炉.同时,利用热力学和燃烧学原理,对煤炉的燃烧室,进风口,炉箅等内部结构进行了 合理改造,加添了保温材料和余热利用装置等,使煤炉的热效率可以达到 40%以上.其特 点是坚固耐用,寿命长,效率稳定,可拆装移动以及美观实用. 目前,我国农村地区使用的节煤炉形式很多.按照制作方式,可分为手工砌筑式(类似 于不可移动的灶)和商品化炉(可移动);按照安装方式,可分为整体炉和组装式节煤炉;按照 燃煤方式,可分为型煤炉和散煤炉;按照使用方式,可分为炊事炉和炊事取暖多用炉;按照 应用领域,可分为家用炉和集体食堂节煤炉. 3.节能炕 针对我国北方地区农村冬季室内普遍使用火炕取暖所造成的大量燃料消耗 问题,近年来各地因地制宜地研制推广了许多类型的节能效果好的炕. 为了更加有效地利用燃料, 大部分北方地区在对传统炕进行改造的同时, 通常将省柴灶 与节能炕连接起来, 即节能炕连灶. 但是在西北部分地区,炕, 灶是分开的, 灶设在厨房内, 而炕则安装在房间里.此外,按与地面接触的形式,我国节能炕还分为落地式和架空式.前 者与地面接触,炕洞也设在地面上,它是目前使用较多的一种炕;而后者炕洞不直接与地面 接触,这不仅可以节省不少建炕材料,而且还可以减少热量从地面直接损失掉,并增加炕在 室内的散热面,让更多的热量散到室内. (三)应用成效 截止到 2005 年底,我国农村已推广应用省柴节煤炉灶 1.89 亿户(其中省柴灶 1.51 亿 户,节煤炉 0.38 亿户),节能炕 1 975 万铺,形成了显著的节能减排效果.不仅每年可以 节约柴草和煤炭折合标准煤 7 540 万吨,为农民节省燃料费用开支 200 多亿元,而巳相当于 保护森林植被近 2 000 万公顷,分别减少 C02 和 S02 排放 2.04 亿吨和 604 万吨.同时,通 过省柴节煤灶,炉,炕的推广和普及,提高了农村生活用能设备的热效率,改变了传统烟熏 火燎的状况,提高了农民生活质量,改善了农村生态环境,缓解了农村生活用能紧张状况. 并且还可以带动相关产业的大规模发展,解决一部分农村剩余劳动力的就业问题. (四)我国技术研发现状; 我国省柴节煤炉,灶,炕的研究和大规模推广应用起始于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初. 1983 年 2 月 10 日, 国务院办公厅在批转国家计委, 农牧渔业部 《关 于加快农村改灶节柴工作的报告》中批示指出: "解决农村烧柴问题是件大事,要求各地 一定要认真抓好这件事" .从此,我国开始了大规模的省柴节煤炉,灶,炕的推广应用,并 先后在 729 个县开展了省柴节煤炉灶炕示范县建设. 从 20 世纪 80 年代中期开始,农业部组织有关科研单位和生产企业开展了省柴节煤炉, 灶,炕的基础理论研究,新产品创新,标准编制和技术及产品的大规模评比活动,使得当时 的省柴节煤炉,灶,炕的发展呈现出快速发展的良好势头,一大批省柴节煤炉,灶,炕的技 术及产品专利相继问世, 效率更高的新型工厂化生产开始起步并得到快速发展, 为日后更大 规模的实施省柴节煤炉,灶,炕推广工作奠定了坚实的基础. 现阶段, 由于全社会更加关注生物质能的开发与利用, 更加注重农村室内空气污染控制, 所以一些科研单位和生产企业开始自发地研究生产以农作物秸秆, 林业废弃物等为原料的颗 粒燃料,块状燃料和棒状燃料等,并研发与之相配套使用的生物质炉具以及炊事取暖用具. 在研发推广应用过程中,更加注意了炉具的多功能性(既可炊事,取暖,又可作为烤箱或壁 炉等),自动化控制程度(可以自动显示温度,自动供料)以及装饰美观程度(可与中高档家具 媲美). (五)国外发展情况 1.发展现状 国外在民用炉灶方面的发展与我国有较大的不同.首先,省柴灶和节能 炕国外几乎没有使用的先例, 国外不论是发达国家还是发展中国家, 大部分的民用炊事用具 都是以工厂化生产的炉子为主.在大部分东南亚和非洲发展中国家,当地的省柴灶以木材, 木炭或者稻壳等为主要原料,而且由于生活方式和习惯的不同,国外的炊事所用锅具较小, 所以相应的炉具也很小,可以移动.对于发达国家而言,北美和西欧国家则以天然气为主要 原料, 北欧等国家以木材等生物质燃料为主, 所以其炉灶的形式和构造都与我国不同. 其次, 国外在研制民用炉灶时,除了注重提高效率外,更注重减少室内烟气的排放,改善室内空气 质量, 所以制定了一系列针对室内空气质量的标准. 第三, 发达国家为了履行 《京都议定书》 中所承诺的义务, 开始越来越多地关注省柴节煤炉灶的研制和推广利用, 特别是结合生物质 能的开发与利用,一些外国大学,科研单位和公司研制了一系列生物质燃烧炉,用于民用炊 事和取暖用.但大部分炉具以木材及其制品为主要原料. 2.发展趋势 国外目前虽然对省柴节煤炉灶的投入并不很大,许多政府对农村节能的 重视程度也远不如我国, 但是由于一些发达国家的科研单位的参与, 使得民用炉灶的研制也 逐渐形成了规模, 特别是在民用炉灶的多功能性以及如何减少室内空气污染方面将投入更多 的资金. 3.对我国的启示 第一,应在重视提高省柴节煤炉,灶,炕热效率的同时,更加关注 室内空气污染的控制.第二,应制定相应暖用具.在研发推广应用过程中,更加注意了炉具 的多功能性(既可炊事, 取暖, 又可作为烤箱或壁炉等), 自动化控制程度(可以自动显示温度, 自动供料)以及装饰美观程度(可与中高档家具媲美).的农村室内空气质量标准,对空气中 C02, 颗粒悬浮物和可吸人颗粒物等提出明确的指标要求. 第三, 要增加政府对省柴节煤炉, 灶,炕研发资金的投入,研制出适合新农村建设的各种农村节能技术与产品. 二,技术要点 (一)省柴灶 1.技术路线(工艺流程) 为了提高柴灶的热效率,尽量减少热损失,以便达到省柴,省 时的目的, 就必须弄清楚燃料在柴灶内燃烧过程中所产生的各种热量的具体去向, 并有针对 性地进行改造.根据柴灶的结构和特点,柴灶的热损失主要有排烟热损失,化学及机械不完 全燃烧热损失,灰渣带走的热损失以及灶体,锅体的蓄热等. 从灶型的结构方面来看,老式柴灶结构不合理,燃烧不完全,保温性能差,热损失大, 所以热效率低.其主要缺点是: "两大"(灶门大,灶膛大), "两无"(无烟囱,无灶箅), "一高" (吊火高,一般在 30 厘米左右).而省柴灶与老式柴灶相比,具备了"两小"(灶 门和灶膛较小), "两有"(有灶箅和烟囱), "一低"(吊火较低)的优点结构比较合理,有 一个完整的通风系统,能得到较充分的燃烧.由于设置了保温层,增加了拦火圈,延长了高 温烟气流在灶膛里的回旋路程和时间,从而使热损失减少,热效率提高,既省柴又省时间, 并且安全卫生,使用方便.根据全国各地的测试与调查,省柴灶一般比老式柴灶省柴 l/3~ l/2,节约时间 1/4—1/3. 从热力学原理来看,省柴灶基本达到了节能的三个条件:一是能将燃料充分燃烧,使燃 料中的化学能比较完全地转化为热能.二是传热保温效果好,使有效利用的热值较大,散热 的热值较小.三是余热能较好利用,尽可能减少排烟余热和其他热损失.这就是省柴灶能够 节能的重要原因. 2.主要技术环节及要点 (1)各部件和设备的特点.省柴灶基本结构包括灶体灶膛,进风道,灶箅,烟囱等. (2)技术的主要性能参数.根据我国各地农村的生活习惯和烹饪方法,省柴灶一般应具 备以下性能特点: 一是点火容易起火快. 为了提高水或食物的温度, 例如烧开水或食物加工过程中的加热, 要求点火容易,起火快,省时,省工. 二是持续加热效能高并温度可调. 炊事过程中, 需要在一定温度下, 持续加温一段时间, 且温度可调.例如蒸,煮,炸食物时,三者所不同的仅在于维持的温度不一样,用油炸需要 的温度要比蒸煮时的高. 三是安全卫生和保温性能好.直接利用辐射热和传导热加工食物,例如烤,烙,炒食物 时,需要柴灶灶口不冒烟,灶膛保温,余热可利用. 四是热效率高.一般省柴灶的热效率要在 25%以上,而新建的省柴灶则要求热效率要 高于 30%,并能适应当地基本生活用能要求. (3)推广省柴灶需要注意的事项.推广省柴灶最需要注意的就是如何正确进行省柴灶的 外部施工: 第一步是砌灶体. 灶体主要起保温和承担锅台重量的作用. 灶体内径大小可以这样确定: 即用燃烧室的内径加上燃烧室结构的双边厚度, 再加上保温层厚度, 三项之和就是灶体的内 径尺寸.灶体外表应做得整齐,面平,以利于粉刷. 第二步是砌灶门.灶门的作用是添加燃料和观察燃烧情况,其位置应低于出烟口 3~4 厘米,若高于出烟口,就会出现燎烟现象.一般农产的灶门高 12 厘米,宽 14 厘米,烧草的 灶门可大一些,烧煤的灶门可小一些.为了防止热能从灶门散失掉,灶门上应安装活动的带 有观察孔的挡板. 第三步是砌灶台.通常把灶台突出灶身 4—8 厘米,做成一种滴水边,既方便使用,又 美化了灶形.砌灶台时还要注意内口留出 3~4 厘米,以便做锅边. 第四步是抹锅边.锅边是紧贴和托起铁锅的结构,常用硬泥或混合泥做成.一般大锅的 锅边厚度为 25—30 厘米,抹锅边为 20—25 厘米,小锅,特小锅 15~20 厘米.抹锅边时, 应边抹边用锅试,力求抹严,不跑气;锅沿超出灶面的高度要控制在 3 厘米以内,以便增大 锅的受热面积. 第五步是砌烟囱.烟囱具有一定的抽力,可以保证燃烧室内进入充足的空气,并将燃烧过 程中产生的废气排到大气中.户用炉灶的烟囱高度在 3 米左右,出口内径为 12~18 厘米. 在烟囱的适当位置上要设置闸板,以控制调节烟囱的抽风量,在烟囱的基部要留掏灰孔.如 果采用预制结构烟囱,内径不得小于 16 厘米.一般情况下,烟囱应高出屋脊 0.5 米. 第六步是粉刷.粉刷要在炉灶测试合格以后进行,一般灶台面,出烟口等部位最好使用 l:3 的水泥砂浆粉刷.灶台面如贴瓷砖,一般应在灶的各种性能达到技术要求且灶体阴干后 进行. (二)节煤炉 1.技术路线(工艺流程) 煤炉在燃烧和传热过程中,会产生一部分热量损失.其一是 炉口的热损失, 也就是煤炭在炉内燃烧产生的烟气从炉口直接排出而带走的热量, 这是煤炉 的主要热损失,一般占热损失总量的 30%左右.同时,烟气中还含有部分可燃气体,从而 造成化学不完全燃烧损失. 其二是炉体的热损失, 也就是通过炉体向四面八方辐射散热而造 成的热损失.其三是炉体本身吸热形成的蓄热损失,并导致炉体温度提升缓慢,影响燃烧. 其四是炉底排出的灰渣中带有的热损失, 并且灰渣中还含有一部分固体可燃物, 形成了机械 不完全燃烧损失. 为了提高节煤炉的效率,就要设法减少各个环节的热损失.一要保证供给适量的空气, 使煤炭完全燃烧.如果空气不足,会造成不完全燃烧损失;但若空气过多,又会导致排烟热 损失增大.二要使空气的分布合理,不仅要注意供给足量的空气,还要注意使空气与可燃物 进行充分接触和混合. 如果仅有适量的空气但却不能和可燃物有良好的接触混合, 仍然不会 达到完全燃烧的目的.三要选用耐火保温材料,尽量减少散热损失,降低蓄热损失.四要综 合利用余热,提高节煤炉整体的热效率. 2.主要技术环节及要点 (1)各部件和设备的特点.节煤炉的规格型号很多,各部件的造型,规格,材质不完全 相同,但炉体结构基本上是类似的,大致分为:炉口,炉胆,炉底三部分,具体则由炉壳, 炉胆,保温材料(又称隔热填充材料),炉面板,炉箅(又称炉条),灰膛(又称风膛)和炉门等组 成.有的煤炉设置了二次风(包括进风口,分道,出风口),炉口增设了围火圈(又称阻火圈, 挡风圈,保温圈),聚热板(罩)炉箅,保温垫,还有利用烟囱抽风等. (2)技术的主要性能参数.节煤炉是一种燃烧设备,燃料在炉中燃烧后释放出热量,供人 们进行炊事和取暖时利用, 所以节煤炉的好坏是燃烧能否进行以及热能利用多少的决定因素 之一. 一是节煤炉的热效率要求在 40%以上,而民用炊事水暖炉的热效率应达 70%以上. 二是热释放的速率既能达到 145~170 千焦/分以上,又能控制在 20—40 千焦/分以下, 这要求节煤炉具有火力强度控制功能. 三是尽可能保持较长的使用寿命,尤其是炉芯等易损件. (3)推广节煤炉需要注意的事项. 首先要一炉多用,炊暖兼优.家用节煤炉最好在形式上要多用途,应达到炊事取暖两方面 性能兼优,炊事要保证火力较足,这一点对尚未使用煤气的地区和广大农村用户尤为重要. 其次要质量可靠,使用安全.家用节煤炉的结构应合理,用材要精良,严格按工艺要求进 行制造加工,保证不因产品质量问题影响安全使用. 第三要操作方便,使用得力.加煤,清灰,封火以及炊事,供暖之间的切换使用要操作简 单方便,上火迅速,燃烧旺盛,火力较足,而且封火要严密,保持的时间较长,封火期间还 能保持缓慢循环加热,以达到继续少量供暖,维持一定的室温. 第四要 经济性好,实惠耐用.节煤炉应有较好的经济性,成本要低,售价合理,经久耐用,热效率 高.但应指出,节煤炉的材质是保障节煤炉使用寿命和安全的重要条件.用户在考虑节煤炉 的价格时, 切莫忽视质量问题. 用材好的节煤炉价格可能高一些, 但质量可靠, 使用寿命长, 安全性好,所以未必不经济. 最后要体积小巧,外形美观.由于节煤炉大多直接放置在厨房或客厅内,故应体积小, 占地少,外观好.结构上应便于清扫烟灰,表面光洁,易于清除污垢,保持清洁. (三)节能炕 1.技术路线(工艺流程) 节能炕一般都与灶相连,所以也称为炕连灶.炕连灶一般有 省柴灶,进烟口,炕洞,炕面,炕墙,炕檐,垫土层,出烟口和烟囱等部分组成.在采暖期, 燃料投入灶内,即可做饭,同时高温烟气通过进烟口进人烟洞一端,在炕洞中高温烟气进行 均匀分流,把热流传给炕面,在炕洞另一端烟气汇合通过炕的烟囱排出.在非采暖期,灶内 的烟气,不经过炕洞而直接从烟囱排出. 2.主要技术环节及要点 (1)技术的主要性能参数. 一是要结构合理, 尽量减少炕洞阻力, 以最大限度地增加传热面积. 由于烟灰沉积较多, 所以要从结构上考虑掏灰的方便. 二是炕面温度应尽量均匀,最好保持在 25~35℃.尽量减少炕头和炕梢的温差,以及 适应和调节人体躺在炕上时头,腰,脚三个部位的温差,以满足人们生活和卫生的要求. 三是进炕洞的烟温在 400℃以上,排烟温度在 35~40℃,使炕有足够的热量. 四是炕面材料应选用导热性能好,蓄热量大又比较坚硬的材料. 五是在炕保温性能比较好并且安全可靠的条件下,炕,灶的热效率,应比旧炕至少省柴 l/3. (2)推广节能炕需要注意的事项. 首先要尽可能提高节能炕热能利用率. 节能炕既然作为人们休息和采暖的生活设施, 炕 体就必须获得并积蓄足够的热量才能供停火后利用. 为了维持一定的室温, 节能炕就要有一 定的散热能力.而要保证炕面有足够的温度,又要有一定的保温蓄热能力.所以,节能炕最 好是使火炕底部架空,取消底部垫土,增大散热面积.要尽可能延长烟气与炕体换热时间和 增大换热面积,以增加炕体获得的热量. 其次要尽可能提高炕面均温性能. 可以取消炕体人为设置的炕洞阻隔, 使换热过程在整 个炕体内而不是在各个局部炕洞进行. 同时取消前分烟及各种阻挡形成的烟气涡流, 保证烟 气充满整个炕体,并通过炕面抹面材料厚薄调节,使得炕面温度更趋均匀. 最后要尽可能提高炕体保温性能. 节能炕不但要有一定的升温性能及均温性能, 同时还 要有一定的保温性能, 以保证节能炕热的时间长而降温慢. 因此要求在灶门和排烟口处都要 设置一个插板,在停火时关闭这些插板,使整个炕体形成一个封闭的热力系统.同时,还可 以通过炕面材料厚度来调节节能炕热容量的大小,从而达到保温和蓄热目的. 三,适宜推广情况分析 (一)技术应用潜力 推广省柴节煤炉,灶,炕始终应该是我国农村节能减排工作的重点,适合于我国绝大多 数农村地区. 东部和中部部分地区, 越来越多富裕的农民今后将以工厂化商品煤炉或者生物 质炉并配套使用液化石油气, 作为日常生活的炊事及取暖用具; 西部地区和少数中部地区的 农民则将仍以传统的省柴灶和节煤炉为主; 在北方大部分地区, 仍有很多农产冬季取暖需采 用节能炕. (二)近期工作重点 我国开展省柴节煤炉灶炕工作已 经有近 30 年的历史,所取得的成就也是巨大的.由于近些年来部分地区忽视了农村生活节 能,许多农产的省柴节煤炉,灶,炕属于"超期服役"近期重点对过去大规模推广应用的省 柴节煤炉,灶,炕进行一次全面的普查,调查和了解有多少省柴节煤炉,灶,炕已经陈旧, 破损甚至报废,并针对相应的情况进行改造,更新换代和新建.争取利用 5 年的时间完成现 有省柴节煤炉,灶,炕总数 50%的改造和更新换代工作.