節(jié)2009年第9期ENERGY CONSERVATION(總第326期)上吸式生物質(zhì)秸稈氣化爐的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究楊少鵬,薛勇,牛廣路(西南科技大學(xué)固體廢物處理與資源化省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川綿陽621010)摘要:設(shè)計(jì)一臺(tái)上吸式生物質(zhì)秸稈氣化爐,并進(jìn)行熱解氣化試驗(yàn),分析不同氣化劑量對爐內(nèi)溫度的影響以及溫度和秸稈種類對產(chǎn)氣成分的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:氣化劑量對爐內(nèi)溫度及爐內(nèi)溫度對產(chǎn)氣成分含量的影響均較大;秸稈種類也對產(chǎn)氣的熱值有較大的影響,稻草熱解可燃?xì)鉄嶂?.1MJ/m' ,油萊稈熱解可燃?xì)鉄嶂?.9M/m’,玉米稈熱解可燃?xì)鉄嶂?.5MI/m'。關(guān)鍵詞:上吸式氣化爐;爐內(nèi)溫度;燃?xì)獬煞种袌D分類號:X712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1004 - 7948(2009)09 -0006 -03引言Q。=4. 6MJ/m'。各種生物質(zhì)的低位熱值如表1所生物質(zhì)氣化是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的生物質(zhì)能示,取其平均值Q = 14.931MJ/kg;根據(jù)生物質(zhì)秸轉(zhuǎn)化技術(shù)之一-。20世紀(jì)70年代,Gahly等[1首次提稈在爐體壓實(shí)后取其密度p=50kg/m'。出了將氣化技術(shù)用于能量密度較低的生物質(zhì)燃料，表1生物質(zhì)秸稈工業(yè)分析使生物質(zhì)氣化的研究重新活躍起來。不同學(xué)科的相名稱揮發(fā)分/%灰分/%固定碳/%水分/%熱值/MJ.kg-'互滲透,使這一技術(shù)發(fā)展到新的高度。生物質(zhì)作為油菜稈79.854.2286.810. 16114. 619一種相對穩(wěn)定的可再生資源已經(jīng)成為世界大多數(shù)國玉米稈68.24 7.5116.89 7.3616. 672家研究利用的焦點(diǎn)(2。生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)的發(fā)稻草79.9110. 73517.149. 55013. 502展,對于解決能源與環(huán)境這--世界突出問題具有重1.2爐體結(jié)構(gòu)[6]要意義[3-4) ,也為我國生物質(zhì)能源的利用提供了理根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位質(zhì)量生物質(zhì)熱解氣的氣化論基礎(chǔ)。所謂生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)，就是將生物質(zhì)固體效率η=Qo●G/Q ,可知爐內(nèi)膛的容積為:Vuτ=Vq. Qo/(η.Qi .p)原料置于高溫環(huán)境,通過熱分解和化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)式中:VEr-爐內(nèi)膛容積,m';V,-氣體產(chǎn)量,m';化為氣體燃料和化學(xué)原料氣體(合成氣體)等氣態(tài)Q。一冷氣體熱值,M/m';G- -冷 氣體產(chǎn)率, m'/kg;物質(zhì)的過程,生物質(zhì)固體原料轉(zhuǎn)化的氣體稱為燃?xì)?。Q一原料熱值,MJ/kg;p- -秸稈在爐體壓實(shí)后的密在我國,目前常用的生物質(zhì)固定床氣化爐按照度,kg/m'。鼓風(fēng)方法不同和燃?xì)庀鄬τ谌剂狭鲃?dòng)方向不同,通由此得到的爐內(nèi)膛的容積為VLT = 0.039m'。常分為.上吸式、下吸式和平吸式”]。本文在比較了3種氣化爐的優(yōu)缺點(diǎn)之后選擇設(shè)根據(jù)爐膛計(jì)算容積,設(shè)計(jì)氣化爐的外徑D = 36cm,高度H = 80cm,殼體為鋼板,內(nèi)壁涂敷耐火材料,內(nèi)計(jì)上吸式氣化爐。膛的容積約為0. 04m'。1試驗(yàn)氣化爐的設(shè)計(jì)圖1所示為試驗(yàn)用氣化爐的爐體結(jié)構(gòu)示意圖。1.1設(shè)計(jì)依據(jù).該氣化爐在設(shè)計(jì).上以國家農(nóng)業(yè)部秸稈氣化驗(yàn)收1.3氣化爐氣化劑需用量的計(jì)算規(guī)范和技術(shù)條件( NY/T443 - 2001 )的指標(biāo)為設(shè)計(jì)1.3. 1生物質(zhì)秸稈完全燃燒所需要的空氣量V依據(jù),其具體指標(biāo)為:氣化效率η≥70% ,燃?xì)鉄嶂瞪镔|(zhì)秸稈含有碳、氫、氧、氮硫等元素,各種秸稈元素分析如表2所示?！?.6MJ/m'。中國煤化工以在計(jì)算中不考因此,取氣化爐的氣化效率η=70% ,燃?xì)鉄嶂祽]氦YHCNMHG基金項(xiàng)目:教育部固體廢物處理與資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(項(xiàng)目編碳完全燃燒的反應(yīng):號:08xgp02).C+02=CO212kg24m.2009年第9期節(jié)能(總第326期)ENERGY CONSERVATION--7一氧量的20% ~30%。選蘭盤↓水衛(wèi)封橫0.70pN;可燃?xì)?.60-\刪溫孔0.50H保溫層s 0.402內(nèi)膛+ 0.30-氣日妒柵-0.20CO,H,O排灰口0.10圖1 氣化爐體結(jié)構(gòu)示意圖0.200.400.600.801.00 T.20當(dāng)量比σ。表2生物質(zhì)秸稈元素分析圖2燃?xì)獬煞趾涂諝獾年P(guān)系名稱C含量/% H含量/% N含量/% 0含量/% S含量/%油菜稈41.286.5210. 3237. 2790.211考慮到實(shí)驗(yàn)裝置漏氣和氣體分布不均等因素，玉米稈41.825.5250.8344. 2350.223取當(dāng)量比為ao =0.3,則氣化所需用的空氣量:V=6. 1030.5734. 414.0.138a。xV=0.3 x3.99=1.197m'/kg。平均值40.536.0500.573 38. 6430. 191氣化劑流量直接影響氣化爐產(chǎn)氣量的多少與質(zhì)量。氣化劑流量大,產(chǎn)氣量大,但易造成過氧燃燒,1kg碳完全燃燒需要1. 9m'氧氣。致使可燃?xì)怏w成分減少,燃?xì)鉄嶂档?氣化劑流量氫完全燃燒的反應(yīng):小,則造成缺氧燃燒,氧化和還原反應(yīng)均不充分,產(chǎn)4H+ 02 =2H2O4k3 224m3氣中可燃成分少,使產(chǎn)氣質(zhì)量下降間。1kg氫完全燃燒需要5. 6m'氧氣。目前大多數(shù)氣化爐的供風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)口都是在原料中已經(jīng)含有[0],相當(dāng)于已經(jīng)供給[0] x爐體的側(cè)面,在原料下落和氣化過程中灰分會(huì)將通22. 4/32 =0. 7[0]m'氧氣,按氧氣占空氣的21%計(jì)風(fēng)口堵塞,氣體在爐內(nèi)的分布也不夠均勻,造成氣化算。則生物質(zhì)秸稈完全燃燒所需用的空氣量為:劑不能夠均勻地與原料接觸。該氣化爐采用特殊供V= (1/0.21) x(1.9[0] +5.6[H] -0.7風(fēng)方式,避免了原料和灰分與進(jìn)風(fēng)口直接接觸,使得[0]) .氣化劑能夠均勻地在爐內(nèi)分布。由表2給出的生物質(zhì)秸稈所含的主要元素含量2試驗(yàn)分析.為:[C] = 40.53%,[H] = 6.0505%,[0] =2.1試驗(yàn)材料與設(shè)備38. 643%。試驗(yàn)使用自行設(shè)計(jì)的上吸式氣化爐(見圖1)。生物質(zhì)秸稈完全燃燒所需用的空氣量:原料是油菜稈.玉米稈、稻草。其工業(yè)和元素分析如V= (1/0.21) x (1.9[0] +5.6[H] -0.7表1、表2所示。物料稱重采用TGT-100型臺(tái)秤,[0])=(1/0.21) x(1.9x40.53 +5.6x6. 050-秸稈破碎用9FQ-20多用粉碎機(jī),氣體采樣用0.7 x38.643) =3. 99m'/kg。100ml全玻璃注射器,供風(fēng)采用CZR型120W離心1.3.2生物質(zhì)秸稈氣化所需用的空氣量V。式交流鼓風(fēng)機(jī),管道風(fēng)速測定采用QDF - 2A型熱圖2中的曲線是生物質(zhì)氣化時(shí)空氣的當(dāng)量比與球式電風(fēng)速儀,爐內(nèi)溫度測定用WRN型熱電偶和產(chǎn)氣成分之間的關(guān)系曲線!”。電子式溫度指示控制儀,氣體成分分析采用QF型當(dāng)量比為0時(shí),沒有氧氣輸人,直接加熱原料的1901 - 1904型奧式氣體分析儀。反應(yīng)屬于熱分解反應(yīng),雖然可以產(chǎn)生H2、CO、CH。2.2試驗(yàn)步驟等可燃?xì)獬煞?但是產(chǎn)氣中的焦油含量會(huì)很高,且占,保證氣化爐和管物料質(zhì)量30%的碳不能同時(shí)轉(zhuǎn)變成可燃?xì)怏w。當(dāng)?shù)老抵袊夯ふＪ褂?將原料量比為1時(shí),原料與氧氣完全燃燒,不能產(chǎn)生可燃?xì)馄扑镃NMHG體。只有當(dāng)量比為0.2~0.3時(shí),產(chǎn)出的氣體成分比(2)加人爐體一些引燃物(0.5kg原料燃燒),較理想，即氣化反應(yīng)所需用的氧僅為完全燃燒時(shí)耗升高氣化爐的溫度,然后將4kg原料填人爐體內(nèi)部,節(jié)能2009年第9期ENERGY CONSERVATION(總第326期)并壓實(shí),同時(shí)將兩個(gè)熱電偶從下到上依次從測溫孔圖4所示為氣化量為2.4m'/h時(shí)熱電偶溫度(見圖1)插人爐體內(nèi)部,記錄熱電偶的初始溫度。隨時(shí)間的變化情況。此氣化劑量符合氣化比的要(3)打開鼓風(fēng)機(jī),調(diào)節(jié)風(fēng)速儀閥門,使風(fēng)速保持求。1號熱電偶的溫度先升高后略有下降,2號熱電在一定值(根據(jù)進(jìn)風(fēng)管徑換算成流量) ,將空氣送人偶溫度在后期超過1號熱電偶,此時(shí)燃燒層向上移爐體內(nèi)部。動(dòng),兩個(gè)熱電偶升溫速率都較快,短時(shí)間就到達(dá)了熱(4)此后,每5 min記錄熱電偶的數(shù)值,每解所需要的溫度400C,達(dá)到的最高溫度也超過了10 min收集氣體- -次,并進(jìn)行分析。700C ,可以產(chǎn)生較好的熱解效果。2.3試驗(yàn)結(jié)果圖5所示為氣化劑量為3.3m'/h時(shí)熱電偶溫圖3、圖4、圖5反映了在不同的氣化劑量的情度隨時(shí)間的變化情況。此1號、2 號熱電偶的溫度況下,氣化爐內(nèi)部下層溫度和氣體的成分在開始試隨時(shí)間先升高后下降,2號熱電偶的溫度在后期也驗(yàn)1 h內(nèi)的變化。超過了1號熱電偶的溫度,兩個(gè)熱電偶升溫速率升700溫速率較快,達(dá)到的最高溫度也超過了700C。從圖3 ~5的熱電偶溫度對比可以知道:氣化爐400內(nèi)溫度均隨著時(shí)間的增加而增加;在達(dá)到最高溫度300后,圖4、圖5所示的溫度略有下降,圖5所示的溫0000 t度在后期下降的速率較大;圖3的溫度沒有明顯的0 5 10152025 3035 4045 505560 '下降趨勢,說明在低的氣化劑流量下,需要達(dá)到最高’ 時(shí)min圉3在氣化劑 為1.8m/h條件下,溫度、.溫度的時(shí)間較長,影響熱解氣化效果。氣化劑的流氣體成分隨時(shí)間的變化量對升溫速率影響比較大,升溫速率隨氣化劑流量的增多而增大;然而氣化劑量過大會(huì)使得實(shí)驗(yàn)后期900r800-溫度下降較快,同樣影響了熱解氣化效果。此外,氣一600恐人014世十號熱電偶化劑的流量大小對其最高溫度也有影響,氣化劑量包400大,達(dá)到的最高溫度也高;在低的氣化劑量的情況配300-200下,2號熱電偶的溫度- -直低于1號,升溫速率相差1060 0 510152025 10354045 505560 0較大;在較高的氣化劑量的情況下,1號和2號熱電偶升溫速率較大,也比較接近。圖4在氣化劑量為 2.4m'/h條件下,溫度、2.3.2氣化劑量、溫度對可燃成分含量的影響從圖3 ~5中的氣體成分對比還可以知道:氣化劑量小時(shí),氧氣含量相應(yīng)減少,造成燃燒效果差,燃700上600.氣中的CO2含量少;氣化劑量大時(shí),氧氣含量相應(yīng)。500這400-增大,燃燒產(chǎn)生的CO2含量亦會(huì)提高;燃?xì)庵蠬2和湖300200-1CO的含量不僅和氣化劑量有關(guān)，和溫度也有密切100 H關(guān)系。在試驗(yàn)過程中,H2和CO的含量隨時(shí)間的延005 152503404550560時(shí)間/min長先增加后減少,其規(guī)律和溫度變化趨勢相近;CO2圖5在氣化劑量 為3.3m*/b條件下,溫度、.的含量則隨時(shí)間的延長先減少后增加,其規(guī)律和溫度的變化趨勢相反;在高溫時(shí),H2、CO、CH4的含量2.3.1氣化劑量對爐內(nèi)溫度的影響較低溫時(shí)高,CO2和O2的剛好相反,在高溫時(shí)含量圖3所示為氣化劑量為1. 8m'/h時(shí)熱電偶溫比低溫時(shí)低。舊縣0..CH.的含量的變動(dòng)范圍較度隨時(shí)間的變化情況。此氣化劑量下,升溫速率低,小,中國煤化工達(dá)到較高的溫度需要的時(shí)間長,尤其是2號熱電偶YHCNMHG燃燒不充分,溫度升溫速率更低,達(dá)到的最高溫度不到300C,對熱解升高慢,使得爐內(nèi)溫度較低,熱解氣可燃成分含量產(chǎn)生很大的影響,達(dá)不到好的熱解氣化效果。低;氣化劑量大,雖然可以升至較高的溫度,但是空2009年第9期節(jié)能(總第326期)ENERGY CONSERVATTON一9經(jīng)濟(jì)實(shí)用高效型日光大棚的蓄熱保溫性能分析洪麗華,閻軍顯(營口市中等專業(yè)學(xué)校,遼寧營口115000)摘要:為研究經(jīng)濟(jì)實(shí)用高效型日光大棚的蓄熱保溫性能,對大棚墻體、前底角、室體、地表的溫度變化及所適應(yīng)經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)驗(yàn),生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及記錄數(shù)據(jù)說明:白天大棚磚土混合墻體及地表接受太陽輻射而蓄熱;夜間隨室外溫度的降低棚內(nèi)墻體及地面溫度高于棚室內(nèi)溫度時(shí)開始放熱,磚土混合墻體具有非常好的蓄熱保溫性能,完全能夠滿足冬、春兩季經(jīng)濟(jì)作物生長的溫度需要。關(guān)鍵詞:日光大棚;經(jīng)濟(jì)實(shí)用;蓄熱保溫;磚土混合墻體;經(jīng)濟(jì)作物中圖分類號:TU855文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章 編號:1004 - 7948(2009)09 -0009 -03引言理,其吸熱蓄熱能力強(qiáng)。加之科學(xué)種植,可取得很好經(jīng)濟(jì)實(shí)用高效型8光大棚利用棚內(nèi)墻體及土壤的經(jīng)濟(jì)效益。多年生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果及記錄數(shù)據(jù)表吸熱保溫來為棚內(nèi)經(jīng)濟(jì)作物生長提供溫度條件,并明,該大棚種植的經(jīng)濟(jì)作物比同地區(qū)大棚的早成熟很好地解決了北方因冬春季溫差大引起的問題。采20~30天。用磚土混合墻體作為日光大棚的主體結(jié)構(gòu),建造簡1經(jīng)濟(jì)實(shí)用高效型日光大棚簡介單,造價(jià)低,節(jié)省墻體占地面積。利于機(jī)械化操作管日光大棚位于遼寧營口市,該地冬季平均日照氣過量容易形成局部燒穿現(xiàn)象,影響傳熱,使得熱解解氣化的關(guān)鍵因素,溫度的提高和升溫速率的加快過程不能持續(xù)進(jìn)行,也造成可燃?xì)獬煞趾枯^低。促進(jìn)了氣化的過程。由于不同秸稈的元素含量、揮因此氣化劑量是熱解氣化的關(guān)鍵因素。發(fā)分等不同,熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w成分差異較大,導(dǎo)2.3. 3秸稈種類對熱解氣熱值的影響致產(chǎn)氣的熱值不同,所以選擇不同的原料是產(chǎn)生高.表3所示為不同種類秸稈熱解后的可燃?xì)獬煞譄嶂禋怏w的基礎(chǔ)。有些秸稈(如稻草)由于其灰分.及熱值的測定結(jié)果。較大,產(chǎn)生的氣體熱值低,不適合單獨(dú)作為氣化原表3生物 質(zhì)秸稈熱解氣化產(chǎn)生的主要?dú)怏w成分分析和熱值料,可以和其他原料配合使用。低位熱值參考文獻(xiàn)名稱CO2/% O2/% CO/% H/% CH2/%/MI.M-3[1 ]Gahlym, Prekorz J. The hydro gasification of wood[J]. Ind稻草15.5 2. 115.2 13.22.24.1Eng Chem Res , 1988 ,27 :256 - 264.油菜稈13.4 1.918.2 16.24.9[2]Chen G, Andries J, Splienthoff H, et al. Biomass gasifica-tion integrated with pyrolysis in a circulating fluidized bed玉米稈13.2 1.920.2 18. 62.[J]. Solar Energy ,2004 ,76 :345 - 349.由表3可以得出,稻草、油菜稈、玉米稈中玉米[3]邱鐘明.陳礪.生物質(zhì)氣化技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[可再生能源,2002,(4):16-19.稈的熱值最大,稻草的最小。[4] Maniais. K, Beenackers AACM. IEA bioenergy gasifica-tion task[ A]. Biomass and bioenergy [ C]. Poland: Kra-3結(jié)論kow ,2000,1 -4.目前我國還沒有氣化爐的設(shè)計(jì)手冊,該課題是[5 ]Zhang Quanguo ,et al. Study of the purifier of biomass gas-ifcation system[ A ]. International Conference on Agricul-按照國家農(nóng)業(yè)部秸稈氣化驗(yàn)收規(guī)范和技術(shù)條件tural Engineering[ C]. (99 - ICAE) , 99912: M59 -61.(NY/T443 - 2001)的指標(biāo)為設(shè)計(jì)依據(jù),設(shè)計(jì)了秸稈[6]李鵬, 吳杰,王維新.戶用型上吸式生物質(zhì)氣化爐的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究.2008 ,(5):76- 78.氣化實(shí)驗(yàn)裝置,并在其上進(jìn)行了生物質(zhì)秸稈的熱解[7]宋秋， 任永志,環(huán)波.生物質(zhì)氣化爐設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].可再生氣化試驗(yàn)。[8中國煤化工，t選擇芻議[J].全國實(shí)驗(yàn)表明:氣化劑量的確定是熱解氣化的關(guān)鍵，MYHCNMHG它直接影響到爐內(nèi)的溫度和升溫速率,并影響爐體作者簡介:楊少鵬(1983-),男,河南鄭州人,碩士在讀,研.不同位置的溫度變化情況。而溫度和升溫速率是熱究方向:固廢污染控制與大氣污染控制設(shè)備。收稿日期:2009 -08 -09;修回日期:2009 -08 -20