16RURAL ENERGYNo 4 2000(92 Issue in Aul)下吸式生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計(jì)任永志(遼寧省能源研究所營(yíng)口115000董立明(遼寧省營(yíng)口市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站營(yíng)口115003)摘要介紹了下吸式生物質(zhì)氣化爐的工作原理、特點(diǎn),以及主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。關(guān)鍵詞生物質(zhì)氣化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下吸式生物質(zhì)氣化爐由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,揮發(fā)分(裂解氣、焦油以及水分)被分離出來;易于操作,產(chǎn)出氣的焦油含量低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得熱解區(qū)的上部為干燥區(qū),物料在此區(qū)域被預(yù)到了廣泛的應(yīng)用。生物質(zhì)氣化過程是一個(gè)復(fù)雜熱;氧化區(qū)的下部為還原區(qū),氧化區(qū)產(chǎn)生的的熱化學(xué)反應(yīng)過程,生物質(zhì)氣化爐各部位結(jié)構(gòu)CO2炭和水蒸氣在這一區(qū)域進(jìn)行還原反應(yīng),同尺寸將極大地影響氣化爐的熱效率、產(chǎn)氣成分時(shí)殘余的焦油在此區(qū)域發(fā)生裂解反應(yīng),產(chǎn)生以和產(chǎn)氣品質(zhì),所以設(shè)計(jì)合理的生物質(zhì)氣化爐是CO和H2為主的產(chǎn)出氣,這一區(qū)域的溫度約為有效利用生物質(zhì)能的關(guān)鍵。下面針對(duì)下吸式氣700~900℃。來自熱解區(qū)富含焦油的氣體須經(jīng)化爐的特點(diǎn)介紹其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。過高溫氧化區(qū)和以熾熱焦炭為主的還原區(qū),其下吸式生物質(zhì)氣化爐的工作原理中的焦油在高溫下被裂解,從而使產(chǎn)出氣中的如圖1所示,作為氣化劑的空氣從氣化爐焦油大為減少。側(cè)壁空氣噴嘴吹入,產(chǎn)出氣的流動(dòng)方向與物料2下吸式生物質(zhì)氣化爐的特點(diǎn)①氣化爐料斗下部橫截面尺寸較小的部干燥區(qū)位稱為“喉部”,“喉部”尺寸的大小決定了氣化導(dǎo)熱還片產(chǎn)出氣爐的產(chǎn)氣能力和產(chǎn)氣品質(zhì)。熱解區(qū)②為保證物料與空氣的充分混合,在“喉部”布置多個(gè)空氣噴嘴。一般有外噴(空氣由喉氧化區(qū)部外壁向中心噴射)和內(nèi)噴(空氣由喉部中心空氣空氣供氣管向外噴射)兩種布置形式,其中第一種還原區(qū)形式應(yīng)用較多。③氣化爐料斗外壁焊有翅片,以增大產(chǎn)出氣與料斗的換熱面積,降低產(chǎn)出氣的溫度,提圖1下吸式氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖高氣化爐的熱效率。下落的方向一致,故下吸式氣化爐也稱為順流④氣化爐內(nèi)具有火焰溫度穩(wěn)定效應(yīng),即當(dāng)式氣化爐。吹入的空氣與物料混合燃燒,這反應(yīng)混度高時(shí)作為吸執(zhí)的還原反應(yīng)相對(duì)加區(qū)域稱為氧化區(qū),溫度約為900-1200℃,產(chǎn)劇,中國煤化反應(yīng)溫度偏低時(shí),生的熱量用于支持熱解區(qū)裂解反應(yīng)和還原區(qū)還原CNMH氧化反應(yīng)占優(yōu)勢(shì),還原反應(yīng)的進(jìn)行;氧化區(qū)的上部為熱解區(qū),溫又使氣體溫度升高。火焰溫度穩(wěn)定在800度約為300-700℃,在這一區(qū)域,生物質(zhì)中的1200℃,這樣產(chǎn)出氣成分也相對(duì)穩(wěn)定。2000年第4期(總第92期農(nóng)村能源17⑤由于“喉部”的存在,使下吸式氣化爐的產(chǎn)出氣氣化能力要低于外形尺寸相同的其它結(jié)構(gòu)形灰分含量物料中存在較多的灰分且式的氣化爐,尤其是上吸式氣化爐。灰熔點(diǎn)較低時(shí)會(huì)造成氣化爐氧化區(qū)內(nèi)結(jié)渣,產(chǎn)3下吸式生物質(zhì)氣化爐設(shè)計(jì)要點(diǎn)出氣中焦油含量增大,嚴(yán)重時(shí),氣化爐不能運(yùn)(1)設(shè)計(jì)要求行。一般灰分含量在5%以內(nèi),氣化爐能夠可靠①應(yīng)了解生物質(zhì)物料的物理特性。地運(yùn)行表2給出常見生物質(zhì)物料的灰分含量,·物料熱值為了保證生物質(zhì)氣化爐結(jié)以供參考。構(gòu)尺寸的合理性與經(jīng)濟(jì)性,計(jì)算氣化爐入爐熱表2常見生物質(zhì)物料的灰分含量量時(shí),應(yīng)采用生物質(zhì)物料的應(yīng)用基低位發(fā)熱生物質(zhì)木玉米量,即;物料完全燃燒時(shí)放出的全部熱量中扣磊養(yǎng)除水蒸氣氣化潛熱后所得到的發(fā)熱量?；曳?.131.57.417.216-23物料水分含量物料中水分的蒸發(fā)所造成的熱損失使氣化爐熱效率降低,同時(shí)也降②確定氣化爐產(chǎn)出氣參數(shù),如產(chǎn)氣量、產(chǎn)低了產(chǎn)出氣的品質(zhì)。當(dāng)物料中的水分高于一定氣成分等。對(duì)于下吸式氣化爐,單臺(tái)最大產(chǎn)氣值(約70%)時(shí),燃燒反應(yīng)不能進(jìn)行,依靠燃燒量不應(yīng)超過500m3/he反應(yīng)提供熱量的還原反應(yīng)(產(chǎn)氣反應(yīng))也停止③應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮氣化爐各密封面的良進(jìn)行。物料中水分一般控制在15%以內(nèi)。好密封,防止漏風(fēng)和產(chǎn)出氣泄露。物料粒度從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度分④“喉部”空氣噴嘴附近區(qū)域應(yīng)敷設(shè)耐火析,粒度較小的物料表面積較大,與氣化劑混材料,以防燒壞“喉部”,噴嘴應(yīng)采用不銹鋼材合充分,利于氣化反應(yīng),但氣流阻力和風(fēng)機(jī)的料。負(fù)荷增加;反之,粒度較大的物料與氣化劑接觸⑤“喉部”尺寸較大或生物質(zhì)物料粒度較面積變小,反應(yīng)不夠完全,同時(shí)容易產(chǎn)生“搭橋”小時(shí)應(yīng)加設(shè)鑄鐵爐柵?，F(xiàn)象,使物料不能均勻下落。推薦物料尺寸在(2)理論計(jì)算及主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定80mmx80mm×80mm與40mm×40mmx40①理論空氣量的確定以及噴嘴幾何尺寸mm之間較為合適。的計(jì)算物料的堆密度物料的堆密度系指物生物質(zhì)物料與空氣在氣化爐中發(fā)生復(fù)雜料在自然堆積狀態(tài)下的密度。堆密度的大小影的熱化學(xué)反應(yīng),從熱動(dòng)力學(xué)角度分析,空氣量響到氣化爐內(nèi)物料的駐留時(shí)間、下落速度,同時(shí)對(duì)于產(chǎn)出氣成分的影響可以從圖2中看出,圖也影響到氣化爐各部位的幾何尺寸。表1給出中橫坐標(biāo)值為所提供的空氣中的氧與物料完常見生物質(zhì)物料的堆密度,以供參考。全燃燒所需氧的當(dāng)量比。表1生物質(zhì)物料的堆密度kg/m3從圖2中曲線可以看出,當(dāng)量比為0時(shí),沒王米秸稈名木塊本片(松散)50mm,20%水分玉米芯有氧氣輸入,直接加熱物料的反應(yīng)屬于熱解反應(yīng),雖然也可以產(chǎn)生H,CO,CH等可燃成分堆密度2001301但產(chǎn)出中油命母得烹并且約占物料質(zhì)量·揮發(fā)分含量生物質(zhì)物料中的揮發(fā)分30中國煤化工可燃?xì)怏w;當(dāng)量比含量為63%-80%。通過合理的“喉部”設(shè)計(jì),為P,我\改王元全燃燒反應(yīng),不能產(chǎn)保證一定厚度的熾熱焦炭層存在,可以使氣體生可燃?xì)?只有在當(dāng)量比為0.25~0.3時(shí),即氣中的焦油得到充分裂解,從而得到較為潔凈的化反應(yīng)所需的氧僅為完全燃燒耗氧量的25%18RURAL ENERGYNo 4 2000(92 Issue in All確定噴嘴的孔徑和數(shù)量。在結(jié)構(gòu)允許的條件下,較多的噴嘴有利于空氣和物料的良好混合,但也增大了阻力,增加風(fēng)機(jī)負(fù)荷。P=lx 10Pa0.50②“喉部”幾何尺寸的計(jì)算喉部”的幾何尺寸決定了氣化爐的產(chǎn)氣能力,應(yīng)根據(jù)氣化強(qiáng)度以及物料的物理特性進(jìn)0.行計(jì)算。0.20喉部截面積=每小時(shí)先物質(zhì)耗量0.10由于生物質(zhì)物料的堆密度、粒度相差較0.000.200.400.600.801.001.20大,這將明顯影響物料在爐內(nèi)的駐留時(shí)間,這當(dāng)量比ε就要求氣化爐因物料不同而選用差別較大的圖2空氣量與產(chǎn)出氣成分關(guān)系氣化強(qiáng)度。對(duì)于堆密度較小或粒度較小的物30%,產(chǎn)出氣成分較理想。當(dāng)生物質(zhì)物料中料,其爐內(nèi)駐留時(shí)間短,氣化強(qiáng)度應(yīng)相應(yīng)減小;水分較大或揮發(fā)分較小時(shí)應(yīng)取上限,反之取下反之,應(yīng)增大氣化強(qiáng)度。一般氣化強(qiáng)度推薦值為限。計(jì)算氣化爐反應(yīng)所需空氣量時(shí),應(yīng)首先根500~2000kg/(h·m2)。據(jù)生物質(zhì)物料的元素分析結(jié)果,按下式計(jì)算出盡管下吸式氣化爐產(chǎn)出氣中焦油含量很其完全燃燒所需理論空氣量V,然后按當(dāng)量比少,但根據(jù)產(chǎn)出氣的不同應(yīng)用場(chǎng)合,還應(yīng)當(dāng)配0.25~0.3計(jì)算實(shí)際所需空氣量。置不同的除焦油設(shè)備,以及除塵、除濕設(shè)備,以v、1(1.866C+5.55H+0.7S-0.70)進(jìn)一步提高產(chǎn)出氣的品質(zhì)。0.21式中V物料完全燃燒所需的理論空氣量參考m/kg1t. B. Reed. BIOMASS GASIFICATIONC—物料中碳元素含量,%;PRINCIPLES and TECHNOLOGY. NOYES DATAH—物料中氫元素含量,%;CORPORATION. Part Ridge, New Jersey, U.S.A.1981S——物料中硫元素含量,%;2 Albrecht Kaupp and John R. Goss. Small Scale Gas0—物料中氧元素含量,%。Producer-Enginme Systems. Deutsches Zentrum fur理論空氣量確定之后,再確定噴嘴的尺Entwicklungstechn-ligien- GATE, German寸。噴嘴幾何尺寸按下式計(jì)算。3陳學(xué)俊,陳聽寬.鍋爐原理,北京:機(jī)械工業(yè)出版d=301 nv收稿日期:2000-07-15式中G—一生物質(zhì)耗用量kg/h;噴嘴中空氣流速,m/s;K——?dú)饣杩諝饬?m3/kg;歡迎釘閱n——噴嘴個(gè)數(shù);中國煤化工》親志d—噴嘴直徑,m。CNMHG噴嘴中空氣流速推薦值為15~20m/s,根歡迎刊登廣告據(jù)計(jì)算出的理論空氣量以及喉部的幾何尺寸