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1、下吸式秸秆气化炉的设计研究 摘 要本设计是笔者在通过大量的阅读和收集有关气化方面资料和对气化炉实物进行了参观的基础之上，对秸秆气化的原理、工艺过程、参数选择、影响因素及气化气有害杂质去除方法等作了较详细的论述。同时，笔者从实际出发结合我国农村的现实情况设计了下吸式秸秆气化炉，并提出了自己的相应观点。关键字：生物质，秸秆气化，下吸式，气化炉。Abstract It designs to be author in through to read and collect about gasification respect materials and go on foundation that vi
2、sit to gasification stove material object a large amount of originally, To principle, straw of gasification, craft course , parameter choose, influence factor and gasification angry harmful impurity get rid of method ,etc. make more detailed argumentation. Meanwhile, I is it combine of our country r
3、eality of countryside design the sucking type straw gasification stove of downing to proceed from the reality, have put forward ones own corresponding view.Key word: Bionass; Gasification of the straw; Leave the sucking type; Gasification stove.文献综述1 发展生物质气化技术的意义 能源是国民经济建设和人民生活的重要物质基础，在某种意义上，人类社会生产的
4、发展史，就是人类能源开发利用史。随着世界人口的日益增长和社会经济的快速发展，人类在经历了以煤为主的第二代能源之后，以石油为主的第三代能源正面临着枯竭的危险。人类必须寻找到一种可经济开发、丰富、清洁的能源。因此，开发与利用新能源和可再生能源，已经成为世界性的能源建设发展的战略方向。目前，世界能源格局是以石油、天然气、煤炭等常规能源为主，包括水能风能、太阳能、潮汐能、地热能、核能、氢气能、生物能等能源在内的多种能源并存的状况。就煤、石油、天然气、地热能、核能等能源来说，不仅储量、开发量有限，而且是不可再生能源。水能、风能、潮汐能等可再生能源，虽然理论上是取之不尽，用之不竭的，但可经济开发的量并不大
5、。单单依靠这些能源远远不能满足国民经济的发展需要。因此人们预言能量巨大、分布广泛、可以再生、污染小的生物质能将成为第四代能源的主流能源。生物质气化技术主要是以低质生物质为原料的气化技术，使低质生物质完成从固态到可燃气体的转化。低质生物质是以农作物秸秆为主，还可以使用玉米芯、木屑、柴草等。由于低质生物质的可再生性，因此，这项资源所产生的能源，称之为可再生能源。生物质气化技术的用途与城市管道煤气相同，燃烧稳定、热效率高、适用于炊事、取暖、锅炉等。该技术在农村的应用前途极其广阔，实现了“一人烧火，全村用气”的要求。我国是一个农业大国，每年生产的农作物秸秆约7亿吨，如此之大的资源除了一小部分用于畜牧外
6、，其余的大部分以直接燃烧的方式将其浪费，既浪费了资源，又污染了环境。所以，合理有效的利用这项资源，是一件利国利民的大事。我国每年产生的农作物秸秆约折合3.5亿吨标准煤,充分利用这项资源会产生很大的社会效益和经济效益,主要表现在可以节约资源,保护环境,从而改变了农村传统的炊事方式，带动了相关产业的发展。2 生物质气化技术利用现状及发展前景生物质气化技术是一种热化学处理技术，通过气化炉将固态生物质转化为使用方便而且清洁的可燃气体，用作燃料或生产动力。生物质气化技术，就是生物原料在缺氧状态下加热反应的能量转换过程。生物质是由碳、氢等元素和灰分组成，当它们被点燃时，只供应少量空气，并且采取措施控制其反
7、应过程，使碳、氢元素变成一氧化碳、氢气、甲烷等可烯气体，秸秆中大部分能量都转移到气体中，这就是气化过程。去除可燃气体中的灰分、焦油等杂质，通过供气系统将其送入农户家中，使用时打开阀门，点燃燃气灶具，就可以烧水做饭了。生物质秸秆气化技术是90年代初期在我国发展起来的，但由于其具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。在短短的十年内得到了相当大的发展，目前我国已经成功开发了一些将生物质转化成可燃气体的技术。建立了380余处秸秆气化集中供气示范点，主要集中在山东、河南、江苏、河北、山西、北京、陕西。1 近年来由于各级政府的大力支持，以固定下吸式气化炉为代表的秸秆气化技术已在农村地区得到推广应用，取得了
8、良好的社会效益。我国是个农业大国，有丰富的农业废弃资源，但是其利用率却很低，且因不正当处置如焚烧而污染环境，随着我国生物质能气化技术的发展，其应用前景越来越广阔，特别是在气化发电和集中供气方面。目前国内已经成功开发了一些将生物质转化成可燃气的技术，采用固定床气化的，其所产气体的热值则可获得45MJ/m3，采用循环流化床气化的，其所产生的气体的热值则可获得7MJ/m3左右，而且中热值气化技术的实验研究在国内也已取得了较好效果，如广州能源研究所采用的氧气气化技术，其气体热值在10MJ12MJ/m3之间。4在我国，由于火力发电污染大，农村地区缺电严重，特别是偏远地区，生物质气化发电正是解决这一难题的
9、最好方法。利用生物质气化发电既可以生产电能，同时也使农村废弃物得到了有效处理，因而不但有良好的社会效益，也减少了处理这些废弃物时造成的环境污染。 3 生物质秸秆气化系统及设备3.1 秸秆气化集中供气系统介绍秸秆气化集中供气系统基本模式为：以自然村为单元，系统规模为数十户至上千户，系统由三部分组成：秸秆的气化机组，燃气输配系统和用户燃气系统。（工艺系统图如下页所示）铡成小段的秸秆送入气化器中经过热解气化反应转换成为可燃气体，在净化器中除去燃气中含有的灰尘和焦油等杂质，由风机送至气柜中。气化器、燃气净化器和风机组成了秸秆气化机组。气柜的作用是储存一定量的燃气以平衡系统燃气负荷的波动，并提供一个始终
10、恒定的压力保证用户燃气灶具的稳定燃烧。离开气柜的燃气通过敷设在地下图1 系统工艺流程图1- 螺旋输送机； 2- 气化炉 3- 旋风分离器 4- 喷淋净化器 5- 气水分离器 6-过滤器 7-鼓风机 8- 水封 9- 灶具 10- 储气柜的塑料管网分配到系统中的每一用户。用户打开燃气用具的阀门，就可以方便地使用燃气。系统中包括原料处理（铡草机）、上料装置、气化机组、风机、气柜、安全装置、管网和灶具等设备。生物质燃气的燃烧需用专用的灶具。经过气化，每公斤秸秆能产约2m3可燃气，一户4口之家每天需燃气约56立方米，燃气成本约0.11/m3元。3.2秸秆气化的主要设备-气化炉气化炉是秸秆气化的主要设备
11、，气化炉除由于原料不同而气化产物有差异外，气化时所吹入的气体（空气、氧气或水蒸气）的不同，所以产生的可燃气体的成分也不同。以空气和水蒸气同时鼓风而得到的混合气体应用最广，故一般所谓气化炉煤气即指混合煤气而言。气化炉气化过程的水蒸气由燃料中所含的水分产生。在大型固定式气化炉中，蒸汽还靠预热的空气带入；在小型气化炉，为了使结构简单，水蒸气的加入则是用滴水器来完成。目前所用的气化炉有上吸式气化炉，下吸式气化炉和流化床式气化炉3.2.1上吸式气化炉物料自炉顶加料口投入炉内，气化剂由炉底部进气口进入炉内参加反应，反应产生的气化气至下而上流动，由可燃气出口排出。上吸式气化炉工作过程及优缺点 这种气化炉有三
12、种优点:一是热解层和干燥剂用了还原反应后气体的余热，出口燃气的温度低，气化炉最下层是氧化层，这里有充足的空气供燃气所用,底部的木炭可以得到充分燃烧，故气化率较高；二是可燃气中含热值较高的热解产物，因此燃气热值较高；三是炉排受进风的冷却，工作性能比较可靠。其缺点是：由于炉内的气体流向是自上而下的，而热流的方向是自下而上的，致使引风机从炉栅下抽出可燃气要耗费较大的功率，出炉的燃气中含有较多的灰分，出炉的可燃气的温度较高，须用水对其进行冷却。（其工作原理如下图所示）图2 上吸式气化炉工作原理图3.2.2下吸式气化炉生物质原料由炉顶加料口投入料炉内，作为气化剂的空气也由进料口进入炉内。炉内的物料自上而
13、下分为干燥层、热分解层、氧化层、还原层。煤气从还原层排出。下吸式气化炉优缺点下吸式气化炉的热解产物通过炽热的氧化层，还原层而得到充分的裂解，因此焦油含量比上吸式低得多，这是下吸式气化炉最大优点，所以下吸式气化炉在需要使用洁净燃气的场合得到了广泛的应用；它的另一优点是它的加料端与空气接触,当炉膛内为负压工況时，加料端不需要严格的密封，使得运行中连续进料成为可能，也可以进行拨火操作。其缺点是：由于炉内的气体流向是自上而下的，而热流的方向是自下而上的，致使引风机从炉栅下抽出可燃气要耗费较大的功率，出炉的燃气中含有较多的灰分，出炉的可燃气的温度较高，须用水对其进行冷却。（其工作原理如下图所）图3 下吸
14、式气化炉工作原理图（见上页）3.2.3 流化床气化炉流化床气化炉结构比较复杂，设备投资较多。流化床气化炉的物料是具有一定粒度的固体燃料，当通过燃料颗粒之间的气流速度达到某一值时，微细颗粒之间会产生分离现象，少量颗粒在小的范围内振动或游动，燃料层由静止向流动转化。继续提高气流速度，全部微细颗粒被吹起而悬浮于气流之中，但不被吹出。此时即为“流化床”状态，气化介质和颗粒料充分混合，具有流体的性质 。（其工作原理如下图所示）图4 流化床工作原理图4 生物质可燃气的净化4.1 气化气中杂质的组成、危害及去除方法生物质气化燃气中含有各种各样的杂质，主要成分及危害如下表所示 表1 气化燃气中杂质的组成及危害
15、杂质成分典型成分可能引起的问题净化办法颗粒灰、焦炭、热质颗粒磨损、堵塞气固分离、过滤、水洗碱金属钠、钾等化合物高温腐蚀冷凝、吸附、过滤氮化物主要是氨和HCN形成二氧化氮水洗SCR等焦油各种芳香烃等堵塞、难以燃烧裂解、除焦、水洗硫、氯HCL硫化氢腐蚀污染水洗化学反应灰分：在反应进程中，大部分灰分由炉栅落入灰室，可燃气中的灰尘经旋风分离器被除掉，将收集的灰分进一步处理，可以加工成耐热保温材料，或是提取高纯度的SiO2，当然也可以用作肥料。水蒸气：可燃气中还含有一定量的水蒸气，水蒸气遇冷后将凝结成水。因此，在可燃气输送管网中，每隔一定距离要设一个集水井以便将冷凝水排出。H2S：秸秆气化气中硫化氢的含量一般为300mg/m3以上，H2S和水反应生成弱酸，易对钢材设备产生腐蚀，因此必须脱除秸秆气中的硫化氢，目前，脱除硫化氢的最简单方法是采用石灰水喷淋洗涤（须定期补充石灰水）或采用活性碳吸附（须定期对活性碳进行脱附）；如用氧化铁法脱除硫化氢，脱硫时还可消耗秸秆气中的氧气；另外，硫化铁可用来脱除秸秆气中的NO，减少煤气胶的生成量，减少了管道的堵塞，有利于供气和顺利进行。生物质气化燃气中水分和灰分的处理是比较容易的，而焦油则是生物质气化应用中危害最大的，需通
