生物的質(zhì)氣化爐優(yōu)化設(shè)計(jì)及原料地試驗(yàn)地地研究

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案生物質(zhì)氣化爐優(yōu)化設(shè)計(jì)及原料的試驗(yàn)研究摘要由于生物質(zhì)能具有儲(chǔ)量大、 環(huán)境友好等特點(diǎn)， 生物質(zhì)氣化技術(shù)尤其是戶用型生物質(zhì)氣化爐有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用研究?jī)r(jià)值。在了解了國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)氣化爐發(fā)展水平的基礎(chǔ)上， 分析比較各類型生物質(zhì)氣化爐設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出針對(duì)相應(yīng)缺陷的解決方案，并分析研究改進(jìn)型生物質(zhì)氣化爐對(duì)各種原料的適應(yīng)性。關(guān)鍵詞戶用型；生物質(zhì)；氣化爐；環(huán)境友好；原料比較1 引言人類正面臨著發(fā)展與環(huán)境友好的雙重壓力。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以能源為重要?jiǎng)恿?，?jīng)濟(jì)越發(fā)展，能源消耗越多，尤其是化石燃料消費(fèi)的增加，就有兩個(gè)突出問題擺在我們面前： 一是造成環(huán)境污染日益嚴(yán)重，二是地球上現(xiàn)存的化石燃料經(jīng)不起無(wú)休止的消耗。生

2、物質(zhì)能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽(yáng)能，通常包括農(nóng)業(yè)廢棄物、木材及森林工業(yè)廢棄物、禽畜糞便、城鎮(zhèn)生活垃圾以及能源作物等，最有可能成為21世紀(jì)主要的新能源之一。生物質(zhì)能具有以下特點(diǎn)： (1)屬于可再生能源，可保證能源的繼續(xù)利用；(2) 種類精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案多而分布廣，便于就地取材，利用形式多樣；(3) 相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成熟，可貯存性好； (4)節(jié)能、環(huán)保效果好。通過(guò)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以高效地利用生物質(zhì)能源生產(chǎn)各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料，生產(chǎn)電力。而減少對(duì)礦物能源的依賴，保護(hù)國(guó)家能源資源，減輕能源消費(fèi)給環(huán)境造成的污染。專家認(rèn)為，生物質(zhì)能源將成為未來(lái)持續(xù)能源重要部分，到2015

3、 年，全球總能耗將有 40 來(lái)自生物質(zhì)能源1-2 。2 生物質(zhì)能氣化技術(shù)的應(yīng)用前景我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈8.7 億t ，其中 2.8 億t用于能源消費(fèi)，占農(nóng)村能源消費(fèi)總量的70% 3 。在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)，僅秸稈等農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物資源量就有7×lOe8t a，相當(dāng)于 3.1 ×lOe8t 標(biāo)準(zhǔn)煤 4 。大量秸稈的廢棄和焚燒現(xiàn)象已持續(xù)多年。合理有效地利用這些資源，是一件利國(guó)利民、具很大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益的大事。戶用型生物質(zhì)氣化爐的推出，使大面積使用可再生能源技術(shù)成為可能，具有良好的市場(chǎng)前景。近年來(lái)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 生物質(zhì)氣化技術(shù)得到了推廣和使用，而目前戶用

4、型生物質(zhì)氣化爐具有氣化率達(dá)70% 、常壓產(chǎn)氣、 隨產(chǎn)隨用、無(wú)貯氣裝置、爐體結(jié)構(gòu)合理、外殼無(wú)高溫、產(chǎn)氣穩(wěn)定、燃燒時(shí)無(wú)煙無(wú)味、火焰穩(wěn)定、一次加滿原料可連續(xù)產(chǎn)氣3 h ，滿足一般農(nóng)戶一天的生活用能需求的特點(diǎn)4 。當(dāng)然，要使戶用型生物質(zhì)氣化爐在農(nóng)村大規(guī)模的應(yīng)用，還需要算一筆經(jīng)濟(jì)賬,通過(guò)試驗(yàn)了解到： 1 公斤秸稈精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案大概可產(chǎn) 1立方米燃?xì)猓?成本不過(guò) 01元，造價(jià)比煤氣、 石油液化氣、燒煤燒柴都低，農(nóng)戶每月支出不過(guò)30 40 元。再一筆是環(huán)境效益賬：男不砍樹，女不抱柴，使生活和生態(tài)環(huán)境煥然一新，既減少了垃圾，又減少了燒大鍋引起的大氣污染，為將來(lái)的可持續(xù)發(fā)展打下了基礎(chǔ)，為新農(nóng)村建設(shè)打下了基

5、礎(chǔ)，宏觀效益難以估算。3 生物質(zhì)氣化機(jī)理及氣化技術(shù)概況3.1 氣化機(jī)理生物質(zhì)氣化是利用空氣中的氧氣或含氧物作氣化劑，在高溫條件下將生物質(zhì)燃料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?主要是 H 、CO和CH )的熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。生物質(zhì)的揮發(fā)分含量一般在76 86 ，生物質(zhì)受熱后在較低的溫度下就能使大量的揮發(fā)分物質(zhì)析出。生物質(zhì)氣化爐可以分為固定床氣化爐和流化床氣化爐兩種類型。3.2 氣化技術(shù)概況3.2.1國(guó)外情況上世紀(jì) 7O 年代以來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究十分重視?，F(xiàn)已達(dá)到了較高水平，如德國(guó)魯奇公司進(jìn)行100MW生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 (BIGCC) 的示范工程，美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室和夏威夷大學(xué)

6、研究開發(fā)的Battelle 生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng) (BIGCC)及瑞典開發(fā)成功的 TPS生物質(zhì)的 BIGCC系統(tǒng)目前歐美國(guó)家正在致力于生物質(zhì)氣化合成甲醇、 制氫燃料的研究。 其生物質(zhì)氣化裝置均為流化床氣化爐，使用氧或水蒸汽作氣化劑，產(chǎn)生中熱值煤氣。美國(guó)國(guó)家再生精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案能源實(shí)驗(yàn)室曾研制成功生物質(zhì)雙器流化床氣化爐 該方法不用氧而使用空氣和水蒸汽生產(chǎn)中熱值燃?xì)猓?并建立了示范廠。 由于運(yùn)行時(shí)焦炭和熱載體都在高溫下進(jìn)行循環(huán)， 難以定量控制，使得難以穩(wěn)定運(yùn)行目前這種技術(shù)尚無(wú)實(shí)際應(yīng)用 2 。3.2.2國(guó)內(nèi)情況我國(guó)的生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用研究起始于上世紀(jì) 80 年代初。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)開發(fā)成功一些生物質(zhì)氣

7、化技術(shù)， 主要是固定床氣化爐， 這種固定床氣化爐在全國(guó)一度有百臺(tái)以上應(yīng)用于農(nóng)村作燃料使用。 由于這種氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)鉄嶂档?，一般?45MJ m ，運(yùn)行不穩(wěn)定，燃?xì)庵薪褂秃扛撸?造成后系統(tǒng)堵塞和腐蝕； 由于規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)性差，目前大部分處于停運(yùn)狀態(tài)。 2O 世紀(jì) 9O 年代初國(guó)內(nèi)才開展生物質(zhì)流化床氣化的研究，中科院廣州能源研究所研究開發(fā)了循環(huán)流化床氣化爐應(yīng)用于發(fā)電， 中國(guó)林科院林化所研究開發(fā)的內(nèi)循環(huán)錐形流化床氣化爐應(yīng)用于燃?xì)馍a(chǎn)。這兩種流化床氣化爐均為常壓、采用空氣作氣化劑，產(chǎn)生低熱值燃?xì)狻?目前已在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了推廣。但從總體上來(lái)說(shuō)，我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)水平不高，規(guī)模偏小與發(fā)達(dá)國(guó)家生物質(zhì)氣化技術(shù)相

8、比還比較落后。 由于生物質(zhì)氣化是新技術(shù)， 同時(shí)也是傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和嫁接， 因此我國(guó)的生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展應(yīng)在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上， 結(jié)合我國(guó)資源情況、 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和社會(huì)發(fā)展的需要，創(chuàng)造出適合我國(guó)國(guó)情的生物質(zhì)氣化新技術(shù)。4 生物質(zhì)氣化技術(shù)的試驗(yàn)研究精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案在了解了生物質(zhì)氣化機(jī)理及氣化技術(shù)的概況的前提下，自建了多功能戶用型生物質(zhì)氣化爐的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了了主要技術(shù)性能的試驗(yàn)研究， 獲得了氣化爐氣化性能運(yùn)行規(guī)律，論證了其設(shè)計(jì)的合理性以及氣化爐改進(jìn)的效果， 并得出了該類型生物質(zhì)氣化爐針對(duì)不同生物質(zhì)原料的性能參數(shù)。4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法介紹4.1.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成自建

9、的氣化實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括主體反應(yīng)器戶用型多功能生物質(zhì)氣化爐、供風(fēng)系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)及管道）、焦油凈化系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)、供熱裝置（加熱水）、儲(chǔ)氣裝置、燃?xì)庑魇饺紵?(灶頭 )等裝置，如圖 1。圖1.戶用型多功能生物質(zhì)氣化爐4.1.2氣化實(shí)驗(yàn)爐本實(shí)驗(yàn)使用的氣化反應(yīng)器為自行設(shè)計(jì)的改進(jìn)型戶用生物質(zhì)氣化爐，它采用上吸式固定床， 應(yīng)用了爐膛集中燃燒和尾部配風(fēng)的專利技術(shù)以及爐膛口徑自喉部一下漸縮的獨(dú)特爐型。改進(jìn)了的進(jìn)風(fēng)口(見圖精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案3) ，讓風(fēng)機(jī)打入的空氣先進(jìn)行環(huán)流分布和預(yù)熱后再進(jìn)入爐體內(nèi)， 避免因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)和排氣不在同一軸線上而出現(xiàn)燃燒偏離現(xiàn)象； 喉部上部爐體為圓筒，避免搭橋現(xiàn)象。爐體結(jié)構(gòu)如圖 35 .圖 2

10、 優(yōu)化后爐體結(jié)構(gòu)圖 3 改進(jìn)后進(jìn)風(fēng)口4.1.3實(shí)驗(yàn)方法精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)驗(yàn)選用家具廠鋸木屑，樟樹樹葉，稻草，糠皮，秸梗等作為氣化原料，以空氣作為氣化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且在了解各種生物質(zhì)原料的工業(yè)分析成分之后， 比較了各原料產(chǎn)生的氣化燃?xì)夥€(wěn)定燃燒的時(shí)間及燃燒強(qiáng)度。4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析4.2.1各生物質(zhì)原料工業(yè)分析成分首先了解幾種生物質(zhì)的工業(yè)成分6 ，才能更好的分析對(duì)比這些生物質(zhì)的氣化優(yōu)劣性能。表 1 幾種生物質(zhì)的工業(yè)分析成分工業(yè)分析成分揮發(fā)分固定碳灰分低位熱值種類水分（）（% ）（%）（ %）（ MJ/Kg ）樟樹樹葉9.9360.0614.5315.4811.787鋸木屑7.1666.3

11、215.7710.7514.645稻草4.9765.1116.0613.8613.970玉米秸4.8771.4517.755.9314.450糠皮10.0563.9714.7611.4015.807在自行搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上針對(duì)改進(jìn)型戶用生物質(zhì)氣化爐進(jìn)行了主要技術(shù)性能的試驗(yàn)研究，其中包括生物質(zhì)原料、鼓風(fēng)量、氣化強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)氣化性能的影響， 凈化裝置的脫除效果研究對(duì)氣化指標(biāo)的影響等。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，我們得到以下相關(guān)結(jié)論：精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案(1) 原料的含水率對(duì)氣化爐的氣化性能有顯著影響，一般物料的含水率控制在 7 15 時(shí)，燃?xì)獾臒嶂底顬槔硐搿?2) 氣化時(shí)，要形成穩(wěn)定的料層結(jié)構(gòu)，物料層必須達(dá)到一定的

12、高度。當(dāng)物料層高度在 600 700 mm 時(shí)，此時(shí)基本上是氣化爐滿爐運(yùn)行的情況，燃?xì)馄焚|(zhì)較好，氣化效率可穩(wěn)定達(dá)到 65 以上，同時(shí)焦油和灰塵的含量也大大降低，燃?xì)獬隹诘臏囟仍?60 左右。(3) 改變鼓風(fēng)量是氣化爐最簡(jiǎn)單迅速的調(diào)節(jié)手段之一，綜合各項(xiàng)性能指標(biāo)來(lái)看， 存在一個(gè)較佳的鼓風(fēng)量范圍， 當(dāng)然這個(gè)范圍會(huì)隨著物料的不同有所差異。（ 4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糠皮在所研究的幾種生物質(zhì)中，其產(chǎn)氣熱值最高，但又有幾點(diǎn)顯著的缺點(diǎn)：糠皮自然堆積角大，流動(dòng)性差，反應(yīng)區(qū)易于搭橋、穿孔，不能形成穩(wěn)定的床層。糠皮中木炭的機(jī)械強(qiáng)度很低，在大量揮發(fā)分析出后，不能保持現(xiàn)狀，迅速形成細(xì)而散的炭粒，降低了反應(yīng)的活性和反應(yīng)區(qū)的透

13、氣性。另外，樟樹葉在氣化過(guò)程中會(huì)長(zhǎng)生較多的黃色顆粒，堵塞燃燒器，并且產(chǎn)氣不穩(wěn)定，不太適合作為氣化原料。表2 氣化爐運(yùn)行參數(shù)單位時(shí)間原料類原料量空氣量 (m 3運(yùn)行時(shí)間 (h)原料消耗型(Kg)/h)量樟樹樹5.62.21.853.03葉精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案鋸木屑9.52.23.642.61稻草6.12.22.122.88糠皮8.82.23.082.862.62.482.66玉米秸6.62.22.842.321.83.321.99由表 2中數(shù)據(jù)可知，對(duì)于不同的生物質(zhì)原料，單位時(shí)間原料消耗量有比較大的差異， 說(shuō)明它們的產(chǎn)氣率存在差異：另外在相同原料投入量的情況下，氣化爐的運(yùn)行時(shí)間隨著通人氣化空氣量

14、的增加而變短；通入空氣量增大，供氧充足，爐內(nèi)氧化層放出熱量增多，爐膛反應(yīng)溫度升高，整體反應(yīng)速度加快，單位時(shí)間的原料消耗量也變大；即可以通過(guò)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量的大小改變氣化爐的生產(chǎn)能力。當(dāng)然為了保證氣化反應(yīng)的品質(zhì)和合理的運(yùn)行時(shí)間，入的空氣量也是有一定范圍的。所以，選擇合適的氣化原料對(duì)于得出理想的產(chǎn)氣效果是十分重要的，通過(guò)改變送風(fēng)量也能起到延長(zhǎng)燃?xì)夥€(wěn)定燃燒時(shí)間的效果。5 結(jié)束語(yǔ)現(xiàn)階段戶用生物質(zhì)氣化爐的推廣應(yīng)用已具有了良好的政策環(huán)境和小范圍應(yīng)用的基礎(chǔ)， 下一步應(yīng)努力創(chuàng)造條件， 做大做強(qiáng)戶用生物質(zhì)精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案氣化爐的產(chǎn)業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，農(nóng)村改革的進(jìn)一步深入，生物質(zhì)氣化技術(shù)必將受到相當(dāng)?shù)闹匾?，并且，生物質(zhì)氣化技術(shù)也在一天天趨近成熟，生物質(zhì)能替代化石原料逐步成為可能。6 參考文獻(xiàn)1 吳正舜，吳創(chuàng)之，鄭舜鵬 4 MW 級(jí)生物質(zhì)氣化發(fā)電示范工程的設(shè)計(jì)研究 J，能源工程， 2003(3) ：14-17.2 宋旭 ,于