戶用型上吸式生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計(jì)

新能源課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：戶用型上吸式生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計(jì)姓名：班級(jí)：08熱能一班學(xué)號(hào)：摘要：能源問題是全球重大問題，生物質(zhì)能是一種有效的替代能源，可以緩解能源的緊張問題。我國生物質(zhì)能比擬豐富，應(yīng)加強(qiáng)生物質(zhì)能的研究。原理概述：生物質(zhì)氣爐制造的秸稈燃?xì)?，屬于綠色新能源，具有強(qiáng)大的生命力。由于植物燃?xì)猱a(chǎn)生的原料為農(nóng)作物秸稈、林木廢棄物、食用菌渣、牛羊畜糞及一切可燃性物質(zhì)，是一種取之不盡，用之不竭的再生資源。然而，在我國目前農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)〔秸稈燃?xì)狻⑻烊粴?、液化氣、沼氣、太陽能、電、原煤、蜂窩煤，原植物燃料〕當(dāng)中，唯獨(dú)有秸稈燃?xì)庾罱?jīng)濟(jì)、最方便、最節(jié)能、最適用，不僅使用平安，而且清潔衛(wèi)生。每個(gè)農(nóng)戶每天只需植物原料3-5公斤，方可解決全天生活用能〔炊事、取暖、淋浴〕，并且像液化氣一樣燃燒，完全可以改變我國農(nóng)村煙熏火燎的生活方式，完全可以取締傳統(tǒng)柴灶，替代液化氣。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)、上吸式、氣化、戶用型。第一章緒論1.1開展背景能源是人類生存和開展的物質(zhì)根底。建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料的根底上的能源體系極大地推進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步和開展。然而現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)過渡依賴化石能源。這種過渡依賴帶來了環(huán)境問題、經(jīng)濟(jì)危機(jī)、現(xiàn)代戰(zhàn)爭、領(lǐng)土和領(lǐng)海爭端等一系列問題。從能源的開展前景來看，化石能源的前景不容樂觀。《BP世界能源統(tǒng)計(jì)2009》現(xiàn)實(shí)，按照當(dāng)前開采速度全球原油剩余量僅供人類開采42年。以同樣的方式計(jì)算，天然氣可供60年，煤可供122年。盡管地質(zhì)學(xué)家對(duì)化石能源匱乏時(shí)間仍有爭論，但無論如何，化石燃料終將耗盡確是無可爭辯的事實(shí)。尋找一種可再生的替代能源已成為社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。可再生能源包括太陽能、風(fēng)力、水力、潮汐和生物質(zhì)能等。生物質(zhì)能是僅次于煤、石油和天然氣居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源。作為唯一的可儲(chǔ)存和輸運(yùn)的能源，具有廣泛的開展前景。21世紀(jì)中國的可持續(xù)開展面臨著能源的嚴(yán)峻挑戰(zhàn):國內(nèi)優(yōu)質(zhì)能源資源缺乏，環(huán)境問題于能源平安日益迫切，溫室氣體的排放的壓力日益加大。改變我國傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)模式、消費(fèi)模式，利用生物質(zhì)能等清潔可再生能源，對(duì)建立可持續(xù)開展的能源系統(tǒng)，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)開展和環(huán)境保護(hù)具有十分重大的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。1.2秸稈氣化爐的開展前景隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提高，中國農(nóng)民的收入也大步增高。因次許多農(nóng)民辭別了煙熏火燎的日子，利用電飯煲、電飯鍋等進(jìn)行做飯燒水。這種能源利用方式的改變使他們過上了更加方便、文明和衛(wèi)生的生活。然而，要完全依靠電力來保證8億農(nóng)民的生活需求，那么是國力和環(huán)境的承重負(fù)擔(dān)。我國生物質(zhì)資源的大量浪費(fèi)和農(nóng)村商品能源的大量需求逐年增大的局面，引起政府和社會(huì)的關(guān)注。我國絕大多數(shù)農(nóng)村和小城鎮(zhèn)居民，能源消耗量的80%以上是直接燃燒生物質(zhì)能而得到的。這種產(chǎn)能方式不僅利用率低下，而且對(duì)環(huán)境有很大的危害。所以迫切需要一種將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為清潔能源的裝置。秸稈氣化爐就是這樣一種裝置。它以農(nóng)作物秸稈、農(nóng)林廢棄物為主要?dú)饣?。氣化爐的生產(chǎn)本錢不高，而是用本錢更低。該技術(shù)在農(nóng)村的應(yīng)用前景極其廣闊，在改變農(nóng)村傳統(tǒng)飲炊習(xí)慣，減少農(nóng)民開支，提高農(nóng)民生活質(zhì)量等方面具有較大的推廣價(jià)值。1.3秸稈氣化爐的工作原理氣化爐是根據(jù)有機(jī)物的熱解原理，是爐內(nèi)的生物質(zhì)在一定溫度和氧氣條件下充分裂解為可燃性氣體。只需要點(diǎn)燃爐內(nèi)生物質(zhì)即可產(chǎn)生高溫，在缺氧的環(huán)境下，生物質(zhì)裂解為甲烷、氫氣、一氧化碳等可燃?xì)怏w。燃?xì)庾詣?dòng)導(dǎo)入別離系統(tǒng)執(zhí)行脫硫、脫塵、脫水蒸氣等凈化程序，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)燃?xì)狻Ｈ細(xì)馔ㄟ^管道出送到燃?xì)庠?，點(diǎn)燃〔亦可電子打火〕即可使用。第二章戶用型上吸式生物質(zhì)氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1氣化爐總體方案確實(shí)定2.1.1研究設(shè)計(jì)原那么〔1〕氣化效率高，燃?xì)赓|(zhì)量好3，燃?xì)庵幸谎趸己?gt;20%，不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，既造成了能源的浪費(fèi)，有對(duì)用戶生命平安構(gòu)成危邪。必須合理的設(shè)計(jì)氣化爐，使燃?xì)獬煞种笜?biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)?！?〕物料適應(yīng)性好由于農(nóng)村生物質(zhì)種類比擬多，設(shè)計(jì)出的氣化爐機(jī)組應(yīng)具有廣泛的適應(yīng)性?！?〕鞏固耐用，運(yùn)行穩(wěn)定選用合理的耐火材料和爐排材料大大延長維修周期，增加設(shè)備的穩(wěn)定性?！?〕結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價(jià)格低廉由于生物質(zhì)氣化爐主要用于農(nóng)村，因此結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。要設(shè)計(jì)合理便于維修及工作人員的日常運(yùn)行。同時(shí)還應(yīng)該降低本錢，以利于推廣。2.1.2擬到達(dá)的技術(shù)指標(biāo)(1)點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間：<8min；(2)氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定，一次加料后持續(xù)穩(wěn)定燃燒時(shí)間≥39min(3)氣化效率：≥70％；(4)熱效率：≥90％；(5)燃?xì)鉄嶂担?gt;4600kJ/N(6)產(chǎn)氣量：≥/kg，可供農(nóng)戶一天的炊事使用；(7)封火時(shí)間:≥12h〔8〕焦油含量<30mg/2.1.3生物質(zhì)氣化爐的選型現(xiàn)在常用的生物質(zhì)氣化爐根據(jù)鼓風(fēng)方法不同和燃?xì)庀鄬?duì)于燃料的流動(dòng)方式不同可以分為上吸式、下吸式和平吸式。由于生物質(zhì)氣化爐主要時(shí)用在農(nóng)村，它要求燃?xì)赓|(zhì)量好，發(fā)熱量高，適合炊事；雜質(zhì)含量〔特別是焦油〕低。使煤氣表和燃?xì)庠畈蝗菀锥氯?，從而延長使用壽命；爐體結(jié)構(gòu)簡單，本錢低，操作和維修方便；通用性好，適合于揮發(fā)分含量較高的農(nóng)林廢棄物氣化。衡量上吸式、下吸式和平吸式三種型號(hào)氣化爐，上吸式氣化爐綜合性能能滿足上述要求。故本設(shè)計(jì)采用上吸式氣化爐。2.1.4上吸式氣化爐的工作原理一般常壓下固定床上吸式氣化爐按工作狀態(tài)分為四個(gè)區(qū)域：枯燥區(qū)、熱分解區(qū)、復(fù)原區(qū)和氧化區(qū)。(1)枯燥區(qū)在氣化爐的最上層為枯燥層，從上面參加的燃料直接進(jìn)入到枯燥區(qū)，濕物料在這里同下面三個(gè)反響區(qū)生成的熱氣體產(chǎn)物進(jìn)行換熱。使原料的水分蒸發(fā)出去，生物質(zhì)原料由含一定水分到不含水分的干物質(zhì)燃料?？菰飳拥臏囟却蠹s是100~250°C?？菰飬^(qū)的產(chǎn)物為干物料和水蒸氣，而水蒸氣隨著其他三個(gè)反響區(qū)的產(chǎn)熱而排除氣化爐，而干物料那么掉落到裂解區(qū)?！?〕熱分解區(qū)在氧化區(qū)和復(fù)原區(qū)產(chǎn)生的熱氣體，在上述反響中經(jīng)過裂解層，將生物質(zhì)加熱。生物質(zhì)經(jīng)過加熱后發(fā)生裂解反響，在反響中生物質(zhì)中大局部揮發(fā)分從固體中揮發(fā)出來。由于裂解需要大量的熱，所以裂解區(qū)的溫度降到300~800°C.裂解的主要產(chǎn)物是炭、氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和少局部烴類，氣體進(jìn)入枯燥區(qū)，而炭那么進(jìn)入復(fù)原區(qū)。復(fù)原區(qū)在復(fù)原區(qū)已經(jīng)沒有氧氣存在，二氧化碳同炭在水蒸氣的作用下發(fā)生復(fù)原反響，生成一氧化碳和氫氣。由于復(fù)原反響是吸熱反響，所以復(fù)原區(qū)的溫度降到900~1000°C。產(chǎn)生的熱氣體進(jìn)入枯燥區(qū)，而沒反響完得炭那么進(jìn)入到氧化區(qū)。(4)氧化區(qū)氣化劑有氣化爐底部進(jìn)入，經(jīng)過灰渣層與灰渣層換熱，被加熱的熱氣體進(jìn)入氧化層底部的氧化區(qū)，在這里同炭發(fā)生劇烈的氧化反響，生成二氧化碳，同時(shí)放出大量熱量。由于是缺氧燃燒，所以不完全燃燒反響同時(shí)發(fā)生，生成一氧化碳，同時(shí)也放出熱量。在氧化區(qū)，溫度到達(dá)1000~1200°C.在氧化區(qū)的反響均為放熱反響，為復(fù)原反響、裂解和枯燥提供能量。2.1.5上吸式氣化爐的總體結(jié)構(gòu)〔1〕氣化劑在氣化爐的下部(氧化層附近)夾層中預(yù)熱，通過數(shù)個(gè)開在爐芯上的小孔送入爐膛，在爐膛中供氧燃燒，進(jìn)入爐膛參與氣化反響，可以大大提高氣化爐內(nèi)的反響溫度和氣化效率。〔2〕爐底配風(fēng)設(shè)計(jì) 經(jīng)過氣化爐氣化出來的是燃?xì)?，直接送入灶頭燃燒的話屬于擴(kuò)散火焰，局部可燃?xì)獬煞挚赡軙?huì)由于混入空氣缺乏而逸出灶頭后與周邊的氧氣再發(fā)生燃燒反響，火苗將會(huì)大而不穩(wěn)，因此需要配入空氣成為預(yù)混火焰后再燃燒，這樣可以到達(dá)較好的燃燒效果。因此，我們在氣化爐氧化區(qū)域的外筒和內(nèi)筒之間設(shè)有風(fēng)道，風(fēng)道的一端是進(jìn)風(fēng)口，與換風(fēng)扇相連，送入空氣；另一端是配風(fēng)口，用后面接有的閥門控制配風(fēng)量；風(fēng)道的周圍均勻分布送風(fēng)口。送入的空氣在風(fēng)道中流動(dòng)，可以利用氧化區(qū)的熱量預(yù)熱自身的溫度，空氣一局部通過噴嘴進(jìn)入氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化反響，另一局部通過配風(fēng)口與出口的燃?xì)忸A(yù)混送入灶頭燃燒。〔3〕加料口密封裝置設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的燃燒室上方開有密封水槽，用于保證封火時(shí)爐子的密封性能良好。采用的水封爐蓋有水槽和爐蓋兩局部組成，水槽內(nèi)緣高于外緣，以防止在加水時(shí)濺入爐內(nèi)，或者在使用過程中高溫水沿內(nèi)緣流入爐內(nèi)，不能到達(dá)較好的密封效果。另外，這種水密封結(jié)構(gòu)有利于保證氣化爐工作的連續(xù)性，不用揭開爐蓋即可往密封水槽內(nèi)加水?！?〕本文設(shè)計(jì)的氣化爐所用的是生物質(zhì)壓縮成型原料，其密度、強(qiáng)度和低位熱值能都有了本質(zhì)的改善，大大提高了生物質(zhì)的燃料品位。高密度節(jié)省了原料所占用的空間，使氣化爐的結(jié)構(gòu)尺寸得到很大程度的縮減，節(jié)省了空間，高熱值提高了生物質(zhì)原料的利用率?！?〕氣化爐內(nèi)部是氣化各層的反響區(qū)，外層是保溫層，爐頂為進(jìn)料口，爐底設(shè)有除灰口。保溫層由珍珠巖加耐火水泥等保溫材料填充，這樣在保證反響區(qū)溫度的同時(shí)，又可以降低氣化爐外壁的溫度，保證使用平安，減少熱量的散失，并延長封火時(shí)間。2.2氣化爐的參數(shù)設(shè)計(jì)2.2.1氣化爐主要?dú)饣瘏?shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)初步擬定原料消耗量和氣化強(qiáng)度農(nóng)戶一個(gè)五口之家每天用氣量大約在8～10m3，用氣時(shí)間4h左右，消耗生物質(zhì)原料10～12kg，因此，初步設(shè)計(jì)該戶用型上吸式氣化爐消耗的原料量C0=2.4kg/h；初步確定氣化強(qiáng)度為=70kg/(m3·h)(2)氣化空氣量確實(shí)定①原料完全燃燒所需的空氣量V(/kg)生物質(zhì)原料一般含有碳、氫、氧、氮、硫等元素，由于氮和硫的含量非常低，所以本研究中不考慮氮、硫與氧的燃燒反響，只考慮碳、氫與氧的燃燒反響。碳完全燃燒的反響：C+O2=CO2〔2-1〕12kg22.4lkg碳完全燃燒需要1．866N氧氣。氫燃燒的反響：4H+O2＝2H20〔2-2〕4.032kg22.4lkg氫燃燒需要5.55N氧氣。原料中已經(jīng)含有氧[O]，相當(dāng)于1kg原料已經(jīng)供應(yīng)[O]×22.4/32=0.7[O]N氧氣，氧氣占空氣的2l％，所以生物質(zhì)原料完全燃燒所需的空氣量：=(1.866[C]+5.55[H]-O.7[O])式中：V—原料完全燃燒所需的理論空氣量，/kg；[C]—原料中碳元素含量；[H]—原料中氫元素含量；[0]—原料中氧元素含量。如棉桿所含主要元素含量為：[C]=64.43％[H]=5.15％[O]=％[N]=2.78％棉稈完全燃燒所需的空氣量為：=(1.866[C]+5.55[H]-O.7[0])=(1.866×64.43％+5.55×5.15％-O.7×27.66％)(/kg)②實(shí)際需要通入的空氣量(/kg)為理論上的棉稈完全燃燒所需的空氣量，考慮到實(shí)際過程中的空氣泄漏或供應(yīng)缺乏等因素，參加過量空氣系數(shù)，取=1.2，保證分配的二次通風(fēng)使氣化氣得到完全燃燒。因此，實(shí)際需要通入的空氣量：=〔2-3〕×=(/kg)③原料氣化所需的空氣量(/kg)生物質(zhì)物料與空氣在氣化爐中發(fā)生復(fù)雜的熱化學(xué)反響，從熱動(dòng)力學(xué)角度分析，空氣量對(duì)于產(chǎn)出氣成分的影響可以從圖2-1中看出。圖中的曲線為生物質(zhì)氣化時(shí)空氣的當(dāng)量比與產(chǎn)出氣成分之間的關(guān)系曲線，圖中橫坐標(biāo)值為所提供的空氣中的氧與物料完全燃燒所需氧的當(dāng)量比。從圖中曲線可以看出，當(dāng)量比為0時(shí)，沒有氧氣輸入，直接加熱物料的反響屬于熱解反響，雖然也可以產(chǎn)生H2，CO，CH4等可燃成分，但產(chǎn)出氣中焦油含量很高，并且約占物料質(zhì)量30％的焦炭不能同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細(xì)怏w；當(dāng)量比為1時(shí)，物料與氧氣發(fā)生完全燃燒反響，不能產(chǎn)生可燃?xì)猓恢挥性诋?dāng)量比為0.25～0.3時(shí),即氣化反響所需氧僅為完全燃燒耗氧量的25％-30％，產(chǎn)出氣成分較理想。當(dāng)生物質(zhì)物料中水分較大或揮發(fā)分較小時(shí)應(yīng)取上限，反之取下限。計(jì)算氣化爐反響所需空氣量時(shí)，首先根據(jù)生物質(zhì)物料的元素分析結(jié)果，計(jì)算出其完全燃燒所需理論空氣量V，然后按當(dāng)量比0.3，計(jì)算實(shí)際氣化所需空氣量： =V〔2-4〕×(/kg)式中:一實(shí)際氣化所需空氣量，/kg；—完全燃燒的理論空氣量，/kg；—?dú)饣?dāng)量比?！?)氣化爐主要性能指標(biāo)的擬定①氣化燃?xì)饬髁縬空氣(氣化劑)中含量79％左右，氣化生物質(zhì)產(chǎn)生的燃?xì)庵泻恳话阍?0％左右，考慮到在該氣化反響中幾乎很少發(fā)生反響，據(jù)此，擬燃?xì)饬髁渴菤饣瘎?空氣)流量的1.5倍，那么可燃?xì)饬髁縬為：=××1.5〔2-5〕=××=(/h)②燃?xì)獾牡臀话l(fā)熱量氣化燃?xì)獾牡臀话l(fā)熱量擬定Qg=1.5×104kJ/③氣化效率擬定氣化效率=70％④氣化爐持續(xù)工作時(shí)間T滿爐加料，擬定氣化爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間T=3.8h(4)氣化爐的主要?dú)饣瘏?shù)的計(jì)算①原料單位時(shí)間消耗量C=×/(×) 〔2-6〕=×1.5/(0.7×)=(kg/h)②氣化強(qiáng)度=(/)×B〔2-7〕=(/2.4)×70=(kg/())③產(chǎn)氣率=/〔2-8〕=/=(/kg)④設(shè)計(jì)熱功率=×/3600〔2-9〕=15000×/3600=(KW)2.2.2爐體尺寸的設(shè)計(jì)及計(jì)算〔1〕爐體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)在上吸式氣化爐中，反響溫度隨反響層的高度增加而減小，在運(yùn)行中，其他條件確定，反響層高度反映了反響溫度，它可以通過調(diào)節(jié)料層高度來實(shí)現(xiàn)。為了方便使用，便于控制，每次加料都需要加滿，因此控制爐膛高度就可以控制料層高度。另外爐膛內(nèi)壁涂耐火土層，空隙中填珍珠巖，將少內(nèi)部熱量損失。①爐膛截面積(2-10)②爐膛截面直徑=(2-11)③爐膛的原料高度(2-12)=4×500)=0.23式中：一生物質(zhì)原料在爐膛中的堆積密度，由于使用的原料是壓縮成型玉米秸稈，成型料的堆積密度一般為原料堆積密度的10倍左右，取=500kg/。④氣化爐內(nèi)筒的高度系數(shù)物料在爐內(nèi)應(yīng)有足夠的滯留時(shí)間，這與燃燒層的高度及物料與氣流運(yùn)動(dòng)有關(guān)，要保證生物質(zhì)原料氣化耗盡。剩下的殘灰體積小于燃料體積，設(shè)為原料氣化體積收縮率，H為氣化爐內(nèi)筒實(shí)際高度，那么在加料次數(shù)為n次時(shí)，實(shí)際可加進(jìn)的燃料高度L為(2-13)記=為氣化爐內(nèi)筒的高度系數(shù)。參考有關(guān)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)，生物質(zhì)原料氣化的收縮率取0.2，由此可得：=1，=1.2，=1.24，=1.248，=1.2496,````````⑤內(nèi)筒高度h氣化爐加滿原料后，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，原料耗盡，在不排灰的情況下，可再次參加原料繼續(xù)運(yùn)行。這個(gè)過程理論上可進(jìn)行無限屢次，實(shí)際上只有開始幾次加料有實(shí)用價(jià)值。取=1.2，當(dāng)需要?dú)饣剂细叨葹長=0.23m時(shí)，相應(yīng)的氣化爐內(nèi)筒實(shí)際高度h為：(2-14)考慮到氣化爐點(diǎn)火時(shí)灰燼需要占用一定的空間，且要保證爐內(nèi)的原料能夠在一定的壓力作用下穩(wěn)定地下移，物料的頂部也需要一定的氣流和加料空間，所以設(shè)計(jì)中爐子內(nèi)筒實(shí)際高度取h=0.4mm高，所以爐子的總高度約為=h+=0.6m〔2〕送風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸①一次風(fēng)口的尺寸上吸式氣化爐一次風(fēng)口，采用在爐膛壁上開小孔的設(shè)計(jì)方式。通過氣化原料氣化所需的空氣量確定風(fēng)口的尺寸，風(fēng)口的幾何尺寸內(nèi)徑按下式計(jì)算：(2-15)式中:一生物質(zhì)原料的消耗量，kg/h；一風(fēng)口中空氣流速，m/s；一氣化所需空氣量，/kg；一風(fēng)口直徑，m；一風(fēng)口個(gè)數(shù)，因此風(fēng)口采用6個(gè)內(nèi)徑為5mm的孔，沿圓周方向均勻分布，計(jì)算得到風(fēng)口中空氣流速為5.72m／s。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，較多的風(fēng)口有利于空氣和物料的良好混合，但也增大了阻力，增加了風(fēng)機(jī)的負(fù)荷。②二次進(jìn)風(fēng)口孔的尺寸燃燒室下方開有二次風(fēng)口，通入適量空氣使產(chǎn)生的氣化氣充分燃燒，所以需要合理地確定二次風(fēng)口的尺寸?？諝馐怯娠L(fēng)扇經(jīng)同一送風(fēng)口送入爐膛，由配風(fēng)閥分配一二次風(fēng)的量，流速相同，因此二次進(jìn)風(fēng)口尺寸可根據(jù)一次進(jìn)風(fēng)口尺寸確定。由氣化當(dāng)量比ε=0.3可知，那么燃燒所需空氣量=〔1-ε〕V(2-16)=0.7V所以二次進(jìn)風(fēng)量與一次進(jìn)風(fēng)量比為由此可知，進(jìn)風(fēng)口面積比由上文可知，設(shè)計(jì)的一次進(jìn)風(fēng)口個(gè)數(shù)為6個(gè)，直徑為5mm。燃燒室下方的一排二次進(jìn)風(fēng)口，沿燃燒室壁均勻分布，總個(gè)數(shù)為10個(gè)即其中：——一次進(jìn)風(fēng)口孔的直徑；——二次進(jìn)風(fēng)口孔的直徑。所以算得進(jìn)風(fēng)口直徑為5.09mm，二次進(jìn)風(fēng)量需要保證氣化氣完全燃燒，前文中也考慮了過量空氣系數(shù)，因此設(shè)計(jì)時(shí)取=8mm?！?〕爐膛的容積計(jì)算根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位質(zhì)量的生物質(zhì)所產(chǎn)生的生物質(zhì)氣體的氣化效率η=〔QQTGV〕/QWL,知爐膛容積為：VLT=MWL/=VQT/GV=VQTQQT/ηQWL式中：VQT—?dú)怏w產(chǎn)量QQT—冷氣體熱值GV—冷氣體產(chǎn)率QWL—燃料熱值33生物質(zhì)氣化氣的用量。本氣化爐設(shè)計(jì)要求滿足5口之家農(nóng)戶一次加料滿足三天炊事使用，既保證產(chǎn)氣量VQT大于3×3，各種生物質(zhì)的低位熱值如下表所示：表2-1幾種生物質(zhì)的熱值〔KJ/Kg〕玉米桿高粱桿稻草豆秸麥秸棉桿稻殼15547150471397716154153731599914557本爐以棉桿為主要原料，故取QWL=15999KJ/Kg，根據(jù)JB/T9014.4-1999關(guān)于物料壓實(shí)的密度測定方法，測得秸稈的密度=124Kg/m3，由此計(jì)算爐膛容積VLTVLT=MWL/=VQT/GV=VQTQQT/ηQWL×4600×15999×124〕3(4)氣化爐的各層材料及厚度為保證爐膛容積VLT≥3，選擇鋼板作為氣化爐外殼，根據(jù)臨界VLT3，設(shè)計(jì)圓筒內(nèi)涂敷耐火層，空隙中充滿珍珠巖。氣化爐的外壁的作用是固定爐體結(jié)構(gòu)，考慮到價(jià)格和強(qiáng)度，選用普通鋼板即可，本設(shè)計(jì)中爐壁厚度取6mm。生物質(zhì)的氣化過程和氣化氣的燃燒過程都是在爐膛中進(jìn)行的，屬于高溫反響，所選材料必須耐高溫，本文中選取8mm厚的鍋爐鋼。確定保溫層內(nèi)壁〔即風(fēng)道外壁〕的溫度t爐膛的內(nèi)壁和爐體外壁分別選用的材料是鍋爐鋼和普通鋼，導(dǎo)熱性能極好，此兩層的溫降不計(jì)，由爐膛內(nèi)溫度曲線圖知：爐膛內(nèi)壁溫度300°C，因此風(fēng)道內(nèi)壁〔即爐膛外壁〕的溫度=300°C。假定風(fēng)道外壁溫度=250°C,那么風(fēng)道的平均溫度=；氣化爐的爐體為圓筒狀，通過圓筒壁的熱流量Φ為定值，因此風(fēng)道內(nèi)有以下公式：式中：-溫度為時(shí)干空氣的導(dǎo)熱系數(shù)；h–設(shè)計(jì)出的爐膛內(nèi)筒實(shí)際高度；-風(fēng)道的外徑；=-爐膛截面直徑；-風(fēng)道的寬度；氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需保證一定的熱量要求，防止熱損失過大，降低氣化爐的熱量利用率，因此需規(guī)定氣化爐常年運(yùn)行工況所允許的散熱損失。表2-2為氣化爐常年運(yùn)行工況允許最大散熱損失。表2-2常年運(yùn)行工況允許最大散熱損失設(shè)備、管道及附件外外表溫度t50100150200250300350允許最大散熱損失Φ5893116140163186209由表2-2知，當(dāng)保持保溫層外的溫度為50°C左右時(shí)，爐子所允許的最大散熱損失為58W，因此，通過風(fēng)道和保溫層的熱流量Φ=58Wd1d1×②確定保溫層厚度δ1保溫層材料為水泥膨脹珍珠巖制品，以水泥為粘結(jié)劑，珍珠巖粉為骨料，按1：10的比