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内燃加热式生物质气化炉设计


2009年2月

农 业 机 械 学 报

第 40 卷 第 2 期

朱华炳1   胡孔元2   陈天虎3     3   石 莹 张先龙4
( 1. 合肥工业大学工业培训中心 , 合肥 230009 ; 2. 合肥工业大学机械与汽车工程学院 , 合肥 230009 ; 3. 合肥工业大学资源与环境工程学院

, 合肥 230009 ; 4. 合肥工业大学化学工程学院 , 合肥 230009)

   【摘要】 根据生物质气化原理 ,针对目前气化炉产气热值低和存在焦油的问题 ,设计了一种内燃加热式气化   炉 。内燃加热式气化炉优于已有的固定床气化炉 、 流化床气化炉 ; 类似于下吸式固定床气化炉 ,热解气中焦油含量 低 ; 设置以热解气为燃料的内加热系统 ,减少了空气入炉量 ,提高了热解气热值 。内燃加热式气化炉是将生物质气 化与焦油的催化裂解集于一体 ,不需要再为催化裂解提供热源 。 中图分类号 : S21612 ; T K6 文献标识码 : A 关键词 : 生物质气化炉   催化裂解   炉内旋转机构   蛇形管内燃烧换热装置   雾化增湿装置

Design of an Internal Combustion Type Heating Biomass G ier asif
Zhu Huabing1  Hu Kongyuan2   Chen Tianhu3   Shi Ying3   Zhang Xianlong4
( 1 . Indust rial T rai ni ng Center , Hef ei U niversity of Technology , Hef ei 230009 , Chi na

2 . School of M achi nery and A utomobile Engi neeri ng , Hef ei U niversity of Technology , Hef ei 230009 , Chi na 3 . School of Resou rces & Envi ron ment Engi neeri ng , Hef ei U niversity of Technology , Hef ei 230009 , Chi na 4 . School of Chem ical Engi neeri ng , Hef ei U niversity of Technology , Hef ei 230009 , Chi na)

Many problems of gasifiers , such as t he heat value produced by gas is very low and much tar

remains in t he gas during t he process of operation. Focusing on t hese , a new internal combustion type heating gasifier was designed according to t he principle of biomass gasification. This type is superior to t he fixed bed gasifier and t he fluidized bed gasifier , which already existed. Similar to t he down draft fixed bed gasifier , t he tar in t he gas content is very low. By designing an internal heating system taking gas as t he f uel , t he quantity of t he air entering t he gasifier was reduced , and t he quality of t he gas was improved. This gasifier combines biomass gasification and catalytic cracking toget her so t hat t here is no need to provide t he heat source again for catalytic cracking. Inner rotary mechanism , snake pipe internal combustion heat exchanger device , atomization humidification equipment and so on make t he gasifier perform well. Key words   Biomass gasifier , Catalytic cracking , Inner rotary mechanism , Snake pipe internal combustion heat exchanger device , Atomization humidification device

   引言

近年来 , 生物质气化技术得到很快的发展 , 多种

形式的气化炉被开发出来 , 这些气化炉分为固定床 气化炉和流化床气化炉两类[ 1 ] 。固定床气化炉分

收稿日期 : 2008201231   修回日期 : 2008206202 3 国家自然科学基金资助项目 (50774027) 和国家 863” “ 高技术研究发展计划资助项目 (2006AA03Z337) 作者简介 : 朱华炳 ,教授 ,博士 ,主要从事制造系统工程和机电产品开发研究 , E2mail : zhuhuab @mail. hf . ah. cn

? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

内燃加热式生物质气化炉设计 3
Abstract

为下吸式 、 上吸式 、 横吸式和开心式几种 。下吸式气 化炉在微负压下运行 , 对密封要求不高 , 产出可燃气 热值高 、 焦油含量少 , 但是可燃气中灰分多 , 且可燃 气出炉温度高 。上吸式气化炉在微正压下运行 , 对 密封要求高 , 可燃气中焦油含量高 。流化床气化炉 ,

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第 2 期                 朱华炳 等 : 内燃加热式生物质气化炉设计

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炉内温度高而且恒定 , 焦油在高温下裂解生成气体 , 燃气中焦油比较少 , 但出炉的燃气中含有较多的灰 分 , 并且流化床气化炉结构比较复杂 , 设备投资大 , 大型气化设备较多 。 从气化炉的研究发展趋势来看 , 改进气化炉的 结构和气化工艺 , 提高产气热值和清洁度 , 达到系统 要求的焦油含量 ( 标准状态下小于 10 mg/ m3 ) , 提高 生物质能源利用系统的热效率 , 一直是国内外学者 关注的焦点 [ 2~6 ] 。本文从提高燃气热值 、 降低焦油 的角度出发 , 设计一种内燃加热式气化炉 。

1  内燃加热式气化炉的工作原理
内燃加热式气化炉结构如图 1 所示 。气化炉将 生物质气化与焦油的催化裂解集于一体 , 这样就不 需要再为催化裂解提供热源 , 简化了制气设备 , 提高 了能源利用率 。炉身有 3 个圆筒将生物质气化区与 催化裂解区分开 。生物质物料由料斗加入 , 电动机 带动回转阀转动 , 物料落入炉内滑板上 , 经过层层滑 落 , 最后落到炉体底部 。当炉内物料进入一定量后 , 从炉体侧窗口点燃物料 , 燃气引风机工作 , 使炉内气 体由炉体下部沿两圆筒间缝隙向上运动 , 经过过滤 层进入催化裂解区 ; 再由燃气管引出燃气 , 一部分由 废气引风机抽取经回流燃气风量调节阀 、 止火器 , 与 空气混合点燃后进入蛇形管给气化炉内提供热量 , 最后成废气排出 ; 另一部分经过热交换器 , 由燃气引 风机引出的气体 , 可作为燃气收集 。灰渣从底部由 连续排灰装置排出 。 该气 化 炉 的 气 化 过 程 大 致 可 分 为 生 物 质 气 [ 7~ 10 ] 化 与焦油的催化裂解 2 个过程 。生物质首先 被干燥 。当温度达到或超过 160 ℃时 , 生物质将会 发生热解并析出挥发分 , 反应产物较为复杂 , 主要为 碳、 、 氢气 水蒸气 、 一氧化碳 、 二氧化碳 、 、 甲烷 焦油和 其他烃类物质等 。少量空气的加入 , 使挥发分 、 炽热   

图1  内燃加热式气化炉原设计结构简图
Fig. 1   Sketch of original design of internal combustion type heating gasifier
1. 料斗   进料机构   催化剂顶部入口   滤网   搅拌叶 2. 3. 4. 5.

片   搅拌轴   炉体   耐高温炉壁   保温层   内燃管 6. 7. 8. 9. 10. 道   挡板   燃气出口   催化剂底部出口   锥状炉 11. 12. 13. 14. 底   出渣机构   排渣口   雾化器   点火器   热 15. 16. 17. 18. 19. 交换器   输气管道   引风机   燃气量调节阀   燃 20. 21. 22. 23. 气回流支路   空气流量计   空气调节阀   催化剂床层 24. 25. 26.
27. 燃气通道   进风量调节阀   风量流量计   排气风 28. 29. 30.



的炭和空气中氧气发生不完全氧化反应 , 生成一氧 化碳 、 二氧化碳和水蒸气 , 同时也释放出热量 。雾化 水蒸气和氧化生成的二氧化碳 、 水蒸气与炽热的炭 发生还原反应生成一氧化碳 、 氢气和甲烷等可燃气 体 。最后 , 这些混合气体由引风机抽取沿壁缝向上 运动进入催化裂解区 。混合气中的焦油在很高的温 ) 度 ( 1 000~1 200 ℃ 下能分解成小分子气体 , 但实现 这样高的温度是比较困难的 。若在气化过程加入催 化剂 , 在 700~ 900 ℃温度下 , 能将绝大部分焦油裂 解 , 裂解的产物与燃气成分相似 [ 11~13 ] 。 整个气化炉的正常运行 , 是一个平衡的过程 , 炉 内压力为微负压 , 通过进料量 、 各个阀门的调节得到 最理想的气化燃气 。气化过程如图 2 所示 。

 

图2  内燃加热式气化炉气化过程
Fig. 2  Gasification process of t he internal combustion type heating gasifier
 

2  内燃加热式气化炉的主要参数设计
影响气化炉性能的主要设计参数有 : 每小时处 理生物质量 、 燃气质量 、 气化效率 、 气化剂用量 、 回流

燃烧燃气量 、 回流燃气燃烧所需空气量 、 燃烧所产生 的废气量 、 产气量输出功率等 。通过分析 4 种气化 方式以及相互间的关系 , 由空气气化逐步推理计算 出气化炉气化工作时 ( 空气2水蒸气气化加部分燃气
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农                            0 0 9 年 业 机 械 学 报 2

回流燃烧) 的主要参数 。由于生物质种类较多 , 本次 设计所选用的原料为麦秸 , 具有一定的代表性 。
211   单位时间处理原料量 212   空气气化 5 MJ / m3 左右 [ 7 ] 。
3

Vh =

5 V MφN2 4 m

( 7)

完全燃烧所需理论空气量为
V = ( 1)

气化炉单位时间处理原料量可表示为
M = PS

式中  M —— — 每小时处理生物质量 , kg/ h P —— — 气化强度 , kg/ ( m2 ?) h
S —— — 气化炉总截面积 , m
2

由文献 [ 1 ] , 取气化强度为 200 kg/ ( m2 ? ) , 经 h

式中   V —— — 原料完全 燃 烧 所 需 的 理 论 空 气 量 , m3 / kg 生物质原料气化时需空气量为
V L =ξ V ( 9)

计算每小时气化麦秸量为 50 kg , 以下 4 种气化每小 时所处理麦秸量都为该值 。 空气气化可以做到自供热 , 但由于空气中 N 2

的体积分数约为 80 % , 使生成气中的 N 2 体积分数 高达 50 % 左右 , 因而气体热值比较低 , 大约 只 有 由文献 [ 1 ]得 , 某厂家固定床气化麦秸生成的燃

气成分 ( 体积分数 ) 为 : CO 1716 % 、 2 815 % 、 4 H CH 情况下的低位热值为 15136 MJ / kg 。 于原料中 C 的含量 , 得
w C —— — 原料中 C 的质量分数

值为 3 663 kJ / m 。由文献 [ 7 ] 得 , 麦秸在自然风干 根据元素守恒 , 气化反应后气体中 C 含量约小

式中  V m —— — 气体产率 ( 标准状态下) , m / kg φCO —— — 气化气体中 CO 的体积分数

低位热值应小于原料的低位热值 , 即
H > V m Hm

式中  H m —— — 气化气体的低位热值 , kJ / m
H —— — 原料的低位热值 , kJ / kg V m Hm × % 100 H

秸气化所消耗热量 Q u 应小于原料的低位热值与气 化反应生成的燃气的总低位热值之差 , 即
Q u < H - V m Hm ( 5)

参与气化反应 , 所以每小时气化所需空气量为

1136 % 、 2 1410 % 、 2 117 % 、 2 56184 % , 低位热 CO O N 12 V (φ + φCH + φCO + 215φC H ) < w C 4 2 n m 2214 m CO
3 3

( 2)

根据能量守恒 , 自供热气化反应生成的燃气总
( 3)

气化效率

η=

( 4)

因为出口燃气还具有很高温度 , 所以每千克麦

产气量 ( 标准状态下) 为

Vo = V m M

( 6)

由于空气中 N 2 的体积分数约为 80 % , 且 N 2 不

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式中  V L —— — 空气实际需要量 , m3 / kg ξ—— — 气化试验比 由文献 [ 7 ] 可知 , 麦秸元素的组成 ( 质量分数 ) 为 : C 45130 % 、 5189 % 、 47187 % 、 0168 % 、 H O N S ξ 0119 % 。 的值取 0125 ~ 013 , 所以由式 ( 8 ) ~ ( 9 ) 麦秸空气气化所需空气量为 8918 ~ 10717 m3 / h , 与 式 ( 7) 所得结果相符 。 由空气气化生成气中 N 2 的体积分数为 50 %左 右 , 再由元素守恒和能量守恒 , 可设空气2水蒸气气 化的气体特性为表 1 所示 。气化气体的低位热值 Q g 简化计算公式为  Q g = 126φ + 108φH2 + 359φ 4 + 665φC n H m CO CH
( 10 )

空气 ( 或氧气) 2水蒸气气化比单用空气或单用 水蒸气气化都优越 , 它是自供热系统 , 不需要复杂昂 贵的外供热源 ; 另外气化所需的一部分氧气可由水 蒸气裂解来提供 , 减少了外供空气 ( 或氧气 ) 的消耗 量 , 并生成更多的 H2 , 碳氢化合物 , 特别是在有催化
11~12 MJ / m3 , 属中热值气体 [ 7 ] 。

剂作用的条件下一氧化碳可以与氢气反应生成甲 烷 , 降低了气体中 CO 的含量 , 使气体燃料更适合于 ) 用作城市燃气 。在水蒸气 ( 800 ℃ 与生物质比为 0195 , 氧气当量比为 012 的情况下 , 氧气2水蒸气气 化生成气的成分 ( 体积分数 ) 为 : CO 28 % 、 2 32 % 、 H 水蒸气气化一般不单独使用 , 而是与氧气 ( 或富 氧空气) 气化联合采用 , 否则仅由水蒸气本身提供的 热量难以为气化提供足够的热源 。典型的水蒸气气 化生成气的成分 ( 体积分数) 为 : CO 28 %~ 42 % 、 2 H 20 %~ 26 % 、 2 16 % ~ 23 % 、 4 10 % ~ 20 % 、 CO CH C2 H4 2 %~4 % 、2 H6 1 % 、 n H m 2 %~3 % 。由于氢 C C 气和甲烷含量较高 , 故生成气的热值可以达到 11 ~
19 MJ / m3 [ 7 ] 。 214   水蒸气气化加部分燃气回流燃烧
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213   空气2水蒸气气化

CO2 32 % 、 4 715 % 、 n H m 215 % , 气体热值约为 CH C

由麦秸空气2水蒸气气化生成气中 N 2 的体积

1 ( 11866 w C + 5155 w H + 017 w S + 017 w O ) 0121

( 8)

第 2 期                 朱华炳 等 : 内燃加热式生物质气化炉设计

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分数 约 为 50 % , 气 体 产 率 ( 标 准 状 态 下 ) 约 为 210 m3/ kg ,所以设水蒸气气化气体产率约为 1 m3/ kg , 再设水蒸气气化的气体特性如表 1 所示 , 经式 ( 2) ~ ( 3 ) 核算符合 。 气化气体中 H2 由还原反应产生 , 消耗热量 , 空 由空气中氧气的体积分数约为 20 % , 可得回流燃烧 所需空气量 。由于空气中的 N 2 不参加反应 , 根据
气化剂
CO H2 CH4 CO 2

燃烧反应方程式可得燃气回流燃烧所产生的废气量 ( 标准状态下 , 且水以水蒸气形式存在) 。 空气2水蒸气气化加部分燃气回流燃烧时的空 气量 为 空 气2水 蒸 气 气 化 时 空 气 量 的 20 % , 即 为
12 m3 / h 。 由上述 , 麦秸空气2水蒸气气化时 , 气体产 215   空气2水蒸气气化加部分燃气回流燃烧
低位热值 ( 标准状态下)
/ kJ ? m
- 3

气2水蒸气气化比水蒸气气化生成气中 H2 的量多 ; 又气化气体温度升高消耗热量 , 燃气最高温度约为 1 200 ℃, 每千克原料水蒸气气化气体量约为空气2 水蒸气气化时的 1/ 2 ; 所以每千克麦秸水蒸气气化 所消耗的热量不超过空气2水蒸气气化所消耗的热 量 , 得水蒸气气化所消耗的热量不超过 315 MJ / kg 。 所以需要不超过约 1/ 4 的燃气回流燃烧 。 由燃气中 CO 、 2 与其燃烧所需氧气的体积比 H 约为 2 , CH4 与其燃烧所需氧气的体积比约为 015 , 考虑到 C n H m , 经计算可得回流燃烧所需氧气量 。
空气 空气2水蒸气 水蒸气
20 %空气2水蒸气

表1  燃气主要成分及低位热值

Tab. 1   Main composition , low heat value and production rate of gas
燃气成分体积分数/ %

气化类型

空气气化

空气2水蒸气气化

水蒸气气化加部分燃气回流燃烧 空气2水蒸气气化加部分燃气回流燃烧

3  内燃加热式气化炉的机构设计
311   气化炉内旋转机构的设计

温度与滞留时间是决定气相反应程度的主要因

素 , 文献 [ 14 ]表明在 700 ℃, 滞留时间大于 8 s 时 , 气 相反应基本结束 。提高反应温度 , 有利于以产气为 主要目的的气化过程的进行[ 7 ] 。为调节物料在炉 内的下落时间 , 通过控制电动机速度来控制旋转机 构的转动速度 , 使物料缓慢滑落 。气化炉内旋转机

构的原设计因固定滑板不便于安装拆卸而不能采

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1716 18 39 32

空气量

/ m3? h

815 12 21 18 0

产气量

1

( 含回流量) / m3? h
1

8818 60 12

1136 5 16 1213 125 100 50 60

表2  气化参数
燃气 热值

Tab. 2  Parameters of gasif ication
气化耗 热量/

/ MJ ? m

1119212

141921

31663 61024

1410 16 21 1913

3

MJ ? - 1 kg

< 612025 < 31312 < 315 < 218

率 ( 标准状态下) 约为 2 m3 / kg , 水蒸气气化时 , 气体 产率约为 1 m3 / kg , 所以可设空气2水蒸气气化加部 分燃气回流燃烧时 , 气体产率约为 112 m3 / kg 。 由表 1 可算得 18 39 φCO = 014 × % + 018 × % = 32 % 112 同理 可 得 其 它 组 分 的 量 如 表 1 所 示 。经 ( 2 ) ~ ( 3 ) 核算符合 。 式
气体产率
C nH m 0 1 3 N2 / m3? - 1 kg 215 2 1 112

该气化的主要参数设计计算方法与计算水蒸气 气化加部分燃气回流燃烧时相同 。4 种气化方式主 要参数计算结果如表 2 所示 。

用 , 最终设计成如图 3 所示的无固定滑板的可拆卸 结构 。 电动机经齿轮传动带动气化炉内旋转机构转 动 。齿轮传动与电动机直接连接在轴端相比 , 可减 少热量传递 ; 与链传动 、 带传动相比 , 简化机构 , 可以 在较低的速度下运行 。 锥形滑板的倾角设计成 45°物料在滑板上滑 ; 落 , 再由电动机调速可调节物料的滞留时间 , 使生物 质物料在炉内有足够的滞留时间 , 利于热量的传递 , 减少热解气中焦油含量 [ 15 ] 。

213

回流燃 气量/

m3? - 1 h 0 0

1215 12

56184 48 0 16

3 663 6 024

14 921

气化

回流燃烧所 回流燃烧所
/ m3? h
1

效率/
% 5916 7814 7219 7415

需空气量 释放的热量 烧废气量
/ kW / m3? h
1

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11 92112 0 0 40 3215

回流燃

0 0

0 0

51181 39174

48 41

100

农                            0 0 9 年 业 机 械 学 报 2

uf =

Vf

π 3 600

d

2

( 12 )

2

式中   V f —— — 废气在其平均温度下的体积流量 ,
m3 / h
Tf —— — 废气的平均温度 , K m —— — 废气的质量流量 , kg/ h R g —— — 气体常数 ,J / ( kg? ) K pf —— — 废气压力 , Pa   d —— — 管内径 , m uf —— — 废气在其平均温度下的流速 , m/ s ( 2) 对流换热流态属于紊流时换热效果好 [ 17 ]

即废气在其平均温度下的雷诺数 Ref > 104 。 其中
图3  内燃加热式气化炉简图
Fig. 3   Schematic layout of t he internal combustion type heating gasifier
1. 料斗   回转阀   催化剂入口   过滤网   锥形滑板   2. 3. 4. 5. 6. 蛇形管换热器  7. 耐火层  8. 气化区  9. 狭缝燃气通道   10. 裂解区   保温层   催化剂出口   增湿器   侧窗 11. 12. 13. 14.

Ref =

uf d

ν f

( 13 )

口   出灰口   调速电动机   进水流量计  18. 换热器 15. 16. 17.
19. 燃气引风机  20. 燃气取样阀  21. 止火器  22. 点火器   23. 空气流量计   风量调解阀   空气流量计   废气引 24. 25. 26.

ν — 流体在平均温度下的运动黏度 , m2 / s 式中   f —— ( 3) 能量平衡 π ( 14 ) Q = h dLΔ t ( 15 ) Q = q mf cpf ( t″ t′ - )
qmf = h = 01027

1 ρV 3 600 f f
018

( 16 ) ( 17 )

风机   齿轮   调速电动机 27. 28.

λ f
d

采用燃气回流燃烧为气化供热 , 既减少空气需 求量 , 又可提高燃气热值 。 回流燃气经过燃气回流调解阀 、 止火器与经过 风量调解阀 、 空气流量计的空气混合后由电子打火 器点燃燃烧 , 燃烧气体经过蛇形管向气化炉内传递 热量 。由于燃气燃烧温度非常高 , 最高温度可达 1 200 ℃ 以上 , 所以对燃烧管的耐高温性能要求非常 高 , 可采用 0 Gr25Ni20 。燃烧火焰部位内衬陶瓷管 , 防止高温烧蚀 。 热量传递方式有热传导 、 热对流和热辐射 。实 际的热量传递往往是 2 种或 3 种 基 本 方 式 的 组 合 [ 16 ] 。燃气回流燃烧向炉内传递热量方式为强制 对流换热 。回流燃烧换热管的尺寸设计根据水蒸气 气化加部分燃气回流燃烧和空气2水蒸气气化加部 分燃气回流燃烧两种情况计算 , 其计算方法相同 。 设一根燃烧换热管时 , 燃烧产生的废气最高温 度为 1 200 ℃, 废气出炉温度为 300 ℃, 炉内燃烧管 附近最高温度为 1 000 ℃, 最低温度为 100 ℃, 管壁 平均温度比废气平均温度低 100 ℃。 依据 : ( 1) 燃气在管内速度不宜过高
m Rg Vf = Tf pf ( 11 )

312   蛇形管内燃烧换热装置的设计

 

Ref

Prf

1/ 3

式中  Q —— — 对流换热所传递的热量 , W h —— — 表面传热系数 , W/ ( m2 ? ) K L —— — 蛇形燃烧管长度 , m Δ t —— 气 平 均 温 度 与 管 壁 平 均 温 度 之 —废 差, ℃
kg/ s
qmf —— — 废气在其平均温度下的质量流量 , cpf —— — 废气 在 其 平 均 温 度 下 定 压 比 热 容 ,

J / ( kg? ) K

t″ — 废气最高温度 , K —— t′ — 废气出炉温度 , K ——

3 ρ —— f — 废气在其平均温度下密度 , kg/ m

λ —— 气 在 其 平 均 温 度 下 导 热 系 数 , f —废
W/ ( m? ) K
Prf —— — 废气在其平均温度下的普朗特数

η —— 气 在 其 平 均 温 度 下 的 动 力 黏 度 , f —废
kg/ ( m?) s kg/ ( m?) s

η —— w — 废气在管壁平均温度下的动力黏度 , 由式 ( 11 ) ~ ( 17 ) 得管内径 d = 0104 m , 长度 L = 1516 m 。 同理 , 空气2水蒸气气化加部分燃气回流燃烧 时 , 算得管内径 d = 0104 m , 长度 L = 1511 m 。
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(η/ η ) 0114 f w

第 2 期                 朱华炳 等 : 内燃加热式生物质气化炉设计

101

又经核算采用多根回流燃烧管换热时 , 不满足 式 ( 11) ~ ( 13) , 不采用 。 蛇形燃烧管的主要尺寸有 : 中径 D = 500 mm 、 节距 p = 140 mm 、 螺旋升角 α = 8° 管内径 d = 、 0104 m 、 总圈数 n 1 = 9 , 由公式 L =πD n 1 / cosα[ 18 ] 计 算得展开长度 L 约为 15 m 。 313   雾化增湿装置的设计 雾化增湿一方面可以使灰渣沉积 , 另一方面高 温水蒸气与生物质发生反应 , 使生成气中的氢气和 甲烷的含量提高 , 提高了燃气热值[ 19~20 ] 。另外 , 由 其中 , 热交换器可以冷却生物质燃气 。 314   气化炉压力控制和加料方式的选择与设计 气化炉采用平衡通风方式 , 燃气引风机抽动炉 内气体运动 , 炉内压力为微负压 , 在炉体顶部安装安 全阀 , 避免炉内压力过大 。气化炉原设计采用螺旋 生物质气化区与催化裂解区之间设计有狭缝式 燃气通道 , 该设计可使燃气与灰渣有效分离 。当燃 气由引风机抽动向上运动时 , 灰渣则由于自身重力


文献 [ 1 ]可知水蒸气在焦油裂解过程中也有重要作 用 , 它和焦油中某些成分反应生成 CO 、 2 及 CH4 , H 既可减少炭黑的形成 , 又提高了燃气的质量 。本装 置采用自来水增湿 , 引入的自来水经过水流量调节 阀、 进水流量计 、 热交换器 、 最后由雾化喷嘴喷出 。

进料机构 , 但由于炉顶的面积有限 , 不便于设计安 装 , 故改用回转阀加落料管式加料法 , 该方法虽然密 封性欠佳 , 但炉内的生物质气化需要一定量氧气 , 因 而可满足工作要求 。在工作过程中 , 通过调节各个 阀门和电动机转速使系统平稳运行 。
315   狭缝燃气通道的设计
11) : 1 417~1 429. 83 ( 1) : 55~63.





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作用向下运动 ; 同时由于气体沿着圆筒壁做螺旋上 升运动 , 作离心运动时灰渣碰到炉壁将滑落到炉体 底部 。另外使气化炉具有下吸式气化炉的优点 , 气 化过程产生的可燃气中焦油含量低[ 21~23 ] 。 316   监测系统设计 度变化 。燃气取样处采集的气样采用奥式气样分析 仪在常温下对采样气进行分析[ 24 ] 。另外 , 在炉体上 部安装有摄像头 , 以便于随时监测炉内的实时反应 情况 。

影响生物质气化的一个重要因素是温度 , 炉内 最高温度约在 1 000 ℃ 左右 , 采用镍铬 镍硅热电偶 来测量炉内温度 , 为了测量不同区域的温度 , 布置了 多个测温孔 , 图 3 中 ” “? 为测温点 , 各热电偶经过转 换开关接到数字式毫伏表 , 可以观察不同区域的温

4  结论

( 1) 本实验炉的气化工作原理是结合下吸式固定

床气化炉、 干馏气化、 空气气化、 水蒸气气化和焦油的 催化裂解的特点设计出的 ,气化产生中热值的气体。 ( 2) 本实验炉有效地将生物质气化与焦油的催 化裂解集于一体 , 提高了燃气热值 , 避免再为催化裂 解单独提供热源 , 简化了生物质气化设备 。 ( 3 ) 实验炉内旋转机构的设计 , 延长了物料在 炉内的停留时间 , 减少气化过程中焦油的产生 , 增强 了气化效率 。
( 4 ) 实验炉内蛇形管内燃烧换热装置的设计 ,

减少了燃气中 N 2 含量 , 提高燃气热值 。 ( 5 ) 实验炉内雾化增湿装置的 , 能够冷却生物 质燃气 , 又提高燃气热值 。


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农                            0 0 9 年 业 机 械 学 报 2

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