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上吸式生物质秸秆气化炉的设计与试验研究杨少鹏 ,薛 勇 ,牛广路(西南科技大学 固体废物处理与资源化省部共建教育部重点实验室 ,四川 上吸式生物质秸秆气化炉的设计与试验研究 杨少鹏 ,薛 勇 ,牛广路 (西南科技大学 固体废物处理与资源化省部共建教育部重点实验室 ,四川 绵阳 621010 ) 摘要 :设计一台上吸式生物质秸秆气化炉 ,并进行热解气化试验 ,分析不同气化剂量对炉内温度的影响 以及温度和秸秆种类对产气成分的影响 。试验结果表明 : 气化剂量对炉内温度及炉内温度对产气成分 含量的影响均较大 ;秸秆种类也对产气的热值有较大的影响 ,稻草热解可燃气热值 411MJ /m3 ,油菜秆热 解可燃气热值 419MJ /m3 ,玉米秆热解可燃气热值 515MJ /m3 。 关键词 :上吸式气化炉 ;炉内温度 ;燃气成分 中图分类号 : X712 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7948 ( 2009) 09 - 0006 - 03 3 引言 生物质气化是最早实现商业化应用的生物质能 转化技术之一 。 20 世纪 70 年代 , Gah ly等 [ 1 ] 首次提 出了将气化技术用于能量密度较低的生物质燃料 , 使生物质气化的研究重新活跃起来 。不同学科的相 互渗透 ,使这一技术发展到新的高度 。生物质作为 一种相对稳定的可再生资源已经成为世界大多数国 家研究利用的焦点 [ 2 ] 。生物 质 热解 气化 技 术的 发 展 ,对于解决能源与环境这一世界突出问题具有重 要意义 [ 3 - 4 ] ,也为我国生物质能源的利用提供了理 论基础 。 所谓生物质热解气化技术 ,就是将生物质固体 原料置于高温环境 ,通过热分解和化学反应将其转 化为气体燃料和化学原料气体 (合成气体 ) 等气态 物质的过程 ,生物质固体原料转化的气体称为燃气 。 在我国 ,目前常用的生物质固定床气化炉按照 鼓风方法不同和燃气相对于燃料流动方向不同 ,通 常分为上吸式 、下吸式和平吸式 [ 5 ] 。 本文在比较了 3种气化炉的优缺点之后选择设 计上吸式气化炉 。 1 试验气化炉的设计 111 设计依据 该气化炉在设计上以国家农业部秸秆气化验收 规范和技术条件 (N Y / T443 - 2001 )的指标为设计依 据 ,其具体指标为 : 气化效率 η≥70 % ,燃气热值 ≥ 416MJ /m3 。 因此 ,取气化炉的气化效率 η = 70 % ,燃气热值 Q0 = 416MJ /m 。各种生物质的低位热值如表 1 所 示 ,取其平均值 Q1 = 141931MJ / kg;根据生物质秸秆 在炉体压实后取其密度 ρ= 50 kg /m3 。 表 1 生物质秸秆工业分析 挥发分 / % 灰分 / % 固定碳 / % 水分 / % 热值 /MJ·kg - 1 名称 79185 68124 79191 41228 7151 101735 1618 16189 17114 101161 7136 91550 141619 161672 131502 油菜秆 玉米秆 稻草 [ 6 ] 112 炉体结构 根据标准状态下单位质量生物质热解气的气化 效率 η = Q ·G /Q , 可知炉内膛的容积为 : 0 1 VL T = VQ ·Q0 / (η·Q1 ·ρ) 3 3 式中 : VL T —炉内膛容积 , m ; VQ —气体产量 , m ; 3 3 Q0 —冷气 体 热 值 , MJ /m ; G—冷 气 体 产 率 , m / kg; Q1 —原料热值 , MJ / kg; ρ—秸 秆 在 炉 体 压 实 后 的 密 度 , kg /m3 。 3 = 01039m 。 由此得 到 的 炉 内 膛 的 容 积 为 VL T 根据炉膛计算容积 , 设 计气 化炉 的 外径 D = 36 cm , 高度 H = 80 cm ,壳体为钢板 ,内壁涂敷耐火材料 ,内 膛的容积约为 0104m3 。 图 1所示为试验用气化炉的炉体结构示意图 。 113 气化炉气化剂需用量的计算 11311 生物质秸秆完全燃烧所需要的空气量 V 生物质秸秆含有碳 、氢 、氧 、氮 、硫等元素 ,各种 秸秆元素分析如表 2所示 。 由于氮和硫的含量非常低 ,所以在计算中不考 虑氮 、硫的燃烧反应 。 碳完全燃烧的反应 : C + O2 = CO2 基金项目 :教育部固体废物处理与资源化重点实验室基金 (项目编 号 : 08 zxgp02 ) 12 kg 2214m 3 2009年第 9期(总第 326期 )节能EN ERG Y CON S ERVA T ION— 7 2009年第 9期 (总第 326期 ) 节 能 EN E