氣化爐設(shè)計(jì)及數(shù)值計(jì)算論文綜述

1、南玄;Li理課程：新能源開發(fā)與利用 專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化姓名：XXX學(xué)號(hào)：XXXXXXXX教師：XXX小型家用氣化爐設(shè)計(jì)及數(shù)值計(jì)算XXX(院系：南農(nóng)工學(xué)院農(nóng)機(jī)系 學(xué)號(hào)：XXXXXXXX E-mail : XXXXXXX )摘要：隨著化石燃料資源的日益減少以及在利用過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的巨大破壞，生物質(zhì)能的資源化利用正受到越來(lái)越多的重視。而小型家用生物質(zhì)氣化技術(shù)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管路短，操作維護(hù)簡(jiǎn)單方便，耗資少等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于我國(guó)農(nóng)村目前普遍的經(jīng)濟(jì)水平和組織體制。本文結(jié)合我國(guó)農(nóng)村的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出小型家用生物質(zhì)上吸式氣化爐。該小型家用氣化爐解決了現(xiàn)役氣化爐中氣化性能不理想，焦油含量高的問(wèn)題。相信

2、此類氣化爐將在未來(lái)占據(jù)一定規(guī)模的市場(chǎng)份額，逐步推廣到我國(guó)農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)，為解決民生問(wèn)題作出巨大貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：氣化爐；生物質(zhì)；數(shù)值設(shè)計(jì)；秸稈；凈化裝置Small Household Gasifier Design And Numerical Calculationxxx(departments: south NongJiXi a&m college student number: XXXXXXX E-mail:XXXXXXX)Abstract: With the dwindling of fossil fuel resources and caused enormous damage to the

3、 environment in the process of utilization, biomass utilization is being more and more attention. And because small household biomass gasificati on tech no logy has the adva ntages of simple structure, short line, simple and convenient operati on and maintenan ce, less cost, adapted to the current g

4、eneral economic level and organization system in the rural areas. Combined with the actual situation of our country rural area, this paper designed a small household suction on the biomass gasifier. The small household gasifier has solved the active service in the gasifier gasificati on performa nee

5、 is not ideal, the problem of high tar content. Believe this kind of gasifier will occupy the market share of a certain size in the future, gradually to remote rural areas in Chi na, the huge con tributi on to solve the problem of the peoples livelihood.Key words: gasifier; biomass; nu merical desig

6、 n; straw; purificati on pla nt0引言在世界能源消耗中，生物質(zhì)能源一直是人類賴以生存的重要能源，是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量的第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。大量使用大自然饋贈(zèng)的生物質(zhì)能源，幾乎不產(chǎn)生污染，資源可再生而不會(huì)枯竭，同時(shí)起著保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的重要作用。由此，我國(guó)小型家用生物質(zhì)氣化爐逐步進(jìn)入人們的視野?；邳h和政府對(duì)生物質(zhì)能開發(fā)利用的高度重視，給小型家用生物質(zhì)氣化爐的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。小型家用生物質(zhì)氣化爐相對(duì)于傳統(tǒng)的粗燃燒爐具在生產(chǎn)數(shù)量、產(chǎn)品質(zhì)量、加工能力等方面都占據(jù)著很大的優(yōu)勢(shì)，小型家用生物質(zhì)氣化爐是目前農(nóng)戶使用比較理想

7、的生活設(shè)施，對(duì)于解決農(nóng)村的節(jié)能減排、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量等問(wèn)題有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。1氣化爐分類及原理概述1.1氣化爐分類氣化爐是生物質(zhì)氣化設(shè)備的核心技術(shù)，大體上可分為兩大類，即固定床氣化爐和流化床 氣化爐。1.1.1固定床氣化爐固定床氣化爐是將切碎的生物質(zhì)原料由爐子頂部加料口投入固定床氣化爐中，物料在爐內(nèi)基本上是按層次地進(jìn)行氣化反應(yīng)， 反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在爐內(nèi)的流動(dòng)要靠風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。固定床氣化爐的爐內(nèi)反應(yīng)速度較慢， 按氣體在爐內(nèi)的流動(dòng)方向， 可將固定床氣化爐分為下吸式、 上 吸式、橫吸式和開心式四種類型。其中，以上吸式氣化爐為例。上吸式氣化爐的氣一固呈逆向流動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中，物料從頂部加入后，被上升的熱氣

8、流干燥而將水蒸氣排除，干燥了的物料下降時(shí)被氣流加熱分解， 而釋放揮發(fā)分，剩余的炭繼續(xù)下降時(shí)與上升的C02以及水蒸氣反應(yīng)，C02和出0等還原為CO及H2等，余下的炭被底部進(jìn)入的空氣氧化，放出的燃燒熱量為整個(gè)氣化過(guò)程提供熱源。燃?xì)庠诮?jīng)過(guò)熱分解層和干燥層時(shí)，將其攜帶的熱量傳遞給物料，用于物料的熱分解和干燥，同時(shí)降低其自身的溫度，使?fàn)t子熱效率大大提高。上吸式氣化爐熱分解層和干燥層對(duì)燃?xì)庥幸欢ǖ倪^(guò)濾作用，所以出爐的燃?xì)庵兄缓猩倭炕曳郑蚁噍^其他類型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造容易，爐內(nèi)阻力小。1.1.2流化床氣化爐流化床氣化爐的反應(yīng)物料中常摻有精選過(guò)的惰性材料沙子，在吹入氣化劑作用下，物料顆粒、沙子、氣化劑接觸

9、充分，受熱充分，在爐內(nèi)呈“沸騰”燃燒狀態(tài)，氣化反應(yīng)速度快， 生產(chǎn)能力大，氣化效率高。爐內(nèi)溫度高而且恒定，焦油在高溫下裂解生成氣體，因而焦油含量較小，但出爐的燃?xì)庵泻休^多的灰分。流化床氣化爐結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備投資較大。按 氣化爐結(jié)構(gòu)和氣化過(guò)程，可將流化床氣化爐分為單流化床、循環(huán)流化床、雙流化床和攜帶流化床四種類型，按吹入氣化劑的壓力大小， 流化床氣化爐又可分為常壓流化床和加壓流化床。一般家用氣化爐選擇固定床氣化爐。1.2氣化爐原理生物質(zhì)熱解氣化（簡(jiǎn)稱氣化）是一種熱化學(xué)反應(yīng)技術(shù)，它是指利用空氣中的氧氣、 含氧的物質(zhì)或水蒸汽作為氣化劑，將生物質(zhì)中的碳氧化成CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w的過(guò)程。氣化反

10、應(yīng)過(guò)程隨著氣化裝置的類型、工藝流程、反應(yīng)條件、氣化劑種類、原料性質(zhì)等條件的不同， 其反應(yīng)過(guò)程也不相同。以上吸式氣化爐為例，大致分為氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、裂解反應(yīng)和秸稈的干燥。1.2.1 氧化反應(yīng)空氣由氣化爐的底部進(jìn)入， 在經(jīng)過(guò)灰渣層時(shí)被加熱， 加熱后的氣體進(jìn)入氣化爐底部的氧 化區(qū)，在這里同熾熱的炭發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成二氧化碳同時(shí)放出熱量，由于是限氧燃燒，氧氣的供給是不充分的，因而不完全燃燒反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，生成一氧化碳，同時(shí)也放熱量。在氧化區(qū)，溫度可達(dá)10001200C，反應(yīng)方程式為：C+O2=CO2+ H , H=408.8 千焦在氧化區(qū)進(jìn)行的均為燃燒反應(yīng)，并放出熱量，也正是這部分反應(yīng)熱為還原區(qū)的還

11、原反應(yīng)、 物料的裂解和干燥， 提供了熱源。在氧化區(qū)中生成的熱氣體（一氧化碳和二氧化碳）進(jìn)入氣 化爐的還原區(qū)，灰則落入下部的灰室中。1.2.2還原反應(yīng)在還原區(qū)已沒(méi)有氧氣存在， 在氧化反應(yīng)中生成的二氧化碳在這里同炭及水蒸氣發(fā)生還原 反應(yīng)，生成一氧化碳（CO）和氫氣（H2）。由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，還原區(qū)的溫度也相應(yīng)降低，約為700900 C。還原區(qū)的主要產(chǎn)物為一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）和氫氣（H2）,這些熱氣體同在氧化區(qū)生成的部分熱氣體進(jìn)入上部的裂解區(qū)，而沒(méi)有反應(yīng)完的炭則落入氧化區(qū)。1.2.3裂解反應(yīng)在氧化區(qū)和還原區(qū)生成的熱氣體， 在上行過(guò)程中經(jīng)過(guò)裂解層，同時(shí)將秸稈加熱，當(dāng)秸稈 受熱后發(fā)

12、生裂解反應(yīng)。 在反應(yīng)中，秸稈中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。由于秸稈的裂解需要大量的熱量，在裂解區(qū)溫度已降到 400600 C。在裂解反應(yīng)中還有少量烴類物質(zhì)的產(chǎn)生。裂解區(qū)的主要產(chǎn)物為炭、氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油及其他烴類物質(zhì)等，這些熱氣體繼續(xù)上升，進(jìn)入到干燥區(qū)，而 炭則進(jìn)入下面的還原區(qū)。1.2.4秸稈的干燥氣化爐最上層為干燥區(qū)， 從上面加入的物料直接進(jìn)入到干燥區(qū)，物料在這里同下面三個(gè)反應(yīng)區(qū)生成的熱氣體產(chǎn)物進(jìn)行換熱，使原料中的水分蒸發(fā)出去，該層溫度為100300 C。干燥層的產(chǎn)物為干物料和水蒸氣，水蒸氣隨著下面的三個(gè)反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)熱排出氣化爐，而干物料則落入裂解區(qū)。氣化實(shí)際上總

13、是兼有燃料的干燥裂解過(guò)程。氣體產(chǎn)物中總是摻雜有燃料的干餾裂解產(chǎn) 物，如焦油、醋酸、低溫干餾氣體。所以在氣化爐出口，產(chǎn)出氣體成分主要為一氧化碳（CO）,二氧化碳（CO?）、氫氣（出）、甲烷（CH4）、焦油及少量共他烴類，還有水蒸氣及少量灰分。2氣化爐總體方案的確定2.1設(shè)計(jì)原則氣化效率高，燃?xì)赓|(zhì)量好。目前市場(chǎng)上許多生物質(zhì)氣化爐氣化效率較低或是不穩(wěn)定，燃?xì)馄焚|(zhì)較差，因此，必須合理設(shè)計(jì)氣化爐爐膛結(jié)構(gòu)，提高氣化品質(zhì)。物料適應(yīng)性好。由于農(nóng)村生物質(zhì)種類較多，設(shè)計(jì)出的生物質(zhì)氣化爐對(duì)原料應(yīng)具有廣泛的適應(yīng)性；同時(shí)，由于面向各家用戶，對(duì)于原料無(wú)需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的預(yù)處理，一般鍘成小段即可。堅(jiān)固耐用、安全穩(wěn)定。選擇合理的耐

14、火材料與保溫材料，設(shè)計(jì)合理的檢修口， 增加設(shè)備運(yùn)行的可靠性，安全性和維修的簡(jiǎn)便性。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，價(jià)格便宜。由于生物質(zhì)氣化爐主要用于農(nóng)村，面向農(nóng)戶，因此結(jié) 構(gòu)不能過(guò)于復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)合理，便于日常操作；同時(shí)還要盡可能地降低成本，以利推廣。2.2擬達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)氣化效率穩(wěn)定達(dá)到 65%，生物質(zhì)燃?xì)獾臀话l(fā)熱量大于6.0MJ/Nm 3，氧含量小于1.0%。3氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定，能夠連續(xù)運(yùn)行3小時(shí)左右，產(chǎn)氣量68m以上，可供農(nóng)戶一天的炊事使用；封火時(shí)間12h以上。2.3氣化爐的選型由于農(nóng)村單戶使用并不需要不斷地添料，可以采取間歇式加料，而且輸送管道短，產(chǎn)出的氣體可以立馬用掉，因此對(duì)可燃?xì)庵薪褂秃恳?/p>

15、求并不嚴(yán)格，無(wú)需使用繁雜的設(shè)備脫除焦油。所以，可選擇上吸式氣化系統(tǒng)作為小型家用生物質(zhì)氣化爐的基本爐型。上吸式氣化爐的主要特點(diǎn)是：通用性好，原料無(wú)需經(jīng)過(guò)較為復(fù)雜的預(yù)處理過(guò)程，對(duì)原料 的種類、尺寸、含水量等沒(méi)有嚴(yán)格的要求；爐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作及維修方便；可燃 氣經(jīng)過(guò)熱分解層和干燥層時(shí)將熱量傳遞給物料，自身溫度降低，熱效率較高；熱分解層和干燥層對(duì)可燃?xì)庥羞^(guò)濾作用，出爐的可燃?xì)饣曳稚?；且爐排受進(jìn)風(fēng)冷卻，工作比較可靠。2.4生物質(zhì)氣化原料的選定農(nóng)作物秸稈、刨花等是我國(guó)農(nóng)村和木材加工廠等最常見的生物質(zhì)廢棄物，資源廣泛，成本低廉?，F(xiàn)收集和選取了若干種典型的農(nóng)林廢棄物（如表2.1），通過(guò)比較，決定選取秸

16、稈的有關(guān)參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。樣品名稱水分工業(yè)灰分分析揮發(fā)分固定碳C兀素分析單位kJ kgHNSO秸稈13.905.6264.2016.2543.694.350.32-31.0916181稻殼10.0511.4063.9814.5936.442.780.520.1138.7015807棉花12.912.6972.2112.1841.994.340.570.1937.2916468桑樹12.602.9275.3811.1038.715.481.110.1141.0717059油菜12.985.1772.459.4140.164.260.700.4736.2715687顆粒原料5.2710.7272.

17、0211.9937.331.733.050.2141.6716264表2.1各種生物質(zhì)原料的元素分析和工業(yè)分析表格/ %3小型家用氣化爐的設(shè)計(jì)3.1總體結(jié)構(gòu)通過(guò)查閱相關(guān)資料，確定如圖 3.1所示的小型家用上吸式氣化爐的設(shè)計(jì)方案，該氣化爐 具有如下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：氣化爐內(nèi)筒采用徑口漸縮的錐形設(shè)計(jì)，合理的斜度和錐角設(shè)計(jì)可以提高原料和爐內(nèi)容積的利用率，提高氣化爐的氣化效率。氣化劑在氣化爐的下部（氧化層附近）夾層中預(yù)熱，通過(guò)進(jìn)風(fēng)口深入膛心送入爐膛，在膛心集中供氧燃燒，進(jìn)入爐膛參與氣化反應(yīng)。 這種膛心集中燃燒的技術(shù)可以大大提高氣化爐內(nèi) 的反應(yīng)溫度和氣化效率。爐體具有爐膛及與爐膛相通的爐渣室，爐膛與爐渣室之間

18、有爐算子。尾部配風(fēng)設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)氣化爐氣化出來(lái)的是燃?xì)?，直接送入灶頭燃燒的話屬于擴(kuò)散火焰，部分可燃?xì)獬煞挚赡軙?huì)由于混入空氣不足而逸出灶頭后與周邊的氧氣再發(fā)生燃燒反應(yīng)，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，這樣可以達(dá)到較好的燃燒效果。因此，我們?cè)跉饣癄t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， 與風(fēng)機(jī)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)道的周圍均勻分布噴嘴。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，空氣一部分通過(guò)噴嘴進(jìn)入氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，另一部分通過(guò)配風(fēng)口與出口的燃?xì)忸A(yù)混送入灶頭燃燒。w I衛(wèi)怕J圖3.1戶用型上吸式氣化

19、爐總體結(jié)構(gòu)示意圖氣化爐內(nèi)部是氣化各層的反應(yīng)區(qū)，外層是保溫層，爐頂為進(jìn)料口，采用法蘭密封，爐底設(shè)有除灰口。保溫層由耐火泥石棉等保溫材料填充，這樣在保證反應(yīng)區(qū)溫度的同時(shí)，又可以降低氣化爐外壁的溫度，保證使用安全，減少熱量的散失，并延長(zhǎng)封火時(shí)間。3.2主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1原料消耗量和氣化強(qiáng)度的初步確定根據(jù)生物質(zhì)氣化系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)資料，農(nóng)戶一個(gè)四口之家每天用氣量大約在68 m3,用氣時(shí)間3h左右，消耗生物質(zhì)原料 58kg，因此，該小型家用上吸式氣化爐每小時(shí)消耗的 原料量可以初步設(shè)計(jì)為 2.2kg，即C=2.2kg/h。氣化強(qiáng)度初步確定為o=6Okg/(m2 h)。3.2.2氣化空氣量的確定3.

20、2.2.1 原料完全燃燒所需的空氣量V (m 3/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，所以不考 慮氮、硫與氧的燃燒反應(yīng)，只考慮碳、氫與氧的燃燒反應(yīng)。碳完全燃燒的反應(yīng)：C+O2=CO2(3 1)1kg碳完全燃燒需要1.866 m3氧氣。氫燃燒的反應(yīng)：4H+O2=2H2O(3 2)31kg氫燃燒需要5.55 m氧氣。1kg原料中已經(jīng)含有氧 O 1,相當(dāng)于已經(jīng)供給 O1 22.4/32=0.7 m3氧氣，氧氣占里氣的 21%，所以生物質(zhì)原料完全燃燒所需的空氣量：V (1.866 C 山；5.55 lH I -0.7 I.O 1)(3 3)0.21式中：V 原料完

21、全燃燒所需的理論空氣量(m3/kg)；C原料中碳元素含量；H原料中氫元素含量；O原料中氧兀素含量。查找資料發(fā)現(xiàn)，秸稈所含主要元素含量為：C=43.69% , H=4.35% , O=31.09% , N=0.32%。其完全燃燒所需的空氣量為：1V(1.866 IC M 5.55 H 1-0.7 10 )0.21A(1.86643.69%5.554.35% -0.731.09%)(34)0.21=3.9955( m3 / kg)3.2.2.2 原料氣化所需的空氣量 V0 (m3/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)反應(yīng)，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3.2中看

22、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(méi)有氧氣輸入，直接加熱物料的反應(yīng)屬于熱 解反應(yīng)，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)生完全燃燒反應(yīng)，不能產(chǎn)生可燃?xì)?；只有在?dāng)量比為0.25-0.3時(shí)，即氣化反應(yīng)所需的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。0* 000. 20 0*40

23、 d 60 00 1. 00 1，20當(dāng)量比已圖3.2燃?xì)獬煞峙c空氣量的關(guān)系曲線圖計(jì)算氣化爐反應(yīng)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0.25-0.3計(jì)算實(shí)際氣化所需空氣量Vo：V。= 2式中:Vo 實(shí)際氣化所需空氣量(m3/kg)；V 完全燃燒的理論空氣量(m3/kg)； 氣化當(dāng)量比。秸稈的揮發(fā)分較高，含水量中等，當(dāng)量比。取0.3，則氣化所需要空氣量二 0.33.9955m 3 / kg )V 二 V1.1986(3.2.3氣化爐主要性能指標(biāo)的擬定 氣化燃?xì)饬髁縬: 根據(jù)資料書已知q=8m3 hQg :氣化燃?xì)獾牡臀话l(fā)熱量擬定 Qg

24、= 6.2 idkJ/m3能量轉(zhuǎn)換效率(氣化效率)：氣化燃?xì)獾牡臀话l(fā)熱量(3(3(35)6)7)- /P=ix 10* 比0,20Ql 10504G3O0*0.0.22(m)內(nèi)筒的原料高度L:L=C T(S 0-0.8462m)式中：r生物質(zhì)原料在爐膛中的堆積密度，取117kg/ m3。S氣化爐內(nèi)膽截面積S(內(nèi)筒的平均直由于本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的爐型為徑口漸縮型的錐形爐體，所以平均橫截面積 徑取0.28m)為：1 2123S D0.28 =0.06154(m)44氣化爐內(nèi)筒的高度系數(shù)-n:8)9)(3 10)(311)(3 12)(3 13)(3 14)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)

25、q為原料氣化體積收縮率，H為氣化爐內(nèi)筒實(shí)際高度，則在加料次數(shù)為n次時(shí)，實(shí)際可加進(jìn)的燃料高度L為L(zhǎng) 二 H Hq1 Hq2 川 Hqn 二 H(1 -qn) /(1-q)二 H -n(315)記、=(1 -qn) /(1 -q)為氣化爐內(nèi)筒的高度系數(shù)。參考有關(guān)資料，生物質(zhì)原料氣化的收縮率q取0.4,由此可得：、=l,：2=1.4,：3=1.56 ,=1.624,:5 =1.6496,內(nèi)筒高度H:氣化爐加滿原料后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，原料耗盡，在不排灰的情況下，可再次加入原 料繼續(xù)運(yùn)行。這個(gè)過(guò)程理論上可進(jìn)行無(wú)限多次，實(shí)際上只有開始幾次加料有實(shí)用價(jià)值。取-2=1.4，當(dāng)需要?dú)饣剂细叨葹長(zhǎng)=0.846

26、2m時(shí)，相應(yīng)的氣化爐內(nèi)筒實(shí)際高度H為：H =L/ . =0.6044(m)(316)考慮到氣化爐點(diǎn)火時(shí)灰燼需要占用一定的空間，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=0.7m ;灰渣室取0.1m高，所以爐子的總高度約為 0.8m。氣化劑噴嘴的尺寸：本上吸式氣化爐噴嘴采用深入爐膛內(nèi)部的設(shè)計(jì)方式，有利于在爐膛中心達(dá)到高溫，提高氣化反應(yīng)溫度和氣化效率，減少焦油含量的效果。通過(guò)氣化原料氣化所需的空氣量V。確定噴嘴的尺寸，噴嘴的幾何尺寸內(nèi)徑按下式計(jì)算：d =1 CV 0（317）30 兀 nv式中：C 生物質(zhì)原料的消耗量（kg/h）; v 噴嘴中空氣流速（m/S）;3Vo

27、氣化所需空氣量（m /h）；n噴嘴個(gè)數(shù)； d 噴嘴直徑（m）。因此噴嘴采用5個(gè)內(nèi)徑為6mm的鋼管，沿圓周方向均勻分布，計(jì)算得到噴嘴中空氣流 速v為5.13m/s。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，較多的噴嘴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。內(nèi)筒上截面的尺寸確定：由于氣化爐內(nèi)筒采用徑口漸縮錐形設(shè)計(jì)，在確定了下截面尺寸（22cm）和高度（70cm）后，還需確定上截面的尺寸。根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，內(nèi)筒的軸截面的傾角在 7-100之間比較合 適，因此內(nèi)筒的上截面尺寸確定為 45cm（示意圖如圖3.3）.圖3.3氣化爐內(nèi)筒軸截面尺寸（單位:mm）4其他裝置4.1凈化方案的確定本文研究的是

28、小型家用生物質(zhì)氣化系統(tǒng)，它不需要設(shè)置在大規(guī)模集中氣化供氣系統(tǒng)所使用的復(fù)雜管路系統(tǒng)中，對(duì)可燃?xì)獾膬艋笠矝](méi)有大規(guī)模集中供氣系統(tǒng)所要求的那么嚴(yán)格。 通過(guò)以上各種凈化裝置的研究和分析，干式凈化中的顆粒層過(guò)濾方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、過(guò)濾物料容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，比較適合于戶用型生物質(zhì)氣化燃?xì)獾膬艋到y(tǒng)。因此，本實(shí)驗(yàn)的粗燃?xì)鈨艋b置主要由氣水分離器和干式過(guò)濾器兩部分組成（如圖4.1示意），前者可以有效地去除濕燃?xì)庵械乃?，并具有降溫冷卻的作用，后者具有除灰塵、 除焦油和進(jìn)一步干燥燃?xì)獾淖饔谩４秩細(xì)饨?jīng)過(guò)氣水分離器和過(guò)濾裝置后必然需要排出含有焦 油、灰塵等雜質(zhì)的污水，如果直接排放的話， 必然會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，設(shè)計(jì)中我們采用焦油回流的處理方式，將焦油回流到氣化爐中，從而減少氣化爐對(duì)外的污染排放。生物質(zhì)原料圖4.1粗燃?xì)鈨艋b置4.2氣化爐焦油污水回流處理將焦油污水回流口選擇在灰渣層，一方面，該層已在氣化區(qū)域以外， 水分等成分含量的不會(huì)使氣化爐的氣化品質(zhì)變差，同時(shí)，其中的水蒸汽可以回到爐內(nèi)參加氣