生物質(zhì)氣化技術(shù)課件

小型生物質(zhì)氣化爐

基本設(shè)計(jì)方法小型生物質(zhì)氣化爐

基本設(shè)計(jì)方法1基礎(chǔ)知識(shí)一、各種爐型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)——選型1）固定床①上吸式氣化爐優(yōu)點(diǎn)是：燃?xì)庠诮?jīng)過熱分解層和干燥層時(shí)，將熱量傳遞給物料，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；熱分解層和干燥層對(duì)燃?xì)庥幸欢ǖ倪^濾作用，所以出爐的燃?xì)庵兄缓猩倭炕曳?；結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，爐內(nèi)阻力小。缺點(diǎn)是：原料中水分不能參加反應(yīng)，減少了燃?xì)庵蠬和碳?xì)浠衔锏暮?，氣體與固體逆向流動(dòng)時(shí)，物料中的水分隨產(chǎn)品氣體帶出爐外，降低了氣體的實(shí)際熱值，增加了排煙熱損失；熱氣體從底部上升時(shí)，溫度沿著反應(yīng)層高度下降，物料被干燥與低溫度的氣流相遇，原料在低溫(250～400oC)下進(jìn)行熱分解，導(dǎo)致焦油含量高?；A(chǔ)知識(shí)一、各種爐型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)——選型1）固定床優(yōu)點(diǎn)是：缺點(diǎn)2②下吸式氣化爐優(yōu)點(diǎn)是：氣化強(qiáng)度較上吸式高；工作穩(wěn)定性好；可隨時(shí)開蓋添料；由于氧化區(qū)在熱解區(qū)與還原區(qū)之間，因而干餾和熱解的產(chǎn)物都要經(jīng)過氧化區(qū)，在高溫下裂解成H2和CO等永久性小分子氣體，使氣化氣中焦油含量大大減少。缺點(diǎn)是：由于爐內(nèi)的氣體流向是自上而下的，而熱氣流的方向是自下而上的，致使引風(fēng)機(jī)從爐柵下抽出可燃?xì)庖馁M(fèi)較大的功率；出爐的可燃?xì)庵泻械幕曳州^多；出爐的可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水進(jìn)行冷卻。②下吸式氣化爐3③橫吸式氣化爐

生物質(zhì)原料由爐頂加入，灰分落入爐柵下部的灰室。氣化劑由側(cè)面進(jìn)入，產(chǎn)出的氣體也由側(cè)面流出，氣流橫向通過氣化區(qū)，在氧化區(qū)、還原區(qū)進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)與下吸式氣化爐相同，只不過反應(yīng)溫度較高，燃燒區(qū)溫度甚至?xí)^灰熔點(diǎn)，容易造成結(jié)渣。因此，該爐適用于含灰分少的原料，一般用作焦炭和木炭氣化。

（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。③橫吸式氣化爐4氣化反應(yīng)在床內(nèi)進(jìn)行，焦油也在床內(nèi)裂解，氣固分離以后的炭不斷循環(huán)回反應(yīng)爐內(nèi)。使炭有足夠的時(shí)間在床內(nèi)停留，以適應(yīng)還原反應(yīng)速度慢的需要。適合水分含量大、熱值低、著火困難的生物質(zhì)物料。主要缺點(diǎn)產(chǎn)氣中灰分需要很好地凈化處理和部件磨損嚴(yán)重。氣化反應(yīng)在床內(nèi)進(jìn)行，焦油也在床內(nèi)裂解，氣固分離以后的炭不斷循5氣化當(dāng)量比所提供的空氣中的氧與物料完全燃燒所需氧的當(dāng)量比只有在當(dāng)量比為0.25～0.3時(shí),即氣化反應(yīng)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。

氣化當(dāng)量比6一、確定擬達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)小型家用氣化爐設(shè)計(jì)計(jì)算案例比如：(1)點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間：<3min；(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：≥3.5h；(3)氣化效率：≥75％；(4)熱效率：≥90％；(5)燃?xì)鉄嶂担?gt;6000kJ/N(6)產(chǎn)氣量：≥1.5/kg，可供農(nóng)戶一天的炊事使用；(7)封火時(shí)間:≥12h一、確定擬達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)小型家用氣化爐設(shè)計(jì)計(jì)算案例比如：7二、設(shè)計(jì)計(jì)算配風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)道保溫層頂部加料口的密封二、設(shè)計(jì)計(jì)算配風(fēng)設(shè)計(jì)8原料品種燃?xì)獬煞?/p>

%低位熱值（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）kJ/m3COH2CH4CO2O2N2玉米秸21.412.21.8713.01.6549.885328玉米芯22.512.32.3212.51.448.985033麥秸17.68.51.3614.01.756.843663棉秸22.711.51.9211.61.550.785585稻殼19.15.54.37.53.060.54594薪柴20.012.02.011.00.254.54728三、氣化原料的考慮同一爐膛結(jié)構(gòu)使用不同的物料所產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)庖矔?huì)有較大的變化。使用中的生物質(zhì)燃?xì)馄骄颠M(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。原料品種燃?xì)獬煞?低位熱值（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）kJ/m3COH9四、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)度比如，一個(gè)四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/(h)(2)確定氣化氣體的量生物質(zhì)原料完全燃燒所需的空氣量

：V=(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，m3/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。四、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10玉米秸所含主要元素含量為：[C]=45.43％[H]=6.15％[O]=47.14％[N]=0.78％玉米秸完全燃燒所需的空氣量為：V=(1.866[C]+5.55[H]-O.7[0])=(1.866×45.43％+5.55×6.15％-O.7×47.14％)=4.0908(m3/kg)實(shí)際需要通入的空氣量

取過量空氣系數(shù)=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

：=1.2×4.0908=4.909(m3/kg)玉米秸稈壓塊的揮發(fā)分較高，含水量很低，當(dāng)量比

取0.3，則每千克燃料氣化所需要的空氣量

為：=0.3×4.0908=1.2272(m3/kg)玉米秸所含主要元素含量為：11五、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?/p>

含量一般在50％左右，考慮到

在該氣化反應(yīng)中幾乎很少發(fā)生反應(yīng)，據(jù)此，擬燃?xì)饬髁渴菤饣瘎?空氣)流量的1.5倍，則可燃?xì)饬髁縬為：=C0×V0×1.5=2.4×1.2272×1.5=4.4181(/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=6.5×103kJ/kg③氣化效率

擬定氣化效率=75％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五、氣化爐主要性能指標(biāo)的擬定①氣化燃?xì)饬髁縬12六、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CC=q×Qg/(η×Qm) =4.4181×6.5/(0.75×16.33)=2.3448(kg/h)②氣化強(qiáng)度φ

=(C/C0)×φ0=(2.3448/2.4)×70=68.3888(kg/(m2h))③產(chǎn)氣率G=q/C=4.4181/2.3448=1.8842(/kg)六、氣化爐的主要?dú)饣瘏?shù)的計(jì)算13七、氣化爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸①爐膛截面積

m2②爐膛的原料高度

=2.3448×3.8/(0.03×600)=0.43m七、氣化爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸m2②14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，取密度=600kg/m3

。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)p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

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p取0.2，由此可得n=1，2，3，4時(shí)，高度系數(shù)分別為：1，1.2，1.24，1.248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15⑤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，可再次加入原料繼續(xù)運(yùn)行。這個(gè)過程理論上可進(jìn)行無限多次，實(shí)際上只有開始幾次加料有實(shí)用價(jià)值?？紤]到氣化爐點(diǎn)火時(shí)灰燼需要占用一定的空間H=h+0.2=0.7m=0.43/1.2=0.36（m）⑤內(nèi)筒高度h=0.43/1.216（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：C-生物質(zhì)原料的消耗量，kg/h；V-風(fēng)口中空氣流速，m/s；V0-氣化所需空氣量，m3/kg；d1-風(fēng)口直徑，m；N-風(fēng)口個(gè)數(shù)（2）送風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸17生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)18一、生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展二、生物質(zhì)氣化分類三、生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素四、氣化發(fā)電工藝五、主要的氣化反應(yīng)器六、生物質(zhì)燃?xì)鈨艋?、生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展二、生物質(zhì)氣化分類三、生物質(zhì)氣化指標(biāo)及19一、生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展始于1883年，已有100多年的歷史，以木炭為原料，氣化后的燃?xì)怛?qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，為早期的汽車或農(nóng)業(yè)排灌機(jī)械提供動(dòng)力。鼎盛時(shí)期，第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)戰(zhàn)爭耗費(fèi)了幾乎所有的燃油，民用燃料缺乏，德國大力發(fā)展用于民用汽車的車裁氣化器，并形成了與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配套的完整技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)后，長時(shí)期內(nèi)陷于停頓狀態(tài)。中東地區(qū)油田的大規(guī)模開發(fā)使世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展獲得了廉價(jià)優(yōu)質(zhì)的能源。石油成為幾乎所有發(fā)達(dá)國家的主要能源20世紀(jì)70年代石油危機(jī)使生物質(zhì)氣化技術(shù)重新得到了關(guān)注。一、生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展始于1883年，已有100多年的歷史，20現(xiàn)狀：大型生物質(zhì)氣化發(fā)電示范工程美國Battelle(63MW)、夏威夷(6MW)項(xiàng)目，英國(8MW)和芬蘭(6Mw)示范工程等。問題：焦油處理技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)難度很高現(xiàn)狀：21生物質(zhì)氣化分類按氣化介質(zhì)分類氣體熱值高，高溫高壓、反映條件苛刻氣體熱值高吸熱反應(yīng)，需要外部熱源生物質(zhì)氣化分類按氣化介質(zhì)分類氣體熱值高，氣體熱值高22生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素1.比消耗量。定義：氣化1kg生物質(zhì)所消耗氣化劑(如空氣、水蒸氣、氧氣)的量。如：空氣一般0.2-0.32.產(chǎn)品氣產(chǎn)率。氣化1kg原料所得到的氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積稱為產(chǎn)品氣產(chǎn)率。3.碳轉(zhuǎn)化率。碳轉(zhuǎn)化率是指生物質(zhì)燃料中的碳轉(zhuǎn)化為氣體燃料中碳的份額，即氣體中含碳量與原料中含碳量之比。氣體產(chǎn)率，m3/kg燃?xì)庵械捏w積百分比原料中碳的含量，%生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素1.比消耗量。定義：氣化1kg生物質(zhì)234.氣化效率。生物質(zhì)氣化后生成的產(chǎn)品氣總熱量與氣化原料總熱量之比，稱為氣化效率，它是衡量氣化過程的主要指標(biāo)。5.氣化強(qiáng)度。單位時(shí)間內(nèi)，氣化反應(yīng)器單位橫截面上所能氣化的原料量稱為氣化強(qiáng)度，單位通常為kg／(m2h)。氣化指標(biāo)的影響因素復(fù)雜的熱化學(xué)過程，受很多因宗的影響。影響氣化指標(biāo)的因素取決于3個(gè)方面，即原料特性、氣化過程的操作條件和氣化反應(yīng)器的構(gòu)造。4.氣化效率。生物質(zhì)氣化后生成的產(chǎn)品氣總熱量與氣化原料總熱24(1)生物質(zhì)特性原料特性不但影響氣化指標(biāo)．而日也決定氣化方法的選擇。生物質(zhì)作為氣化原料比煤作為氣化原料有突出的優(yōu)點(diǎn)。

1)揮發(fā)分高、固定族低。生物質(zhì)特別是秸稈類生物質(zhì)，固定碳在20％左右，而揮發(fā)分則高達(dá)70％左右。在較低溫度下，約400度就可全部揮發(fā)出來。

2)生物質(zhì)碳反應(yīng)性高。生物質(zhì)碳在較低溫度下，以較快的速度與CO2及水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)。如：在815℃、2MPa下，木炭在He(45％)、H2(5％)及水蒸氣(5％)的氣體中，只要7分鐘，80％能被氣化，泥煤炭只能有約20％被氣化，而褐煤顯幾乎沒有反應(yīng)。3)生物質(zhì)灰分少。生物質(zhì)灰分一般少于3％(稻殼等除外)。4)含硫量低。生物質(zhì)臺(tái)硫量一般少于0．2％，不需要?dú)怏w脫硫裝置，降低了成本，又有利于環(huán)境保護(hù)。(1)生物質(zhì)特性25(2)原料的結(jié)渣性。反應(yīng)性好的原料，可以在較低溫度下操作．氣化過程不易結(jié)渣，有利于操作，也有利于甲烷生成。礦物成分往往可使燃料在燃燒反應(yīng)中起催化作用。例如：將木灰(1．5％)噴在加熱中的木材表面上．就可使反應(yīng)性加強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間減少1/2。(2)原料的結(jié)渣性。26

(3)氣化條件。反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、物料特性、氣化設(shè)備結(jié)構(gòu)等也是影響氣化過程中的主要因素，不同的氣化條件，氣化產(chǎn)物成分的變化很大。四、氣化發(fā)電工藝(3)氣化條件。四、氣化發(fā)電工藝27氣化發(fā)電系統(tǒng)分類氣化發(fā)電系統(tǒng)分類28五、主要的氣化反應(yīng)器五、主要的氣化反應(yīng)器29固定床氣化爐下吸式：焦油含量少，熱值高上吸式：焦油含量多，熱值低固定床氣化爐下吸式：焦油含量少，熱值高上吸式：焦油含量多，熱30流化床氣化爐流化床氣化爐31優(yōu)點(diǎn)：（1）流化床氣化爐斷面小，氣化效率和氣化強(qiáng)度較高。（2）流化床氣化對(duì)灰分要求不高，可以使用粒度很小的原料。

(3)流化床氣化的產(chǎn)氣能力可在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，且氣化效率不會(huì)明顯降低。

(4)流化床使用的燃料顆粒很細(xì)，傳熱面積大，傳熱效率高，氣化反應(yīng)溫度不是很高且均衡，結(jié)渣的可能性減弱。缺點(diǎn)

(1)產(chǎn)出氣體的顯熱損失大。

(2)由于燃料顆粒細(xì)，流化速度較高，故產(chǎn)出氣體中的帶出物較多。優(yōu)點(diǎn)：32雙流化床氣化爐雙流化床氣化爐33六、生物質(zhì)燃?xì)鈨艋镔|(zhì)燃?xì)夂懈鞣N各樣的雜質(zhì)，保證后部氣化發(fā)電設(shè)備不會(huì)因雜質(zhì)的存在而導(dǎo)致磨損腐蝕和污染等問題。六、生物質(zhì)燃?xì)鈨艋镔|(zhì)燃?xì)夂懈鞣N各樣的雜質(zhì)，保證后部氣化34焦油問題焦油是一種可冷凝烴類物質(zhì)的復(fù)雜混合物美國NREL的Milne等在其對(duì)焦油的研究中曾給出了以下定義：任何有機(jī)材料在熱或部分氧化(氣化)作用下所產(chǎn)生的有機(jī)物，且通常認(rèn)為其主要是較大的芳香類物質(zhì)，稱為焦油。焦油在低于200℃時(shí)凝結(jié)成液體，隨溫度的升高而呈氣態(tài)，在高溫下能分解成小分子永久性氣體〔再降溫時(shí)不凝結(jié)成液體)?？扇?xì)庵薪褂秃侩S溫度升向而減少。焦油問題焦油在低于200℃時(shí)凝結(jié)成液體，隨溫度的升高而呈氣態(tài)35氣化裝置的影響：上吸式氣化器產(chǎn)生的焦油量是最大的，燃?xì)庵薪褂秃恳话阍?00g/m3的數(shù)量級(jí)；下吸式所產(chǎn)燃?xì)馐亲顫崈舻?，焦油含量一般?g／m3的數(shù)量級(jí)，流化床類型的氣化器介于二者之間，燃?xì)庵薪褂秃恳话阍?0g／m3的數(shù)量級(jí)。焦油危害：(1)當(dāng)氣化燃?xì)獾臏囟冉档蜁r(shí)焦油會(huì)形成焦油霧，被氣化燃?xì)鈹y帶進(jìn)入下級(jí)設(shè)備．會(huì)影響內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)等的安全運(yùn)行(2)焦油占可燃?xì)饽芰康?％一10％，在低溫下難以與可燃?xì)庖坏辣蝗紵茫裼脮r(shí)大部分焦油被浪費(fèi)掉。

(3)焦油還會(huì)與顆粒物等其他污染物發(fā)生相互作用．造成管道的堵塞。氣化裝置的影響：焦油危害：36焦油的去除常用的方法可歸納為兩大類：①物理凈化方法，包括濕法和干法；②化學(xué)凈化方法，包括焦油的熱裂化和催化裂化。濕法焦油的去除常用的方法可歸納為兩大類：濕法37冷卻洗滌、旋風(fēng)分離、過濾器過濾組合凈化裝置，經(jīng)該工藝流程后所剩的焦油含量均在o．5g／m3以下。濕法存在的問題冷卻洗滌、旋風(fēng)分離、過濾器過濾組合凈化裝置，經(jīng)該工藝流程后所38干式：電捕方法

可去除0.01-1mm灰塵，焦油去除98%以上缺點(diǎn)：生物質(zhì)含氧量高，燃?xì)鈨艋^程必須防爆焦油黏附在設(shè)備上，難以去除，除焦問題化學(xué)方法：1.高溫?zé)峤?.催化劑

白云石鎳基催化劑干式：電捕方法化學(xué)方法：39小型生物質(zhì)氣化爐

基本設(shè)計(jì)方法小型生物質(zhì)氣化爐

基本設(shè)計(jì)方法40基礎(chǔ)知識(shí)一、各種爐型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)——選型1）固定床①上吸式氣化爐優(yōu)點(diǎn)是：燃?xì)庠诮?jīng)過熱分解層和干燥層時(shí)，將熱量傳遞給物料，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；熱分解層和干燥層對(duì)燃?xì)庥幸欢ǖ倪^濾作用，所以出爐的燃?xì)庵兄缓猩倭炕曳?；結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，爐內(nèi)阻力小。缺點(diǎn)是：原料中水分不能參加反應(yīng)，減少了燃?xì)庵蠬和碳?xì)浠衔锏暮?，氣體與固體逆向流動(dòng)時(shí)，物料中的水分隨產(chǎn)品氣體帶出爐外，降低了氣體的實(shí)際熱值，增加了排煙熱損失；熱氣體從底部上升時(shí)，溫度沿著反應(yīng)層高度下降，物料被干燥與低溫度的氣流相遇，原料在低溫(250～400oC)下進(jìn)行熱分解，導(dǎo)致焦油含量高?；A(chǔ)知識(shí)一、各種爐型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)——選型1）固定床優(yōu)點(diǎn)是：缺點(diǎn)41②下吸式氣化爐優(yōu)點(diǎn)是：氣化強(qiáng)度較上吸式高；工作穩(wěn)定性好；可隨時(shí)開蓋添料；由于氧化區(qū)在熱解區(qū)與還原區(qū)之間，因而干餾和熱解的產(chǎn)物都要經(jīng)過氧化區(qū)，在高溫下裂解成H2和CO等永久性小分子氣體，使氣化氣中焦油含量大大減少。缺點(diǎn)是：由于爐內(nèi)的氣體流向是自上而下的，而熱氣流的方向是自下而上的，致使引風(fēng)機(jī)從爐柵下抽出可燃?xì)庖馁M(fèi)較大的功率；出爐的可燃?xì)庵泻械幕曳州^多；出爐的可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水進(jìn)行冷卻。②下吸式氣化爐42③橫吸式氣化爐

生物質(zhì)原料由爐頂加入，灰分落入爐柵下部的灰室。氣化劑由側(cè)面進(jìn)入，產(chǎn)出的氣體也由側(cè)面流出，氣流橫向通過氣化區(qū)，在氧化區(qū)、還原區(qū)進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)與下吸式氣化爐相同，只不過反應(yīng)溫度較高，燃燒區(qū)溫度甚至?xí)^灰熔點(diǎn)，容易造成結(jié)渣。因此，該爐適用于含灰分少的原料，一般用作焦炭和木炭氣化。

（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。③橫吸式氣化爐43氣化反應(yīng)在床內(nèi)進(jìn)行，焦油也在床內(nèi)裂解，氣固分離以后的炭不斷循環(huán)回反應(yīng)爐內(nèi)。使炭有足夠的時(shí)間在床內(nèi)停留，以適應(yīng)還原反應(yīng)速度慢的需要。適合水分含量大、熱值低、著火困難的生物質(zhì)物料。主要缺點(diǎn)產(chǎn)氣中灰分需要很好地凈化處理和部件磨損嚴(yán)重。氣化反應(yīng)在床內(nèi)進(jìn)行，焦油也在床內(nèi)裂解，氣固分離以后的炭不斷循44氣化當(dāng)量比所提供的空氣中的氧與物料完全燃燒所需氧的當(dāng)量比只有在當(dāng)量比為0.25～0.3時(shí),即氣化反應(yīng)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。

氣化當(dāng)量比45一、確定擬達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)小型家用氣化爐設(shè)計(jì)計(jì)算案例比如：(1)點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)間：<3min；(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：≥3.5h；(3)氣化效率：≥75％；(4)熱效率：≥90％；(5)燃?xì)鉄嶂担?gt;6000kJ/N(6)產(chǎn)氣量：≥1.5/kg，可供農(nóng)戶一天的炊事使用；(7)封火時(shí)間:≥12h一、確定擬達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)小型家用氣化爐設(shè)計(jì)計(jì)算案例比如：46二、設(shè)計(jì)計(jì)算配風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)道保溫層頂部加料口的密封二、設(shè)計(jì)計(jì)算配風(fēng)設(shè)計(jì)47原料品種燃?xì)獬煞?/p>

%低位熱值（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）kJ/m3COH2CH4CO2O2N2玉米秸21.412.21.8713.01.6549.885328玉米芯22.512.32.3212.51.448.985033麥秸17.68.51.3614.01.756.843663棉秸22.711.51.9211.61.550.785585稻殼19.15.54.37.53.060.54594薪柴20.012.02.011.00.254.54728三、氣化原料的考慮同一爐膛結(jié)構(gòu)使用不同的物料所產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)庖矔?huì)有較大的變化。使用中的生物質(zhì)燃?xì)馄骄颠M(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。原料品種燃?xì)獬煞?低位熱值（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）kJ/m3COH48四、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)度比如，一個(gè)四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/(h)(2)確定氣化氣體的量生物質(zhì)原料完全燃燒所需的空氣量

：V=(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，m3/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。四、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49玉米秸所含主要元素含量為：[C]=45.43％[H]=6.15％[O]=47.14％[N]=0.78％玉米秸完全燃燒所需的空氣量為：V=(1.866[C]+5.55[H]-O.7[0])=(1.866×45.43％+5.55×6.15％-O.7×47.14％)=4.0908(m3/kg)實(shí)際需要通入的空氣量

取過量空氣系數(shù)=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

：=1.2×4.0908=4.909(m3/kg)玉米秸稈壓塊的揮發(fā)分較高，含水量很低，當(dāng)量比

取0.3，則每千克燃料氣化所需要的空氣量

為：=0.3×4.0908=1.2272(m3/kg)玉米秸所含主要元素含量為：50五、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?/p>

含量一般在50％左右，考慮到

在該氣化反應(yīng)中幾乎很少發(fā)生反應(yīng)，據(jù)此，擬燃?xì)饬髁渴菤饣瘎?空氣)流量的1.5倍，則可燃?xì)饬髁縬為：=C0×V0×1.5=2.4×1.2272×1.5=4.4181(/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=6.5×103kJ/kg③氣化效率

擬定氣化效率=75％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五、氣化爐主要性能指標(biāo)的擬定①氣化燃?xì)饬髁縬51六、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CC=q×Qg/(η×Qm) =4.4181×6.5/(0.75×16.33)=2.3448(kg/h)②氣化強(qiáng)度φ

=(C/C0)×φ0=(2.3448/2.4)×70=68.3888(kg/(m2h))③產(chǎn)氣率G=q/C=4.4181/2.3448=1.8842(/kg)六、氣化爐的主要?dú)饣瘏?shù)的計(jì)算52七、氣化爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸①爐膛截面積

m2②爐膛的原料高度

=2.3448×3.8/(0.03×600)=0.43m七、氣化爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸m2②53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，取密度=600kg/m3

。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)p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

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p取0.2，由此可得n=1，2，3，4時(shí)，高度系數(shù)分別為：1，1.2，1.24，1.248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54⑤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，可再次加入原料繼續(xù)運(yùn)行。這個(gè)過程理論上可進(jìn)行無限多次，實(shí)際上只有開始幾次加料有實(shí)用價(jià)值?？紤]到氣化爐點(diǎn)火時(shí)灰燼需要占用一定的空間H=h+0.2=0.7m=0.43/1.2=0.36（m）⑤內(nèi)筒高度h=0.43/1.255（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：C-生物質(zhì)原料的消耗量，kg/h；V-風(fēng)口中空氣流速，m/s；V0-氣化所需空氣量，m3/kg；d1-風(fēng)口直徑，m；N-風(fēng)口個(gè)數(shù)（2）送風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸56生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)57一、生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展二、生物質(zhì)氣化分類三、生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素四、氣化發(fā)電工藝五、主要的氣化反應(yīng)器六、生物質(zhì)燃?xì)鈨艋弧⑸镔|(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展二、生物質(zhì)氣化分類三、生物質(zhì)氣化指標(biāo)及58一、生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展始于1883年，已有100多年的歷史，以木炭為原料，氣化后的燃?xì)怛?qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，為早期的汽車或農(nóng)業(yè)排灌機(jī)械提供動(dòng)力。鼎盛時(shí)期，第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)戰(zhàn)爭耗費(fèi)了幾乎所有的燃油，民用燃料缺乏，德國大力發(fā)展用于民用汽車的車裁氣化器，并形成了與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配套的完整技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)后，長時(shí)期內(nèi)陷于停頓狀態(tài)。中東地區(qū)油田的大規(guī)模開發(fā)使世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展獲得了廉價(jià)優(yōu)質(zhì)的能源。石油成為幾乎所有發(fā)達(dá)國家的主要能源20世紀(jì)70年代石油危機(jī)使生物質(zhì)氣化技術(shù)重新得到了關(guān)注。一、生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展始于1883年，已有100多年的歷史，59現(xiàn)狀：大型生物質(zhì)氣化發(fā)電示范工程美國Battelle(63MW)、夏威夷(6MW)項(xiàng)目，英國(8MW)和芬蘭(6Mw)示范工程等。問題：焦油處理技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)改造技術(shù)難度很高現(xiàn)狀：60生物質(zhì)氣化分類按氣化介質(zhì)分類氣體熱值高，高溫高壓、反映條件苛刻氣體熱值高吸熱反應(yīng)，需要外部熱源生物質(zhì)氣化分類按氣化介質(zhì)分類氣體熱值高，氣體熱值高61生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素1.比消耗量。定義：氣化1kg生物質(zhì)所消耗氣化劑(如空氣、水蒸氣、氧氣)的量。如：空氣一般0.2-0.32.產(chǎn)品氣產(chǎn)率。氣化1kg原料所得到的氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積稱為產(chǎn)品氣產(chǎn)率。3.碳轉(zhuǎn)化率。碳轉(zhuǎn)化率是指生物質(zhì)燃料中的碳轉(zhuǎn)化為氣體燃料中碳的份額，即氣體中含碳量與原料中含碳量之比。氣體產(chǎn)率，m3/kg燃?xì)庵械捏w積百分比原料中碳的含量，%生物質(zhì)氣化指標(biāo)及影響因素1.比消耗量。定義：氣化1kg生物質(zhì)624.氣化效率。生物質(zhì)氣化后生成的產(chǎn)品氣總熱量與氣化原料總熱量之比，稱為氣化效率，它是衡量氣化過程的主要指標(biāo)。5.氣化強(qiáng)度。單位時(shí)間內(nèi)，氣化反應(yīng)器單位橫截面上所能氣化的原料量稱為氣化強(qiáng)度，單位通常為kg／(m2h)。氣化指標(biāo)的影響因素復(fù)雜的熱化學(xué)過程，受很多因宗的影響。影響氣化指標(biāo)的因素取決于3個(gè)方面，即原料特性、氣化過程的操作條件和氣化反應(yīng)器的構(gòu)造。4.氣化效率。生物質(zhì)氣化后生成的產(chǎn)品氣總熱量與氣化原料總熱63(1)生物質(zhì)特性原料特性不但影響氣化指標(biāo)．而日也決定氣化方法的選擇。生物質(zhì)作為氣化原料比煤作為氣化原料有突出的優(yōu)點(diǎn)。

1)揮發(fā)分高、固定族低。生物質(zhì)特別是秸稈類生物質(zhì)，固定碳在20％左右，而揮發(fā)分則高達(dá)70％左右。在較低溫度下，約400度就可全部揮發(fā)出來。

2)生物質(zhì)碳反應(yīng)性高。生物質(zhì)碳在較低溫度下，以較快的速度與CO2及水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)。如：在815℃、2MPa下，木炭在He(45％)、H2(5％)及水蒸氣(5％)的氣體中，只要7分鐘，80％能被氣化，泥煤炭只能有約20％被氣化，而褐煤顯幾乎沒有反應(yīng)。3)生物質(zhì)灰分少。生物質(zhì)灰分一般少于3％(稻殼等除外)。4)含硫量低。生物質(zhì)臺(tái)硫量一般少于0．2％，不需要?dú)怏w脫硫裝置，降低了成本，又有利于環(huán)境保護(hù)。(1)生物質(zhì)特性64(2)原料的結(jié)渣性。反應(yīng)性好的原料，可以在較低溫度下操作．氣化過程不易結(jié)渣，有利于操作，也有利于甲烷生成。礦物成分往往可使燃料在燃燒反應(yīng)中起催化作用。