農(nóng)村生物質(zhì)氣化集中氣化爐運行模式

農(nóng)村生物質(zhì)氣化集中氣化爐運行模式

1生物質(zhì)氣化集中供暖系統(tǒng)生物化學技術(shù)是在缺氧條件下對生物化學原料的加熱反應的能量轉(zhuǎn)化過程。生物質(zhì)一般由C、H、O等元素和灰分組成,當它們被點燃時,供應少量空氣,并且采取措施控制其反應過程,使C、H元素變成CO、CH4、H2等可燃氣體,生物質(zhì)中大部分能量都轉(zhuǎn)移到氣體中,這就是氣化過程。生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)是針對農(nóng)林廢棄物(玉米稈、玉米芯、花生殼、樹枝等)所提出的一項規(guī)?；蒙镔|(zhì)資源的技術(shù)。通過生物質(zhì)氣化技術(shù)的推廣應用,可大幅度提高能源利用率,增加農(nóng)村能源的有效供給,解決農(nóng)作物秸稈焚燒造成的環(huán)境污染問題,對促進農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和保護生態(tài)環(huán)境都將起到積極作用。生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)的基本模式為:以自然村為單元,系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)十戶到上千戶,系統(tǒng)由三部分組成:生物質(zhì)氣化機組、燃氣輸配系統(tǒng)和用戶燃氣系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)如圖1所示。鍘成小段的農(nóng)作物秸稈送入氣化爐中經(jīng)過熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成可燃氣體,在凈化器中除去燃氣中含有的灰塵和焦油等雜質(zhì),由風機送至氣柜中。氣化爐、燃氣凈化器和風機組成了生物質(zhì)氣化機組。氣柜的作用是儲存一定量的燃氣以平衡系統(tǒng)燃氣負荷的波動,并提供恒定的壓力,保證用戶燃氣灶具的穩(wěn)定燃燒。離開氣柜的燃氣通過敷設在地下的管網(wǎng)分配到系統(tǒng)中的每家每戶。用戶打開燃氣用具的閥門,就可以方便地使用燃氣了。生物質(zhì)氣化技術(shù)用于村級集中供氣是一個新興的產(chǎn)業(yè),自1994年在國家科委資助下研制出第一代生物質(zhì)氣化機組至今,在全國范圍內(nèi)已有數(shù)百個甚至更多的機組供用戶使用。生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)由氣化站、燃氣輸配系統(tǒng)和室內(nèi)用氣系統(tǒng)所組成。2與凈化的工藝流程氣化站包括原料貯存與加工、站房、氣化機組、燃氣排送機、貯氣裝置和站內(nèi)管路系統(tǒng)。生物質(zhì)燃氣生產(chǎn)與凈化的工藝流程如圖2所示:原料預處理→加料器→氣化爐→凈化器→燃氣排送機貯氣柜是平衡用氣負荷變化和保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的重要設備,它通過鐘罩的浮起與落下來貯存和放出燃氣,適應用戶用氣量的變化,并在夜間和白天炊事間歇時間供應零散用氣。氣化機組間歇運行,但整個系統(tǒng)不停頓地向用戶供氣。3燃氣干管布置方案燃氣輸配系統(tǒng)的功能是將燃氣分配到系統(tǒng)內(nèi)的每個用戶,并且保證穩(wěn)定的供氣壓力。農(nóng)村生物質(zhì)燃氣輸配系統(tǒng)的設計壓力和燃氣干管的布置,應根據(jù)用戶的用氣量及其分布、地形地貌、管材設備供應條件、施工和運行管理等因素,經(jīng)過多方案比較,擇優(yōu)選取技術(shù)經(jīng)濟合理、安全可靠的方案。單級低壓生物質(zhì)燃氣輸配系統(tǒng)壓力不大于5kPa。從氣柜到最遠端用戶的燃氣管道允許阻力損失為:式中ΔPd—從氣柜到最遠端燃具的管道允許阻力損失,Pa;Pn—低壓燃具的額定壓力,Pa。3.1低壓管道的設置低壓管網(wǎng)的主要功能是直接向用戶配氣,所以,低壓管網(wǎng)的布置一般應考慮下列各點:(1)低壓管道的輸氣壓力低,沿程壓力降的允許值也較低,故低壓管網(wǎng)的最遠距離應在以氣化站為中心,半徑為1km的范圍內(nèi);(2)低壓管道直接與用戶相連,而農(nóng)村住房多為不規(guī)則分布,故低壓管道為枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)并存;(3)低壓管道可以沿街道的一側(cè)敷設,也可以雙側(cè)敷設。當街道寬度大于20m、橫穿街道的支管過多、或輸配氣量大,而又限于條件不允許敷設大口徑管道時,低壓管道可采用雙側(cè)敷設;(4)低壓管道應按規(guī)劃道路布線,并應與道路軸線或建筑物的前沿相平行,盡可能避免在高級路面的街道下敷設。3.2自動排水器的壓力排水器是輸配系統(tǒng)中極為關(guān)鍵的附件,它的合理與否直接影響到用戶是否能夠順利用氣。擬設計一種安全可靠的自動排水器,如圖3所示。下端密封的圓筒內(nèi)用水做密封介質(zhì),插入水中的管子與燃氣管道相連,圓筒內(nèi)裝滿水,上端開有溢流口,當燃氣管道中的水流入圓筒內(nèi)時,多余的水由溢流口流出。自動排水器的優(yōu)點是:燃氣不會隨水排放,人身安全得到保障,工作量減少,不必定期特意排水。只需適時補充因自然蒸發(fā)而損失的水分。生物質(zhì)氣化集中供氣工程中氣柜的最大設計壓力為4kPa,為了有更大的裕量,使自動排水器的使用更加安全,故將插入排水器水中的燃氣管底的壓力均按5kPa計算。則P=ρgh2式中P—燃氣管底的燃氣相對壓力,取值5kPa;h2—排水器內(nèi)水的深度,mm。由上式可得h2=510mm為避免時間過長從排水器溢流口落入其內(nèi)的雜質(zhì)堵塞氣管而影響排水,故圖3中h1的距離取為100mm。同時,將水深裕量h3增加20%,水深即為610mm。則集水器高度h≥h1+h2+h3=710mm,選取h=800mm。4燃氣管道的局部阻力損失室內(nèi)燃氣系統(tǒng)包括燃氣表、固定裝置、閥門、燃氣灶具等部件。燃氣灶具必須采用生物質(zhì)燃氣專用灶具。室內(nèi)燃氣系統(tǒng)如圖4所示。根據(jù)燃燒理論,在燃氣灶具內(nèi)燃燒的是燃氣與空氣的混合物,要實現(xiàn)完全燃燒,熱值高的燃氣需混合較多的空氣,而熱值低的燃氣中要混合少量的空氣,因此,燃氣-空氣混合物的熱值并沒有太大的差別。例如:天然氣的熱值是生物質(zhì)燃氣的7倍,但其混合氣的熱值僅比生物質(zhì)燃氣高23%。所以只要使用專門設計的灶具,使燃氣與空氣流量合理匹配,就能達到與液化氣、天然氣灶具相同的熱負荷,滿足炊事的要求。室內(nèi)燃氣管道的局部阻力損失可按下式計算:ΔP=∑ξW22ρΔΡ=∑ξW22ρ式中ΔP—局部阻力的壓力損失,Pa;∑ξ—計算管段中局部阻力系數(shù)的總和,局部阻力系數(shù)可查閱有關(guān)資料;W—管段中燃氣流速,m/s;ρ—燃氣的密度,kg/m3。5系統(tǒng)投資和運營成本5.1影響氣負荷集中及村經(jīng)濟水平的因素生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)投資受村莊規(guī)劃、規(guī)模、用氣負荷集中程度和村莊經(jīng)濟水平等許多因素的影響。根據(jù)已建示范工程的經(jīng)驗和投資核算,100～500戶規(guī)模的集中供氣系統(tǒng)的投資估算如表1所示。5.2燃料費管理按每戶每日用氣5m3和每千克農(nóng)作物秸稈0.06元計,集中供氣系統(tǒng)的年運行費用和供氣成本計算結(jié)果見表2所示。若燃氣按成本費0.12元/m3出售,每戶每年需支出燃氣開支216元,每月平均18元。但考慮到氣站所用原料由各戶收集,各戶出售農(nóng)作物秸稈的收入應折抵部分燃氣費,平均每戶每年交售秸稈收入為54元,因此平均每戶每年實際燃氣支出為162元,平均每月13.5元。相比之下,使用蜂窩煤時每戶每月需支出燃料費27元(蜂窩煤每塊按0.18元計,每戶每天需燒5塊)。使用液化氣時,每戶每月65元(按每戶一瓶用一個月計算),大大節(jié)約了農(nóng)民的支出。6生物質(zhì)氣化技術(shù)人們對化石燃料的過度使用導致環(huán)境污染問題日益突出,