家用生物质气化设备技术的研究

林业机械与木工设备研究设计家用生物质气化设备技术的研究孙仁山,王述洋,董志国(东北林业大学,黑龙江哈尔滨150040摘要:在介绍国内外生物质气化技术发展的基础上,阐述了生物质气化技术的原理及工艺流程,并介绍了一种新型家用生物质气化炉的结构及工作原理,重点讨论了其各个反应区的具体工作过程关键词:生物质;气化;气化炉;反应层;温度中图分类号:TE5文献标识码:A文章编号:1001-4462003)04-0007-031引言统计,未来20年内,在全球能源方面,消费将增长随着全球经济的发展,世界各国已经充分认识60%目前,这种能源需求主要通过增加石油、煤炭到能源的重要性与短缺性,因此,开发新能源将是促的消耗量来满足,这不仅涉及到有限的石油、煤炭资进经济增长和解决环境保护的重要战略举措据美源的维持问题,而且会使危及人类的环境污染问题国能源情报局近日公布的《国际能源前景》年度报告变得日趋严重。因此,发展新能源,提高能源利用效收稿日期:2003-01-21率,尽可能多地利用可再生能源,已经成为世界各国度、浇注速度等方面,以防止出现铸造缺陷。成型盘的寿命与国外生产的磨片使用寿命不相上下,且后,冷却4~5h,打箱清砂,然后再进行2h260℃其价格却只有进口的三分之一同时,使用该磨片生的去应力回火。产的纸质量及生产效率比以往都有显著提高。4.3高铬铸铁的性能及金相5结论高铬铸铁的性能见表2.其与进口产品相比,在①选用该高铬铸铁生产磨盘磨片是可行的,其硬度及韧性方面都略有优势,能满足产品的性能要求使用寿命已经达到进口产品的使用寿命,价格却只表2高铬铸铁的性能有进口产品的三分之一冲击性能硬度②采用该高铬铸铁生产磨片,制造工艺简单,不 (Jam')(HRC)金相组织热处理方式需要复杂的热处理,经过简单的去应力回火和打磨5.8852奥氏体+少量马氏体+M260℃回火2安装面及齿面就能应用降低了废品率,缩短了生产时间,节约了生产成本从高铬铸铁的组织来看,其基体为奥氏体,还有③采用覆膜砂脱箱式生产的磨片,可提高表面细微状的马氏体,这有利于提高韧性其碳化物为质量和尺寸精度,降低了劳动强度MC3型,呈片状和块状,使基体保持连续状态,有利于韧性和耐磨性的提高。参考文献:]周维平,李志章等磨浆机磨盘失效分析及新磨盘钢的研制4.4高铬铸铁磨片的应用浙江大学学报1994(1:18-25.采用研制的高铬铸铁磨盘磨片在某大型造纸厂【2】孙来费热磨机特种钢磨片及其应用口木材加工机198.3进行了生产试验,试验结果表明,用该种材质做成的3张士林高铬低钼白口铸铁研究机械工程材料1982(2磨盘,具有良好的使用寿命,远超过国内某高碳钢磨主要作者简介:向红亮,男,1972年生,汉族,博士研究生第31卷2003年第4期研究设计林业机械与木工设备优先发展的战略目标。的则用焚烧的办法进行处理,既污染了环境,又浪费为了改善我国的生态环境、制止水土流失,贯彻了大量的资源因此,开发一种新兴技术来解决生物执行可持续发展的基本国策,我国于1998年实施了质能的利用问题已经迫在眉睫天然林保护工程。在禁止砍伐天然林,进行封山育林之后,农村能源的供求矛盾日益突出,但一些可再生21.05%的生物质能源却面临着大量的闲置与浪费,因此,开④①农作物秸秆发适用于农村的低成本能源已经成为政府和社会亟20.14%②薪柴待解决的一个重要课题③禽畜粪4691%11.90%2高新技术转化秸秆类生物质能的意义我国是最大的发展中国家,又是一个人口大国,能源短缺及利用水平低是阻碍国家经济和社会图1我国可开发生物质能资源比例图发展的重要瓶颈之一。而我国石油资源相对不足,如果继续增加煤炭用量将加剧环境污染,21世纪将面3国内外发展现状临经济增长和环境保护的双重压力从能源长远发目前,我国国内主要对生物质进行气化处理,并展战略高度来审视,寻求一条可持续发展的能源道取得了可喜的进展。在我国,将农林固体废弃物转化路、大力利用新能源和可再生(新)能源以减少对环为可燃气的技术已初见成效,其主要应用于集中供境污染,加快新能源对传统能源的新旧更替已经成气供热、发电方面从“六五”以来,我国先后对农作为我国近期急需解决的重大问题因此改变能源生物秸秆热解气化技术进行了一系列研究与开发,并产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁取得了一定成绩从“七五”开始,即投入大量科研经能源资源,对建立可持续的能源系统,促进国民经济费,组织众多的科研机构和专业人员,对生物质气化发展和环境保护都具有重大意义技术进行重点攻关,并先后有多项成果问世在热解生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于气化方面,一些秸秆气化装置如低热值的ND-400世界能源消费总量第四位的能源,在全球能源结构600、900型,已相继研制成功并投放市场,并建立了100中占有十分重要的地位据有关专家估计生物质能多个气化集中供气村另外,以生物质能利用技术为极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到核心的综合利用技术模式由于其明显的经济和社会本世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃效益而得到快速发展,这也成为中国生物质能利用料将占全球总能耗的40%以上作为绿色能源,在的特色.1981年江苏省研制出第一台稻壳气化发电环境效益上,生物质生产工程中会吸收大气中的CO2,装置,装机容量为160kW;中国林科院林产化学工业这就意味着使用生物质燃料还能减少CO2的净排研究所从20世纪80年代开始研究开发了集中供放,有助于减轻地球室温效应在现实生产生活中,热、供气的上吸式气化炉,并先后在黑龙江、福建得特别是在农村地区,生物质能现在仍然占有重要的到工业化应用,气化炉的最大生产能力达6.3×10kh地位。我国生物质资源十分丰富,其储量比例见图中科院广州能源研究所于1986年在黑龙江海伦县建1.据统计,林业生物质能源中薪材年资源量达000成了直径为850mm、加料量为100kg/h、出力为100×多万t农业生物质能源中秸秆和稻壳,分别达亿t10kJ/h的上吸式气化炉,不久又研制成直径为和0.15亿另外,还有城镇有机废物能源全国生物1.1m、出力为300×10kJ/h、处理量为250kyb的上吸质的可再生能量按热量折合约为2.3亿t煤,相当于式气化炉;山东省能源研究所研究开发了下吸式气中国农村能耗的53%特别是秸秆作为一种十分重化炉,主要用于秸秆等农业废弃物的气化,在农村居要的可再生能源,其开发及利用价值极高然而,虽民集中居住地区得到较好的推广应用,并已形成产然我国每年生产大量的农作物秸秆,但除了少数用业化规模。到1998年底,已建成秸秆气化集中供气作家畜饲料外,其中的大部分都丢弃在田埂地角,有站164处,供气4572万m3,用户7700户改革开放2082003年第4期第31卷林业机械与木工设备研究设计年来,我国的生物质气化技术取得了长足的进步,并燃气的二次燃烧也在这里完成。在实际生产生活中发挥了重大的作用。②氧化还原反应区。一方面氧化区产生的CO2生物质能技术的研究与开发现已成为世界重大被还原成CO;另一方面主要发生水煤气反应,产生CO热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关和H2注国外生物质能技术开发是从20世纪70年代末期阀门1开始的,现在已有了很大进展许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色炉体能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划阀门2等,其中生物质能源的开发利用占有相当的比重.目前,直接燃烧秸秆的先进设备已投放市场,生物质供炉休热、发电或热电联产(CHP)已成为现实。在热解气化技术方面,国外的生物质能技术和装置多数已达到阀门3商业化应用程度,实现了规模化产业经营。如荷兰BTG开发成功的生物质高温热解装置产气率大于66%,阀风机进气孔德国、美国等开发出自动化程度相当高的家用生物质气化炉用于用户热水和供暖,产热量达150~500图2新型家用生物质气化炉结构示意图万kcal/h的大型生物质气化装置也已开发成功。以③干燥区原料中会有水蒸汽挥发出来,并且化美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位学反应中会有少量水产生,由于温度高,水都以水蒸能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次汽形式存在随着原料的不断燃烧,体积缩小,在自能源消耗量的4%、16%和10%身的重力作用下料层逐渐下降,炉灰由器算掉入灰坑,由出灰口掏出原料反应完毕应打开加料口加入4设备结构及工作原理新料该反应器的特点为空气由下面鼓入,可燃气由秸秆生物质气化技术是在秸秆直燃方式的基础上部导出,并经过二次燃烧,减少燃气中混有的炭上,通过先进的生物质燃气制造技术和科学的快速灰可燃气导出方向和原料落料方向呈逆流式,与热热解方法,将各类植物秸秆在缺氧状态下进行复杂气上升方向一致,故不必消耗很大的能量,启动容易的物化反应而进行能量转换的技术。迅速可燃气逐层上流时,被上面的料层过滤,因4.1设备结构此,出口燃气灰分少,温度低该气化炉的特点是:体积小、设计合理、布局紧生物质气化炉结构见图2.富含碳氢元素的植物凑、占地面积少成本低、使用方便,煤、柴通用,极适秸秆经秸秆生物质燃气发生炉作用产生燃气,整个合城乡广大居民烧菜煮饭、取暖的需求此炉无污过程应在隔绝空气或缺氧的条件下进行,发生器下染,具有节能低耗、使用成本低、可取代液化气的极设有出灰口,空气由风道鼓入,加好原料并点燃,同大优势,是今后民用炉具理想的选择时鼓入空气,关闭进料口,控制空气,使之在缺氧的情况下燃烧变成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体,5结束语使秸秆中的能量全部转变成气体,再将可燃气体经秸秆气化技术的成功发展,最终将为解决我国.管道与燃气灶连接,来实现蒸煮食物及满足各类加秸秆的科学转化、高效利用做出巨大贡献,为秸秆的热需要大幅度增值和洁净燃烧开辟一条可持续发展的道4.2工作原理路新的生物质能利用技术必将广泛应用于各个领域,极大地满足人们对能源的需要,特别是在农村市①氧化区在氧化区燃烧产生的热量供给上层场易于大规模普及推广市场前景不可估量原料完成化学反应。这个区域最高温度可达1000℃。9第31卷2003年第4期