多功能生物质气化炉的优化设计 多功能生物质气化炉的优化设计

多功能生物质气化炉的优化设计

  • 期刊名字:太阳能
  • 文件大小:100kb
  • 论文作者:刘吉普
  • 作者单位:湘潭大学机械学院
  • 更新时间:2020-07-12
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论文简介

多功能生物质气化炉的优化设计湘潭大学机械学院■学生科技兴趣小组" 刘吉普摘要:以高效生物质气化炉为基础,设计测量炉内温度场的实验装置,并对炉体结构的不足进行了分析和改进。优化设计的多功能生物质气化炉,有效地解决了在燃烧过程中存在的温度场分布不均匀、燃烧偏高、容易搭桥、焦油含量多等问题。关键词:生物质,气化炉;炉内温度场:优化设计-前言区、干燥区、裂解区四个反应区域"。氧化区空气比生物质是可再生的清洁绿色能源,它的开发利较充足,炭燃烧比较完全,温度可达到1000C左右,用不仅可以解决能源匮乏的问题,还具有显著的社主要反应式叫为:会效益和经济效益。生物质传统的处理方法(炊事C+O2=CO2+406kJ/mol用、野外焚烧、露天堆积)不仅造成生物质资源的低2C+02=2C0+160kJ/mol效率利用,同时也严重地污染了环境。通过生物质还原区主要是炭的不完全燃烧,温度约为气化或炭化将其转化为高品质能源,改变生物质能700~900C,主要反应式为:的传统利用方式是推进生物质能市场化的关键。生C+CO2=2CO-162kJ/mol物质能气化技术不仅改善了用能方式,净化了环境,C+H20=CO+H2-1 18kJ/mol促进了农村地区经济发展,而且为我国能源紧张和C+2Hz= =CH.+75kJ/mol环境治理提供了一条新途径。然而,对于经济相对裂解区的温度约为400~ 600C ,生物质燃料挥落后、地理位置比较分散的农村用户,实现集中供发物逐渐达到裂解温度,发生热裂解,生成CH,及气不现实。因此,研制成本低、效事高.适用性强CH.等有机可燃气体|。的家用型生物质气化炉灶具有很强的经济意义,应用前景十分广阔"。三实验研究通过调查研究,目前气化炉普遍存在气化效率1实验装置不高、焦油含量偏高、稳定性差及炉内容易搭桥等生物质气化炉的主要影响因素是温度场分布和缺陷2。影响气化炉综合效益的主要因素有原料中气化后气体的走势叫,在现有的理论和参考文献中,的水分、灰分、颗粒大小、气化炉内温度分布、气还没 有彻底解决气化炉内温度场分布规律的问题)。体在炉体内停留时间和气体压力等时。本文在实验本 实验在高效生物质气化炉的基础上,设计了一套的基础上,测得炉体内温度场的分布,并以实验为能方便测量炉内温度场的实验装置。气化炉锥部尺依据设计了解决搭桥现象、提高气化效率和减少焦寸为300mm x 150mm X 150mm,包括氧化区和部油的多功能生物质气化炉,同时也为其他炉体的改分还原区,为测得燃烧过程中炉内温度分布及通风造提供了理论依据。后对温度的影响,在进风口上60mm和80mm的两层分别均布3个测温孔;氧化区和还原区是气化炉二生物质气化炉的工作原理的核心中国煤化工产生9,故在第2生物质燃料在气化炉中的气化反应是比较复杂层上1二k区和裂解区中,CNMHG的物理、化学平衡过程”。其反应机理可简述为:当只需检明)件内疋言反土指所优教和测定排气温度,底部燃料引火点燃后,反应室内分为氧化区、还原故在第6层上的420mm空间中只需均布3层孔。经@SOLAR ENERGY 2/2008过理论预测,设计实验装置如图1所示,整个实验打开炉体下部的炉门,装入一定量的树枝并点装置由炉体部分和测温部分组成。采用三根热电偶燃,打开烟囱阀门和气体回流阀门,关闭排气阀门,测量同一层或同一列不同三个位置点的温度。第同时打开风机供氧,待炉内原料被点燃时,关闭炉1~ 6层属于氧化还原反应区,第7~9层属于裂解千门,并且拧上螺母将其密封。待产气稳定后,关闭燥区。烟囱阀门和气体回流阀门,打开排气阀门,在灶头排气口点火,调节供氧阀门使燃烧火焰为蓝色。热电偶(3)温度测试及封火将三根热电偶同时插入炉体同一层的三个孔内或者同一竖直位置的三个孔内,其他位置的孔用螺朴倦导栓拧入,调节转换开关,测量三个点温度,调节热转换开关进风口电偶在孔中的插入位置和深度可以测得整个炉体的温度数显仪温度分布。测完温度后,关闭风机,打开烟窗阀门, ..080关闭排气阀门,定期观察炉体内是否熄火,记录最长封火时间。图1实验装置2实验步骤四实验数据及分析本实验采用木屑为原料,具体步骤如下:1数据整理及分析(1)装料及密封当炉灶火焰稳定时,测得炉体内部温度如表1将原料从进料口装入炉体内并压实,然后向加所示。表中X。表示位置点n偏离经过进风口的母线料口旁边的环形槽中加入- -定量的水,将密封盖扣弧长X; Y表示测量位置点n时,热电偶伸进炉内入水中,形成水封。的深度Y;T表示位置点n在相应Y。下测得的温度(2)点火T; Z。表示第m层到燃烧喉部底面的距离Z。表1实验结果各层情况第一纵列第二纵列第三纵列m Z./mm R/mm n X/mm T/C Y/mm n X/mm TyC Y/mm nX/mm T/C Y/mm650 241 27087210 26 492 84 200 25 100285220500 21424182180 23437143 190 22886116178350 18621384180 20380310 160 19774250185280174167363143260016018795554170240 16613 16267415014 522655 150 158636551502001591114385872720784140170 1549 1351003110442982 110771980110222946032507948369772 125628887由表1可以看出,距排气口最近的第9层上,位631C,说明燃烧巳蔓延到喉部以上的区域。置点的最高温度达到87C。在实验过程中发现管路炉体内各层温度T。随偏离进风口距离X的变化中存在一定量的焦油,表明排气温度过高,导致焦曲维中国煤化工置点偏离进风口的油大量挥发,并且高温气体从炉内带走了大量的热TH.CNMH G线).T。T.T。明.量。处于燃烧喉部区的中心平均温度为900C左右,显下降。头巡衣明,炉伴内的面度场分布不均匀,温而距喉部上方130mm的第6层上的中心温度高达度场偏向进风口和排气口,这与进风管和排气管的SOLAR ENERGY 2008布置有密切关系。风机空气进口向三个进风管分配并在炉内采用多点供气(30点),使气体分布均匀,同的风量不相等,靠近风机空气进口的进上风管获得时改进排气口的位置,使其在炉体的中心(见图4),的风量大,燃烧充分,自然温度就高。排气口100夹夷热水出口地烧喉郁进风预热盍00十00进风口00一二工出友口00000000001000x/m團2炉体内各层温度T随偏离进风口距离X的变化曲线图4优化后的炉体2实验结论避免因为进风和排气不在同一轴线上而出现燃烧偏从实验结果看,与同层的其他位置相比,靠近离现象; 针对缺点b,增加喉部高度和喉部上的部直风机空气进口的位置点的温度较高,而排气温度高,径使燃料燃烧区域完全处于燃烧喉部针对缺点C,散失的热量大,喉部区的上方仍有燃烧,这表明炉喉部上部炉体改为圓筒,避免搭桥现象,加工也更体结构(如进风口、排气口、锥部燃烧区等)需要进一加方便, 针对缺点d,在炉体上部加-一个容量为30L步优化设计来提高热效率。的水箱,既降低了排气温度,也可以满足-家3~53气化炉的优化设计口人的日常生活热水需求,进-一步提高热效率。改(1)高效生物质气化炉的缺点变供气流程(见图5),把供氧管路和供气管路同时接通过实验数据,可明显看到炉体设计中存在以到储气罐中,利用冷空气和燃气混合,降低混合气下缺点: a炉内温度分布不均匀导致气化效率不高;体温度,使焦油能够充分冷凝I0,针对缺点e,在b.燃烧喉部尺寸过小,导致原料燃烧过程中,氧化还喉部内侧加一保温层,减少热量交换,提高热利用率。原反应区远远超过燃烧喉部, c.燃烧喉部以上仍然他火焰采用锥簡,由力学知识可知锥简不利于塌料,导致产生搭桥现象,d.排气温度过高,导致大量焦油挥发,而焦油在储气罐中不能完全凝结,使储气罐到灶头的管路中出现堵塞现象; e.炉体喉部温度过高,容易烫伤。(2)生物质气化炉的优化设计针对缺点a,改进了进风口(见图3),让风机打图5优化后的流程入的空气先进行环流分布和预热后再进入炉体内,.通过反复试验测试,气化炉的技术指标见表2。由于气化炉采用保温及余热回收装置,热效率可达到40%以上。表2气化炉的技术指标气化强度(kg/m2●h)200气化效率(%),75~85中国煤化工50001HCN MH 300-20007~10(转下页)團3优化后的进风位置分布围❷SOLAR ENERGY 2/2008甲醇重整制氢在燃料电池中的应用大连理工大学化工学院■任素贞 刁红敏宋志玉摘要:分别分析了甲醇重整制氢中的蒸气重整、氧化重整和自热重整技术的特点,介绍了近年来甲醇重整制氢在燃料电池中的应用现状及存在的主要问题。关键词:甲醇;重整制氢;燃料电池氢源.燃料电池可以高效、环境友好地将储存在燃料在涉及氢气储存时,净能量密度比H2在复合物和中的化学能温和地转化为电能,氢是燃料电池的最金属氢化物贮罐中高得多; (3)重整制氢反应温度、佳燃料,目前发达国家中与汽车、能源相关的大公反应压力低; (4)产物中CO含量低; (5)制氢反应无司都在加速进行燃料电池的开发。要实现质子交换NO,、so, 等排放物: (6)对现有燃料添加站的改变膜燃料电池(PEMFC)的商业化,需要解决氢源问题小2。和降低成本。由于目前氢气储存、输送、分配及加注等环节尚存在诸多技术难点,因此无法满足各种‘一 重 整制氢技术规模的燃料电池对分散氢源的需求。而醇类、烃类目前使用的重整技术主要有蒸气重整(SM)、部等富氢燃料通过重整的方式移动或现场制氢为燃料分氧化重整(POR)和自热重整(ATR)等。不同的重整电池提供氢源,具有能量密度大、能量转换效率高、技术在结构、效率和对燃料的适应性等方面有不同容易运输和携带等特点,在经济性和安全性方面也的特点,并在不同的使用条件下发挥出它们各自的具有优势,是近期乃至中期最现实的燃料电池氢源优势,蒸气重整是目前使用最广泛的制氢方式。载体之一”。.1蒸气重整在现有的液体燃料中,甲醇作为车载制氢原料蒸气重整法制取的混合气中氢气含量高,是目具有以下优点: (1)价廉易得,可以由天然气和其他前最常用的- -种重整制氢方式。蒸气重整法是将甲化石燃料高效率地转化得到; (2)能量密度高,尤其醇燃料与水蒸气混合后进入重整器,在适当温度和(接上页)[3]陈冠益,高文学,颜蓓蓓等.生物质气化技术研究现状与发展[D.五结束语煤气与热力.2006,26(7) 20- 26. .生物质气化炉以木屑、秸秆、稻草等农业废弃[4]张瑞芹.生物质術生的燃料和化学物质,郑州:郑州大学出版社,2004,9:92 - 96.物代替煤、电、气等常规能源,就地取材,操作简[5]郑艺华,孙文策阴燃气化的实验研究及其生成气体的可利用分单,方便实用。优化后的多功能生物质气化炉结构析新能20022();15- 16.合理,克服了同类产品的缺点。多功能生物质气化[61吕俊复,汪安琪焦油主要组份的热裂解[J.公用科技,1996,12(4):炉具有经济性好、污染小等优点,解决了农村直接11- 14.[7]Gross R,Leach M,Bauen A.Progress in renewable enery[J].Envi-燃烧带来的环境污染问题17.8,因此在广大农村地区ronment Intermational,2003,29(1):105 - 122.推广使用有很大现实意义和巨大的市场前景。[8]曹国良,张小曳,王丹等中国大陆生物质燃烧排放的污染物清单[J].中国环境科学20525():389 - 393.大田鹏参考文献中国煤化工;院谴程装备与控制工程[1]袁振宏,吴创之马隆龙生物质利用原理与技术北京:化学工业MHCNMHG.陈俊龙、出来物多出版社2004.11:171- 174. .[2]马隆龙,吴创之,孙立生物质气化北京:化学工业出版社.2003.赛方。专明解.专臻.陈鹏.30SOLAR ENERGY 208

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