多体式秸秆生物质气化炉的设计

2017年3月.农机化研究第3期多体式秸秆生物质气化炉的设计鲍振博'，刘长安，解光传，彭锦星'，靳登超'.，刘玉乐'(1.天津农学院工程技术学院，天津300384; 2.天津市创辉津控科技发展有限公司，天津300392 )摘要:生物质能是一种清洁、可再生的能源，秸秆生物质能的开发、应用具有广阔前景,而气化燃烧是秸秆生物质能利用的一种形式。针对小型家用生物质气化炉在使用中存在气化气中焦油、灰分含量多,物料连续添加工艺复杂,而物料间断供给使用不便等问题,提出一种多体式秸秆生物质气化炉的设计。通过3个气化燃烧炉体且内炉体可拆卸,空气气化剂预热、均布供给，焦油及灰尘杂质二级净化处置等结构设计,可使得生物质物料装填工况满足家用炊事需求、保证气化反应工艺要求、有效去除气化气中焦油及灰尘杂质。多体式秸秆生物质气化炉的使用推广,可实现对秸秆生物质能源有效利用,也有助于解决秸秆生物质资源浪费及污染问题。关键词:秸秆生物质;气化炉;多体式;气化燃烧;焦油净化.中图分类号: TK64 .文献标识码: A文章编号: 1003-188X(2017)03-0253-05物质作为可再生的清洁能源,具有低污染性:一方面0引言秸秆生物质的硫、氮含量低,在利用转化过程中可以能源问题关系着人类社会的生存与发展,随着世减少硫化物、氮化物和粉尘等排放;此外,在秸秆生物界经济快速发展和交通工具数量的剧增,石油、煤、天质再生过程中需要吸收CO2气体,可有效地减轻温室然气等能源急剧消耗,由此引发的能源紧缺及生态环效应;光合作用能释放出大量氧气,还可改善生态环境破坏,已成为世界关注的热点。开发和利用可再生境[2-3]。针对产量巨大的可再生、绿色清洁的秸秆生的清洁能源,减少对石化能源的依赖和消耗,减少温物质资源,国内外科研工作者开展了多种秸秆生物质室气体排放,已成为缓解能源危机、解决环境污染问利用技术。题的共识。生物质能是绿色植物经光合作用将太阳生物质气化燃烧是秸秆生物质能清洁利用的一.种能转化储藏在生物质内的化学能,是--种既清洁又可形式之一。生物质气化是以空气、水蒸气、氧气、富氧再生的能源，是继石油、煤、天然气之后的第4大能空气等作为气化介质(.又称气化剂) ,在高温条件下通源。生物质是直接或间接利用绿色植物光合作用形过热化学反应,将生物质燃料转化为气态产物的过成的有机物质,具有储量丰富、来源普遍及可再生等程。生物质气化过程是热解、氧化、还原等许多反应特点,陆地每年生产1000亿t多生物质,海洋每年生的组合,该过程可概括为:生物质燃料遇热后首先发产500亿t。对生物质能源的开发和利用是解决生态生热解,然后热解产物和木炭进行燃烧,最后燃烧产环境问题和实现可持续发展的战略选择,已经日益引物被碳还原，生成以CO、H2、CH为主要可燃成分的气起世界各国的重视[1-3]。化气体。气化气体不仅可以直接作为燃料进行燃烧，还可以进行燃烧发电等[4-51)。1秸秆生 物质气化燃烧的形式秸秆生物质属于农业废弃物,是生物质的重要组2秸秆生物质气化燃烧技术中存在的问题成部分。我国秸秆生物质数量大,每年产量约为7亿生物质气化技术的应用主要包括两大形式:大型t,除一-部分作为畜牧饲料、肥料还田造纸原料等,大管网输气式生物质气化站和小型家用生物质气化炉。约有4亿t秸秆可以作为生物质能源使用。秸秆生大型管网输气式生物质气化站是以一个村镇为供气区域建产世气计与化护立的气化气首先存储在储中国煤化工收稿日期: 2016-02-22气柜中MHCNMHG最终用户。目前，我国基金项目:天津农学院实验教学示范中心教学改革项目( 2015SY020) ;管网输式土物质(化珀干化炉主要采取上吸式、天津市大学生创新创业训练计划项目(201510061 100)作者简介:鲍振博( 1971-),内蒙赤峰人，副教授, ( E- mai) bazhenbo下吸式固定床形式，技术已逐渐成熟。但在推广应用@ tjau. edu. cn。过程中依然存在以下问题:生物质气化气中焦油含量2017年3月.农机化研究第3期过高,易造成输气管道或灶具堵塞,影响气化系统的气口 依次联接成为一体。每一单独的气化燃烧炉包正常运行;系统较为庞大，造价较高,使得一般经济相括炉体、点火装置、空气气化剂供应系统、气化气输送对落后的村庄难以接受;一些气化机组使用中没有达系统及气化气净化系统等。炉体由气化炉上盖板、气到设计中使用用户数量,存在“大马拉小车”的问题;化炉外炉体、气化炉内炉体、气化炉下底板、气化炉内气化机组运行不稳定,不能保证稳定的气化气质量。炉体环形固定板、气化炉外炉体支撑块及气化炉内炉以上问题在一-定程度上影响了集中供气技术的商业体支撑块组成。点火装置由气化炉点火口固定板、气化推广和应用,也间接推进了小型家用生物质气化炉化炉点火口挡块和气化炉点火口组成。空气气化剂的研发及推广使用。小型家用生物质气化炉以家庭供应系统包括底部和侧部供应系统:底部供应系统包为使用单位,采用小型气化炉设备对生物质进行气化括气化炉底部进气口挡板、气化炉底部进气口及十字燃烧使用,常用的气化炉结构形式主要有上吸式、下槽盘头螺钉;侧部供应系统包括气化炉侧部进气口挡吸式固定床两种形式。小型家用生物质气化炉具有板、气化炉侧部进气口、十字槽盘头螺钉;经过气化炉结构简单、管路短、操作维护便捷及耗资少等优点,适底部进气口、 侧部进气口进人的空气气化剂,通过气宜广大农村居住分散且经济相对落后的现实条件。化炉内炉体均匀分布的壁孔进人到气化燃烧炉体中。但是,小型家用生物质气化炉在使用中存在以下问气化气输送系统包括向外输出和气化气内部循环两题:气化气中焦油、灰分含量过多;物料连续添加的工部分,气化气向外输出部分包括封口管螺母、气化炉艺复杂,而物料间断供给使用不便;气化炉原料适应上导气口及气化炉上固定套筒;气化气内部循环部分性差,气化炉产气不稳定。上述问题一 定程度 上影响包括气化炉侧部固定套筒、气化炉侧部上导气口、三小型家用生物质气化炉的使用推广[6-8],通管接头、短连接管、直角管接头、焦油及灰尘杂质回3多体式秸秆生物质气化炉总体结构设计收器(1)、长连接管、焦油及灰尘杂质回收器(2)、气化炉侧部下导气口等。气化气净化系统主要是由气化改进气化炉的结构,降低气化气中焦油及灰尘杂气内部循环组成部分构成,其中焦油及灰尘杂质回收质,维护气化过程稳定运行,提高生物质能气化系统器(1)与焦油及灰尘杂质回收器(2)初步完成对气化的热转化效率,获得洁净、高热值的气化气,有利于小气中冷凝的焦油及灰尘杂质的收集。此外,气化气中型家用生物质气化炉在农村的推广使用。图1 ~图6的焦油及灰尘杂质通过炉体中的生物质原料的截留是一种多体式生物质气化炉示意图。该多体式生物得以进一步收集,截留的焦油在生物质原料进行气化质气化炉由3个气化燃烧炉体构成,3个气化燃烧炉燃 烧过程中再次热解。体彼此通过气化炉侧部上导气口和气化炉侧部下导、,D2号炉1号炉3号炉中国煤化工MYHCNMHG图1多体式生 物质气化炉的总体结构示意图Fig. 1 The overall structure of multi-body straw biomass gasifier2017年3月.农机化研究第3期6171819门壁孔|2i22↑10/7Ep↑11314123 241.封口管螺母2. 气化炉上导气口3. 气化炉上固定套筒4. 气化炉上盖板5. 气化炉外炉体6. 气化炉内炉体7. 气化炉点火口固定板8.气化炉点火口挡块9. 气化炉点火口10. 气化炉下底板11. 气化炉内炉体环形固定板12. 气化炉外炉体支撑块13. 气化炉底部进气口挡板14.气化炉底部进气口15. 十字槽盘头螺钉-H型M5x14 16. 气化炉侧部固定套筒17. 气化炉侧部上导气口18. 三通管接头19. 短连接管20.直角管接头21. 焦油及灰尘杂质回收器(1) 22. 长连接管23. 焦油及灰尘杂质回收器(2) 24.气化炉侧部下导气口图2多 体式生物质气化炉的总体结构A-A剖视示意图Fig.2 The overall structure A-A cross - sectional view of multi-body strawr biomass gasifierB-B旋转_I_I_↑1“图3多体式生 物质气化炉的总体结构B- B剖视示意图Fig.3 The overall structure B- B cross - sectional view of muli-body straw biomass gasifier多体式秸秆生物质气化炉的工作过程:将气化炉炉侧部进气口的相对位置来调整控制空气气化剂的上盖板移开,将生物质物料装填在气化炉内炉体中，流量。进人到气化炉外炉体与气化炉内炉体之间夹气化炉内炉体在气化炉外炉体中位置的限定通过气层的空气气化剂通过气化怕内炉体上的壁孔，均匀中国煤化工化炉内炉体环形固定板实现,将气化炉上盖板放置进入到点火装置中的气化炉好。通过底部和侧部供应系统,将空气气化剂通人气点火口:YHC NM H G)中的生物质点燃，调化炉外炉体中,通过转动调整底部进气口挡板与气化整气化炉点火口挡块与气化炉点火口固定板的相对炉底部进气口的相对位置及侧部进气口挡板与气化位置,可以关闭或调整通过点火口进入气化炉的空气2017年3月.农机化研究第3期气化剂的流量大小。生物质在缺氧条件下,在一个气C-C旋转.化炉(如1号炉)中气化燃烧产生包括H2、CO CH、C。H等可燃气体,通过气化气内部循环部分的通道,即包括气化炉侧部固定套筒、气化炉侧部上导气口、三通管接头。短连接管、直角管接头、焦油及灰尘杂质回收器(1)、长连接管、焦油,以及灰尘杂质回收器(2)、 气化炉侧部下导气口等进入下一个气化炉(如2号炉)中;通过气化气向外输出部分的气化炉上导气口进行收集或直接输送至灶具进行燃烧使用。在气化可燃气体进行内部循环输送过程中，通过焦油及灰尘杂质回收器(1)和焦油及灰尘杂质回收器(2)对气化气中的焦油及灰尘等杂质进行收集;气化气通过气化炉(2号炉).上导气口进行外部输送过程中,炉体中的生物质原料对气化气中的焦油及灰尘杂质进行截1.气化炉侧部进气口挡板2. 气化炉侧部进气口留净化,获得较为洁净的气化可燃气体。3.十字槽盘头螺钉-H型M5x12 4. 气化炉内炉体支撑块图4多体式生 物质气化炉的总体结构C-C剖视示意图Fig.4 The overall structure C-C cosectional view ofmuli-body straw biomass gasifierD- D旋转°厂而开一7°图5多 体式生物质气化炉的总体结构D-D剖视示意图Fig.5 The overall structure D- D cross- sectional view of multi-body straw biomass gasifierE-EF-FG-G-田-中国煤化工CNMHG图6多体式生物质气化炉的总体结构E-E 、F-F、C-G剖视示意图Fig.6 The overall structure E- E、F-F and G- _G cross -sectional view of muli-body straw biomagasifier2017年3月.农机化研究第3期4多体式秸秆生物质气化炉关键结构设计接头、短连接管、直角管接头、焦油及灰尘杂质回收器(1)、长连接管、焦油及灰尘杂质回收器(2)及气化炉在家用生物质气化炉的使用过程中，能否便于生侧部下导气口等进人下一一个气化炉中,通过炉体中的物质物料的有效供给,降低气化可燃气体中焦油及灰生物质原料对气化气中的焦油及灰尘杂质进行二级尘杂质的含量,保证及延长气化炉具的使用寿命,提截留净化处理,获得较为洁净的气化可燃气体。洁净高可燃气体的品质,对于家用生物质气化炉的使用及的气化可燃气通过气化炉.上导气口进行收集或直接推广,有重要影响。在多体式秸秆生物质气化炉设计输送至灶具进行燃烧使用;截留的焦油在生物质进行中,综合考虑生物质物料装填工况满足日常家用炊事气化燃烧过程中再次热解。的需求、空气气化剂的有效预热控制供给、气化可燃5结论气体中焦油及灰尘杂质的有效去除等,进行优化设计。秸秆生物质气化技术的开发及应用,不仅有利于1)采用3个气化燃烧炉体,而且内炉体可拆卸，减少化石能源的使用,提升农民生活用能质量,而且生物质物料装填工况能满足家用炊事需求如图1所有利于农村环境改善，符合新农村建设目标。小型家示:正常情况下，1号炉、2号炉、3号炉3个气化炉体用生物质气化炉具有结构简单、操作便捷、维护及运的一次性装填生物质物料可满足家用炊事需求,如首营成本低等特点,可满足农户经济成本承受性较低的先对1号炉的生物质原料进行气化燃烧;接着对2号现实需求,使得农村来源广泛、产量巨大的秸秆生物炉的生物质原料进行气化燃烧。在需求量大的情况质资源获得有效利用。这对于缓解矿物质能源危机、下,对1号炉体的生物质原料进行气化燃烧使用后,温室效应、雾霾恶劣天气等,以及改善农村环境,建设可接着对2号炉体生物质进行气化燃烧使用,此时可现代社会主义新农村具有积极现实意义,可获得经通过移开气化炉上盖板,用装满生物质原料的备用气济、环保的双重效益i9- 10]。化炉内炉体对1号炉内的气化炉内炉体进行更换,完参考文献:成生物质原料的装填。[1]张霞,蔡宗寿,陈颖,等.世界生物质颗粒燃料产业发展2)空气气化剂进行预热、均布供给,保证气化反现状与趋势分析[J].农机化研究,2015 ,37(2):1-5.应工艺要求。如图2、图4所示,每个气化燃烧炉设置[2]李维俊,高鹏.生物质能与可持续发展[J].北方环境,一个气化炉底部进气口、 两个气化炉侧部进气口,从2013 ,25(12):4-7. .进气口进入的空气流量大小可以分别通过转动调节3]鲍昀利,鲍振博,靳登超,等.秸秆生物质平模成型机关键部件的改进设计[J].机械工程师, 2015(8): 149-气化炉底部进气口挡板与气化炉底部进气口、气化炉151.侧部进气口挡板与气化炉侧部进气口的相对位置来[4]臧云浩.生物质气化实验及生物油加氢模拟研究[D].厦实现。从气化炉底部进气口、气化炉侧部进气口进入门:厦门大学,2014.的空气气化剂首先进人到气化炉外炉体与气化炉内[5]郭华,祝涛,王吉平.生物质气化技术的研究进展[J].广体炉的夹层中;生物质气化燃烧中产生的热量透过气州化工,2014 ,42(18):35-37.化炉内炉体的外壁,对夹层中的空气气化剂进行预热[6]陈爱瑞.用高热值燃气生物质气化炉设计及实验研究处置;经预热后的空气气化剂通过气化炉内体炉均匀[D].衡阳:南华大学,2014.分布的壁孔进人气化炉内体炉中,更好参与气化燃烧7]乔文慧,周卫红，韦博,等.生物质气化机理与研究进展[J].科技论坛,2014(12):125-126.反应。3)采取二级净化处置,对气化气中焦油及灰尘杂[8]李斌,陈汉平,杨海平,等.户用型上吸式生物质气化炉的发展与改进[J].农业工程学报, 2011(5) :205-209.质进行有效去除。气化可燃气体中的焦油及灰尘杂[9]陈冠益,夏宗鹏，颜蓓蓓,等.农村生物质气化供热技术.质一方面通过焦油及灰尘杂质回收器(1)和焦油及灰经济性分析[J].可再生能源，2014 ,32(9):1395- 1399.尘杂质回收器(2)进行初级收集处置;另- -方面,气化[10]田仲富,王述洋,李三平.小型生物质气化炉HEGF_2.燃烧产生气化气经过气化气内部循环的通道,即包括中国煤化工比研究,2014.36( 12):243气化炉侧部固定套简、气化炉侧部上导气口、三通管fYHCNMHG(下转第263页)2017年3月.农机化研究第3期[9]~ 弋晓康，吴文福,崔何磊,等.红枣热风干燥特性的单因索试验研究[J].农机化研究,2012 ,34(12) :154-157.Experimental Study of the Hot Air Drying Process of Red JujubeLiu Liguo' ,Zhang Xuejun2 , Sun Jie2 ,Jin Wei2 ,Y an Jinshan2 ,Xin Qianqian'(1 College of Mechanical Engineering and Taffie , Xinjiang Agricultural University, Ur uimnqi 830052, China; 2. Key La-boratory of Xinjiang Agricultural Engineering Equipment Innovation Design Laboratory， Ur uimqi 830052, China)Abstract: The hot air drying process of red jujube mainly depend on long-term experience, lack of systematic study, dr-ying quality needs to be improved. According to the temperature，humidity and wind speed，three main factors that influ-ence on the red jujube drying to design a 3 factors 3 levels orthogonal test. Experiment showed that temperature had the .greatest influence on the drying rate and quality of jujube. The higher the drying temperature, the faster of drying speed,the smaller of the red degree of red jujube' s peel, the smaller lightness of the peel, the more serious of the shrinkage ofred jujube，the more amount of precipitation of red jujube' s sugar. The humidity of hot air have a obvious influence onthe amount of precipitation of red jujube's sugar. The wind speed of hot air have a obvious influence on the lightness ofthe peel of red jujube. Red jujube has a better drying process parameters for: temperature is 55C，humidity is 60% ,wind speed is 0. 25m/s.Key words: red jujube; hot air drying; process ; orthogonal test ; appearance quality(上接第257页)Abstract ID: 1003-188X( 2017)03-0253-EADesign of Multi-body Straw Biomass GasifierBao Zhenbo'，Liu Changan'，Xie Guangchuan2，Peng Jinxing' , Jin Dengchao'，Liu Yule'(1. Engineering and Technology College ，Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384，China; 2. Tianjin CHUI JKTechnology Development Co. ,Ltd. ，Tianjin 300392, China)Abstract: Biomass energy is a kind of clean and renewable energy , the development and application of straw biomass en-ergy has broad prospects, gasification combustion is a form of straw biomass utilzation. For the problems in use of smallhousehold biomass gasifier, such as the more tar and ash in gasification gas，materials continuous addition process com-plexity, and materials intermittent supply inconvenience and so on, the overall structure of multi-body straw biomass gasi-fier has designed. Through the structure designs of three gasification combustion furmaces and removable inner furmace, airgasification agent preheat and uniform supply, and secondary purification disposals of tar and dust impurities, which canmake the biomass material loading conditions meet the needs of home cooking, ensure process requirements of gasificationreaction, and effective removal of tar and dust impurities in gasification gas. The using promotion of multi-body straw bio-mass gasifier can promote the realization of the effective use of straw biomass，while help to solve the problems of straw bi-omass resource waste and pollution.Key words: straw biomass; gasifier; multi-body ; gasification combustion; tar purification中国煤化工MYHCNMHG