小型家用生物质气化炉设计

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1、课程设计报告（2014-2015年度第二学期）名称：新能源热利用与热发电原理与系统课程设计题目：小型家用生物质气化炉设计院系：生化学院班级：新能源1121学号：1121617119学生姓名：许亚程指导教师：洪坤、朱秀芳、何磊、高晓燕设计周数：第18周成绩：提交日期：2015年7月3日一．课程设计目的与要求1.设计目的通过小型生物质气化炉设计练习，掌握气化炉的选型、参数设计的原理和方法。2.设计任务设计一个小型家用生物质气化炉，如右图。主要技术指标如下：(1)点火起动时间：<3min；(2)气化炉运行稳定

2、，一次加料后持续稳定燃烧时间：≥3.5h；(3)气化效率：≥75％；(4)热效率：≥90％；(5)燃气热值：>6000kJ/N；(6)产气量：≥1.5/kg，可供农户一天的炊事使用；(7)封火时间:≥12h。3.设计要求独立撰写设计报告，正文不少于5000字。二.设计内容1.各种炉型结构及特点——选型（1）固定床①上吸式气化炉优点是：燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉子热效率大大提高；热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，所以出炉的燃气中

3、只含有少量灰分；结构简单，加工制造容易，炉内阻力小。缺点是：1.原料中水分不能参加反应，减少了燃气中H和碳氢化合物的含量，气体与固体逆向流动时，物料中的水分随产品气体带出炉外，降低了气体的实际热值，增加了排烟热损失；2.热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低温度的气流相遇，原料在低温(250～400℃)下进行热分解，导致焦油含量高。优点是：气化强度较上吸式高；工作稳定性好；可随时开盖添料；由于氧化区在热解区与还原区之间，因而干馏和热解的产物都要经过氧化区，在高温下裂解成H2和CO等永

4、久性小分子气体，使气化气中焦油含量大大减少。缺点是：由于炉内的气体流向是自上而下的，而热气流的方向是自下而上的，致使引风机从炉栅下抽出可燃气要耗费较大的功率；出炉的可燃气中含有的灰分较多；出炉的可燃气的温度较高，须用水进行冷却。③横（平）吸式气化炉生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部的灰室。气化剂由侧面进入，产出的气体也由侧面流出，气流横向通过气化区，在氧化区、还原区进行的热化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧区温度甚至会超过灰熔点，容易造成结渣。因此，该炉适用于含灰分少的原料，一般用

5、作焦炭和木炭气化。（2）流化床气化炉流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材料沙子，在吹入气化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高。气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭不断循环回反应炉内。使炭有足够的时间在床内停留，以适应还原反应速度慢的需要。适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质物料。主要缺点产气中灰分需要很好地净化处理和部件磨损严重。气化当量比所提供的空气中的氧与物料完全燃烧所需氧的当量比只有在当

6、量比为0.25～0.3时,即气化反应所需氧仅为完全燃烧耗氧量的25％-30％，产出气成分较理想。当生物质物料中水分较大或挥发分较小时应取上限，反之取下限。小型家用气化炉设计计算案例(1)点火起动时间：<4min；(2)气化炉运行稳定，一次加料后持续稳定燃烧时间：≥4.5h；(3)气化效率：≥80％；(4)热效率：≥95％；(5)燃气热值：>6500kJ/N(6)产气量：≥2.5/kg，可供农户一天的炊事使用；(7)封火时间:≥14h2.设计计算1.配风设计2.风道3.保温层4.顶部加料口的密封3.气化原

7、料的考虑原料品种燃气成分 %低位热值 （标准状态下）kJ/m3COH2CH4CO2O2N2玉米秸21.412.21.8713.01.6549.885328玉米芯22.512.32.3212.51.448.985033麦秸17.68.51.3614.01.756.843663棉秸22.711.51.9211.61.550.785585稻壳19.15.54.37.53.060.54594薪柴20.012.02.011.00.254.54728同一炉膛结构使用不同的物料所产生的生物质燃气也会有较大的变化。使用

8、中的生物质燃气平均值进行设计计算。4.气化炉主要气化参数的设计计算(1)初步拟定原料消耗量和气化强度比如，一个四口之家每天用气量大约在9～11m3，用气时间4h左右，消耗生物质原料11～13kg，因此，初步设计该户用型上吸式气化炉消耗的原料量C0=3.4kg/h；初步确定气化强度为=80kg/(h)(2)确定气化气体的量生物质原料完全燃烧所需的空气量：V=(1.866[C]+5.55[H]-O.7[O])式中：V—原料完全燃烧所需的理论空气