户用型上吸式生物质气化炉的结构设计.doc

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1、户用型上吸式生物质气化炉的结构设计拟达到的主要技术指标(1)点火起动时间：<3min；(2)气化炉运行稳定，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:≥12h1上吸式气化炉的总体结构（1）气化剂在气化炉的下部(氧化层附近)夹层中预热，通过数个开在炉芯上的小孔送入炉膛，在炉膛中供氧燃烧，进入炉膛参与气化反应，可以大大提高气化炉的反应温度和气化效率。（2）炉底配风设计经过气化炉气化出来的是燃气，直接送

2、入灶头燃烧的话属于扩散火焰，部分可燃气成分可能会由于混入空气不足而逸出灶头后与周边的氧气再发生燃烧反应，火苗将会大而不稳，因此需要配入空气成为预混火焰后再燃烧，这样可以达到较好的燃烧效果。因此，我们在气化炉氧化区域的外筒和筒之间设有风道，风道的一端是进风口，与换风扇相连，送入空气；另一端是配风口，用后面接有的阀门控制配风量；风道的周围均匀分布送风口。送入的空气在风道中流动，可以利用氧化区的热量预热自身的温度，空气一部分通过喷嘴进入气化炉进行气化反应，另一部分通过配风口与出口的燃气预混送入灶头燃烧。（3）加料口密封装置设计本文设计的燃烧室上方开有密

3、封水槽，用于保证封火时炉子的密封性能良好。采用的水封炉盖有水槽和炉盖两部分组成，水槽缘高于外缘，以避免在加水时溅入炉，或者在使用过程中高温水沿缘流入炉，不能达到较好的密封效果。另外，这种水密封结构有利于保证气化炉工作的连续性，不用揭开炉盖即可往密封水槽加水。（4）本文设计的气化炉所用的是生物质压缩成型原料，其密度、强度和低位热值能都有了本质的改善，大大提高了生物质的燃料品位。高密度节省了原料所占用的空间，使气化炉的结构尺寸得到很大程度的缩减，节省了空间，高热值提高了生物质原料的利用率。（5）气化炉部是气化各层的反应区，外层是保温层，炉顶为进料口，

4、炉底设有除灰口。保温层由珍珠岩加耐火水泥等保温材料填充，这样在保证反应区温度的同时，又可以降低气化炉外壁的温度，保证使用安全，减少热量的散失，并延长封火时间。2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根据生物质气化系统的市场调研和相关文献与经验，农户一个四口之家每天用气量大约在8～10，用气时间4h左右，消耗生物质原料10～12kg，因此，初步设计该户用型上吸式气化炉消耗的原料量C0=2.4kg/h；初步确定气化强度为=70kg/(h)(2)气化空气量的确定①原料完全燃烧所需的空气量V(/kg)生物质原料一般含有碳、氢、氧、

5、氮、硫等元素，由于氮和硫的含量非常低，所以本研究中不考虑氮、硫与氧的燃烧反应，只考虑碳、氢与氧的燃烧反应。碳完全燃烧的反应：C+O2＝CO2(4-1)12kg22.4lkg碳完全燃烧需要1．866N氧气。氢燃烧的反应：4H+O2＝2H20(4-2)4.032kg22.4lkg氢燃烧需要5.55N氧气。原料中已经含有氧[O]，相当于1kg原料已经供给[O]×22.4/32=0.7[O]N氧气，氧气占空气的2l％，所以生物质原料完全燃烧所需的空气量：=(1.866[C]+5.55[H]-O.7[O])(4-3)式中：V—原料完全燃烧所需的理论空气量，

6、/kg；[C]—原料中碳元素含量；[H]—原料中氢元素含量；[0]—原料中氧元素含量。如玉米秸所含主要元素含量为：[C]=45.43％[H]=6.15％[O]=47.14％[N]=0.78％玉米秸完全燃烧所需的空气量为：=(1.866[C]+5.55[H]-O.7[0])=(1.866×45.43％+5.55×6.15％-O.7×47.14％)=4.0908(/kg)②实际需要通入的空气量(/kg)为理论上的玉米秸秆完全燃烧所需的空气量，考虑到实际过程中的空气泄漏或供给不足等因素，加入过量空气系数，取=1.2，保证分配的二次通风使气化气得到完全燃

7、烧。因此，实际需要通入的空气量：=（4-4）=1.2×4.0908=4.909(/kg)③原料气化所需的空气量(/kg)生物质物料与空气在气化炉中发生复杂的热化学反应，从热动力学角度分析，空气量对于产出气成分的影响可以从图4-2中看出。图中的曲线为生物质气化时空气的当量比与产出气成分之间的关系曲线，图中横坐标值为所提供的空气中的氧与物料完全燃烧所需氧的当量比。从图中曲线可以看出，当量比为0时，没有氧气输入，直接加热物料的反应属于热解反应，虽然也可以图4-2燃气成分与空气量的关系曲线产生H2，CO，CH4等可燃成分，但产出气中焦油含量很高，并且约占

8、物料质量30％的焦炭不能同时转变为可燃气体；当量比为1时，物料与氧气发生完全燃烧反应，不能产生可燃气；只有在当量比为0.25～0.3时,