上吸式生物质气化炉的设计与试验

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1、第27卷第7期农业工程学报Vol.27No.72702011年7月TransactionsoftheCSAEJul.2011上吸式生物质气化炉的设计与试验※李斌，陈汉平，杨海平，王贤华，张世红（华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉430074）摘要：为指导和改良小型生物质气化炉的设计及运行，介绍了上吸式气化炉的设计步骤，并对其结构进行了优化设计，制作了一台生物质气化炉，且以木屑为原料考察了入炉空气量对炉内温度、产气成分和热值等的影响。结果表明：入炉空气量是上吸式气化炉运行的关键参数，直接影响炉内温度和反应工

2、况。随着入炉空气量的增加，气化炉内温度大幅上3升，气体产量急剧增加，可燃气含量则是先增加后降低，入炉空气量在1.9m/h附近为最佳，此时，产气热值达到最大32值4.38MJ/m，氧化区温度为960℃，气化强度为57.8kg/(m·h)，能很好满足用户需求。关键词：生物质，气体燃料，设计，气化炉，入炉空气量，产气成分，上吸式doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.07.047中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-07-0270-04李斌，陈汉平，杨

3、海平，等.上吸式生物质气化炉的设计与试验[J].农业工程学报，2011，27(7)：270－273.LiBin,ChenHanping,YangHaiping,etal.Designandexperimentonupdraftbiomassgasifier[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(7):270－273.(inChinesewithEnglishabstract)0引言表1气化原料的基本分析结果Table1Physicalandchemicalpropertiesof

4、thegaisification小型上吸式生物质气化炉具有结构简单、使用灵活、material(asreceived)操作方便和成本低等特点，可方便利用农村地区丰富的工业分析(质量分数)/%元素分析(质量分数)/%低位热值/堆密度ρ/-1-3生物质资源生产高品位的可燃气，特别适合于农村和集水分挥发分灰分固定碳CHNSO(MJ·kg)(kg·m)[1-4]镇居民以及小型餐饮业的使用。然而，目前市面上流5.8371.077.0316.0745.376.960.290.5134.0116.46110[4-6]通的各

5、种气化炉产品还存在较多的问题，国内外针对[7-10]小型上吸式气化炉的研究报道也不多，在气化炉的设1）气化炉输出功率Qn（W）[11-13]计、结构改进等方面仍缺乏详细地指导。因此，本所设计出的上吸式气化炉要求能满足农村炊事用能文在气化炉关键参数设计计算的基础上，结合气化炉结的需求，也即其输出功率≥农村炊事单位时间耗能。以构方面的考虑，设计了一台上吸式气化炉，并采用木屑气化炉产气在15min内能烧开一壶水（即5kg水由20为原料，考察了入炉空气量对气化炉运行特性的影响。℃升至100℃，比热容C为4.2kJ/(

6、kg·℃)）为标准衡量气本文的研究结果可为固定床生物质气化炉的设计和调试化炉的性能，可计算出其输出热负荷Qn为Qn=CmT/t=4.2×5×(100-20)÷(15÷60)运行提供借鉴和指导。=6720(kJ/h)=1866.67(W)（1）1上吸式生物质气化炉的设计式中，m为一壶水的质量，kg；T为水的终温与初始温度之差，℃；t为加热时间，h。1.1上吸式气化炉关键参数2）气化炉燃料消耗速率FCR（kg/h）选取木材加工厂废弃物—木屑为气化原料，其基本气化炉的输出热负荷就是气化炉内生物质原料气化分析结果

7、见表1。后产气在灶具上燃烧单位时间所提供的有效热量。气化原料的低位热值（LowHeatingValue(LHV)）为16.46MJ/kg，取气化炉的气化效率ζ≥65%，燃气灶的热效率η为40%，则由能量平衡可计算出气化炉燃料消耗速率收稿日期：2010-10-21修订日期：2010-12-08基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(“973”计划)(2007CB210202)；FCR为国家自然科学基金项目(50806027，50930006)；华中科技大学博士论文创新FCR=Qn/(LHV×ζ×η)=6720÷

8、(16.46×1000×0.65×0.4)基金项目。=1.57（kg/h）（2）作者简介：李斌（1985－），男，博士生，主要从事生物质的热化学转化3）气化炉直径D（m）与利用研究。武汉华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，430074。在已知FCR的情况下，取气化强度（GasificationEmail：libin198520@126.com2※通信作者：陈汉平（1962－），男，教授、博士生导师，主