【正文】 下吸式秸稈氣化爐的畢業(yè)設(shè)計 文獻(xiàn)綜述1 發(fā)展生物質(zhì)氣化技術(shù)的意義 能源是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種意義上，人類社會生產(chǎn)的發(fā)展史，就是人類能源開發(fā)利用史。隨著世界人口的日益增長和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類在經(jīng)歷了以煤為主的第二代能源之后，以石油為主的第三代能源正面臨著枯竭的危險。人類必須尋找到一種可經(jīng)濟(jì)開發(fā)、豐富、清潔的能源。因此，開發(fā)與利用新能源和可再生能源，已經(jīng)成為世界性的能源建設(shè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。目前，世界能源格局是以石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源為主，包括水能風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮堋⒑四?、氫氣能、生物能等能源在?nèi)的多種能源并存的狀況。就煤、石油、天然氣、地?zé)崮?、核能等能源來說，不僅儲量、開發(fā)量有限，而且是不可再生能源。水能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源，雖然理論上是取之不盡，用之不竭的，但可經(jīng)濟(jì)開發(fā)的量并不大。單單依靠這些能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。因此人們預(yù)言能量巨大、分布廣泛、可以再生、污染小的生物質(zhì)能將成為第四代能源的主流能源。生物質(zhì)氣化技術(shù)主要是以低質(zhì)生物質(zhì)為原料的氣化技術(shù)，使低質(zhì)生物質(zhì)完成從固態(tài)到可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化。低質(zhì)生物質(zhì)是以農(nóng)作物秸稈為主，還可以使用玉米芯、木屑、柴草等。由于低質(zhì)生物質(zhì)的可再生性，因此，這項資源所產(chǎn)生的能源，稱之為可再生能源。生物質(zhì)氣化技術(shù)的用途與城市管道煤氣相同，燃燒穩(wěn)定、熱效率高、適用于炊事、取暖、鍋爐等。該技術(shù)在農(nóng)村的應(yīng)用前途極其廣闊，實現(xiàn)了“一人燒火，全村用氣”的要求。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈約7億噸，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧外，其余的大部分以直接燃燒的方式將其浪費(fèi)，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。所以，合理有效的利用這項資源，是一件利國利民的大事。,充分利用這項資源會產(chǎn)生很大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,主要表現(xiàn)在可以節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境,從而改變了農(nóng)村傳統(tǒng)的炊事方式，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2 生物質(zhì)氣化技術(shù)利用現(xiàn)狀及發(fā)展前景生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù)，通過氣化爐將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為使用方便而且清潔的可燃?xì)怏w，用作燃料或生產(chǎn)動力。生物質(zhì)氣化技術(shù)，就是生物原料在缺氧狀態(tài)下加熱反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換過程。生物質(zhì)是由碳、氫等元素和灰分組成，當(dāng)它們被點(diǎn)燃時，只供應(yīng)少量空氣，并且采取措施控制其反應(yīng)過程，使碳、氫元素變成一氧化碳、氫氣、甲烷等可烯氣體，秸稈中大部分能量都轉(zhuǎn)移到氣體中，這就是氣化過程。去除可燃?xì)怏w中的灰分、焦油等雜質(zhì)，通過供氣系統(tǒng)將其送入農(nóng)戶家中，使用時打開閥門，點(diǎn)燃燃?xì)庠罹撸涂梢詿鲲埩?。生物質(zhì)秸稈氣化技術(shù)是90年代初期在我國發(fā)展起來的，但由于其具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。在短短的十年內(nèi)得到了相當(dāng)大的發(fā)展，目前我國已經(jīng)成功開發(fā)了一些將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w的技術(shù)。建立了380余處秸稈氣化集中供氣示范點(diǎn)，主要集中在山東、河南、江蘇、河北、山西、北京、陜西。[1] 近年來由于各級政府的大力支持，以固定下吸式氣化爐為代表的秸稈氣化技術(shù)已在農(nóng)村地區(qū)得到推廣應(yīng)用，取得了良好的社會效益。我國是個農(nóng)業(yè)大國，有豐富的農(nóng)業(yè)廢棄資源，但是其利用率卻很低，且因不正當(dāng)處置如焚燒而污染環(huán)境，隨著我國生物質(zhì)能氣化技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用前景越來越廣闊，特別是在氣化發(fā)電和集中供氣方面。目前國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)了一些將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)獾募夹g(shù)，采用固定床氣化的，其所產(chǎn)氣體的熱值則可獲得4—5MJ/m3，采用循環(huán)流化床氣化的，其所產(chǎn)生的氣體的熱值則可獲得7MJ/m3左右，而且中熱值氣化技術(shù)的實驗研究在國內(nèi)也已取得了較好效果，如廣州能源研究所采用的氧氣氣化技術(shù)，其氣體熱值在10MJ—12MJ/m3之間。[4]在我國，由于火力發(fā)電污染大，農(nóng)村地區(qū)缺電嚴(yán)重，特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)，生物質(zhì)氣化發(fā)電正是解決這一難題的最好方法。利用生物質(zhì)氣化發(fā)電既可以生產(chǎn)電能，同時也使農(nóng)村廢棄物得到了有效處理，因而不但有良好的社會效益，也減少了處理這些廢棄物時造成的環(huán)境污染。 3 生物質(zhì)秸稈氣化系統(tǒng)及設(shè)備 秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)介紹秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)基本模式為：以自然村為單元，系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)十戶至上千戶，系統(tǒng)由三部分組成：秸稈的氣化機(jī)組，燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)和用戶燃?xì)庀到y(tǒng)。（工藝系統(tǒng)圖如下頁所示）鍘成小段的秸稈送入氣化器中經(jīng)過熱解氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)換成為可燃?xì)怏w，在凈化器中除去燃?xì)庵泻械幕覊m和焦油等雜質(zhì)，由風(fēng)機(jī)送至氣柜中。氣化器、燃?xì)鈨艋骱惋L(fēng)機(jī)組成了秸稈氣化機(jī)組。氣柜的作用是儲存一定量的燃?xì)庖云胶庀到y(tǒng)燃?xì)庳?fù)荷的波動，并提供一個始終恒定的壓力保證用戶燃?xì)庠罹叩姆€(wěn)定燃燒。離開氣柜的燃?xì)馔ㄟ^敷設(shè)在地下圖1 系統(tǒng)工藝流程圖1 螺旋輸送機(jī)； 2 氣化爐 3 旋風(fēng)分離器 4 噴淋凈化器 5 氣水分離器 6過濾器 7鼓風(fēng)機(jī) 8 水封 9 灶具 10 儲氣柜的塑料管網(wǎng)分配到系統(tǒng)中的每一用戶。用戶打開燃?xì)庥镁叩拈y門，就可以方便地使用燃?xì)?。系統(tǒng)中包括原料處理（鍘草機(jī)）、上料裝置、氣化機(jī)組、風(fēng)機(jī)、氣柜、安全裝置、管網(wǎng)和灶具等設(shè)備。生物質(zhì)燃?xì)獾娜紵栌脤Ｓ玫脑罹摺＝?jīng)過氣化，每公斤秸稈能產(chǎn)約2m3可燃?xì)?，一?口之家每天需燃?xì)饧s5—6立方米。氣化爐是秸稈氣化的主要設(shè)備，氣化爐除由于原料不同而氣化產(chǎn)物有差異外，氣化時所吹入的氣體（空氣、氧氣或水蒸氣）的不同，所以產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的成分也不同。以空氣和水蒸氣同時鼓風(fēng)而得到的混合氣體應(yīng)用最廣，故一般所謂氣化爐煤氣即指混合煤氣而言。氣化爐氣化過程的水蒸氣由燃料中所含的水分產(chǎn)生。在大型固定式氣化爐中，蒸汽還靠預(yù)熱的空氣帶入；在小型氣化爐，為了使結(jié)構(gòu)簡單，水蒸氣的加入則是用滴水器來完成。目前所用的氣化爐有上吸式氣化爐，下吸式氣化爐和流化床式氣化爐物料自爐頂加料口投入爐內(nèi)，氣化劑由爐底部進(jìn)氣口進(jìn)入爐內(nèi)參加反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣化氣至下而上流動，由可燃?xì)獬隹谂懦?。上吸式氣化爐工作過程及優(yōu)缺點(diǎn) 這種氣化爐有三種優(yōu)點(diǎn):一是熱解層和干燥劑用了還原反應(yīng)后氣體的余熱，出口燃?xì)獾臏囟鹊停瑲饣癄t最下層是氧化層，這里有充足的空氣供燃?xì)馑?底部的木炭可以得到充分燃燒，故氣化率較高；二是可燃?xì)庵泻瑹嶂递^高的熱解產(chǎn)物，因此燃?xì)鉄嶂递^高；三是爐排受進(jìn)風(fēng)的冷卻，工作性能比較可靠。其缺點(diǎn)是：由于爐內(nèi)的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風(fēng)機(jī)從爐柵下抽出可燃?xì)庖馁M(fèi)較大的功率，出爐的燃?xì)庵泻休^多的灰分，出爐的可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水對其進(jìn)行冷卻。（其工作原理如下圖所示）圖2 上吸式氣化爐工作原理圖生物質(zhì)原料由爐頂加料口投入料爐內(nèi)，作為氣化劑的空氣也由進(jìn)料口進(jìn)入爐內(nèi)。爐內(nèi)的物料自上而下分為干燥層、熱分解層、氧化層、還原層。煤氣從還原層排出。下吸式氣化爐優(yōu)缺點(diǎn)下吸式氣化爐的熱解產(chǎn)物通過熾熱的氧化層，還原層而得到充分的裂解，因此焦油含量比上吸式低得多，這是下吸式氣化爐最大優(yōu)點(diǎn)，所以下吸式氣化爐在需要使用潔凈燃?xì)獾膱龊系玫搅藦V泛的應(yīng)用；它的另一優(yōu)點(diǎn)是它的加料端與空氣接觸,當(dāng)爐膛內(nèi)為負(fù)壓工況時，加料端不需要嚴(yán)格的密封，使得運(yùn)行中連續(xù)進(jìn)料成為可能，也可以進(jìn)行撥火操作。其缺點(diǎn)是：由于爐內(nèi)的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風(fēng)機(jī)從爐柵下抽出可燃?xì)庖馁M(fèi)較大的功率，出爐的燃?xì)庵泻休^多的灰分，出爐的可燃?xì)獾臏囟容^高，須用水對其進(jìn)行冷卻。（其工作原理如下圖所）圖3 下吸式氣化爐工作原理圖（見上頁） 流化床氣化爐流化床氣化爐結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備投資較多。流化床氣化爐的物料是具有一定粒度的固體燃料，當(dāng)通過燃料顆粒之間的氣流速度達(dá)到某一值時，微細(xì)顆粒之間會產(chǎn)生分離現(xiàn)象，少量顆粒在小的范圍內(nèi)振動或游動，燃料層由靜止向流動轉(zhuǎn)化。繼續(xù)提高氣流速度，全部微細(xì)顆粒被吹起而懸浮于氣流之中，但不被吹出。此時即為“流化床”狀態(tài)，氣化介質(zhì)和顆粒料充分混合，具有流體的性質(zhì) 。（其工作原理如下圖所示）圖4 流化床工作原理圖4 生物質(zhì)可燃?xì)獾膬艋? 氣化氣中雜質(zhì)的組成、危害及去除方法生物質(zhì)氣化燃?xì)庵泻懈鞣N各樣的雜質(zhì)，主要成分及危害如下表所示 表1 氣化燃?xì)庵须s質(zhì)的組成及危害雜質(zhì)成分典型成分可能引起的問題凈化辦法顆?；?、焦炭、熱質(zhì)顆粒磨損、堵塞氣固分離、過濾、水洗堿金屬鈉、鉀等化合物高溫腐蝕冷凝、吸附、過濾氮化物主要是氨和HCN形成二氧化氮水洗SCR等焦油各種芳香烴等堵塞、難以燃燒裂解、除焦、水洗硫、氯HCL硫化氫腐蝕污染水洗化學(xué)反應(yīng)灰分：在反應(yīng)進(jìn)程中，大部分灰分由爐柵落入灰室，可燃?xì)庵械幕覊m經(jīng)旋風(fēng)分離器被除掉，將收集的灰分進(jìn)一步處理，可以加工成耐熱保溫材料，或是提取高純度的SiO2，當(dāng)然也可以用作肥料。水蒸氣：可燃?xì)庵羞€含有一定量的水蒸氣，水蒸氣遇冷后將凝結(jié)成水。因此，在可燃?xì)廨斔凸芫W(wǎng)中，每隔一定距離要設(shè)一個集水井以便將冷凝水排出。H2S：秸稈氣化氣中硫化氫的含量一般為300mg/m3以上，H2S和水反應(yīng)生成弱酸，易對鋼材設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，因此必須脫除秸稈氣中的硫化氫，目前，脫除硫化氫的最簡單方法是采用石灰水噴淋洗滌（須定期補(bǔ)充石灰水）或采用活性碳吸附（須定期對活性碳進(jìn)行脫附）；如用氧化鐵法脫除硫化氫，脫硫時還可消耗秸稈氣中的氧氣；另外，硫化鐵可用來脫除秸稈氣中的NO，減少煤氣膠的生成量，減少了管道的堵塞，有利于供氣和順利進(jìn)行。生物質(zhì)氣化燃?xì)庵兴趾突曳值奶幚硎潜容^容易的，而焦油則是生物質(zhì)氣化應(yīng)用中危害最大的，需通過下面幾種方法清除：（1）水洗法；（2）過濾法；（3）催化裂解法；（4）靜電捕捉法；（5）旋風(fēng)分離器脫焦法。 由此可見，生物質(zhì)氣化技術(shù)有著非常廣闊的前景，而該技術(shù)也正在被大力的研究與推廣。但是，如如何進(jìn)一步提高氣化氣熱值等問題也有待于解決。同時，將氣化氣罐裝，以便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，也是一個非常值得研究的課題。1引言 能源是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種意義上，人類社會生產(chǎn)的發(fā)展史，就是人類能源開發(fā)利用史。隨著世界人口的日益增長和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類在經(jīng)歷了以煤為主的第二代能源之后，以石油為主的第三代能源正面臨著枯竭的危險。人類必須尋找到一種可經(jīng)濟(jì)開發(fā)、豐富、清潔的能源。因此，開發(fā)與利用新能源和可再生能源，已經(jīng)成為世界性的能源建設(shè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。目前，世界能源格局是以石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源為主，包括水能風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮?、核能、氫氣能、生物能等能源在?nèi)的多種能源并存的狀況。就煤、石油、天然氣、地?zé)崮?、核能等能源來說，不僅儲量、開發(fā)量有限，而且是不可再生能源。水能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源，雖然理論上是取之不盡，用之不竭的，但可經(jīng)濟(jì)開發(fā)的量并不大。單單依靠這些能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。因此人們預(yù)言能量巨大、分布廣泛、可以再生、污染小的生物質(zhì)能將成為第四代能源的主流能源。生物質(zhì)能是指直接或間接的通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)的能量。自然狀態(tài)下的生物質(zhì)如秸稈，枝條散碎、細(xì)軟、含水率高、能量密度低、燃燒強(qiáng)度小，傳統(tǒng)的秸稈利用方式，不僅造成了生物質(zhì)資源的過度使用和浪費(fèi)，還會造成環(huán)境污染。生物質(zhì)秸稈氣化和集中供氣技術(shù)不僅實現(xiàn)了農(nóng)村用能燃?xì)饣?，而且還實現(xiàn)了生物資源的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。本文通過對生物秸稈氣化工程的參觀、研究、結(jié)合國內(nèi)外已發(fā)表的有關(guān)資料比較系統(tǒng)的講解了生物質(zhì)氣化原理、工藝流程、氣化裝置及氣化氣的凈化等問題，并設(shè)計了下吸式氣化爐。