【正文】 37 致謝 到此為止，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本上完成了任務(wù)。 [7]任永志，董立明 .下吸式氣化爐的設(shè)計(jì) .農(nóng)村能源 ,2021，（ 4）： 1618。 （ 3）該項(xiàng)目技術(shù)發(fā)展時(shí)間短，技術(shù)上尚存在不少問(wèn)題，尤其是如何提高煤氣的熱值和焦油的降低。 （ 4）熱備開(kāi)爐時(shí)爆炸 采取做飯時(shí)間開(kāi)爐供氣，其它時(shí)間處于熱備停爐時(shí)段，一旦風(fēng)機(jī)吸入空氣的一瞬間，容易產(chǎn)生爐膛爆炸。計(jì)算如下： 類別 費(fèi)用 (元 /1000 m3) 備注 原料 60 考慮開(kāi)爐停爐等損耗 ,產(chǎn) 1000 m3氣約需秸稈，秸稈（ 100元 /t） 產(chǎn) 1000 m3氣約需 3h，耗 電 45kWh（農(nóng)家電 /kWh） 電費(fèi) 27 合計(jì) 87 33 =257+87X1/1000 X1 =1575(m3) 國(guó)家集體投入不計(jì)成本時(shí)，則氣化站的盈虧平衡點(diǎn)為 X2 =151+87X2/1000 X2 =925(m3) 由此，盈虧平衡點(diǎn)戶數(shù)分別為 N1 = 1575/5 =315（戶） N2 = 925/5 =185（戶） 為了便于比較，現(xiàn)將把國(guó)家集 體投入計(jì)入成本和不計(jì)入成本的情況列表如下： 表 12 國(guó)家和集體投入計(jì)入成本與否的比較 項(xiàng)目 國(guó)家集體投入計(jì)入成本 國(guó)家集體投入不計(jì)入成本 日產(chǎn)氣值 500 500 日成本 431 325 日利潤(rùn) 69 175 年利潤(rùn) 25185 63875 盈虧平衡點(diǎn) 1575 925 盈虧平衡戶數(shù) 315 185 ③ 投資與效益 成本核算全部計(jì)入投資額時(shí)的投資回報(bào)率太低，管理者難以有足夠的積極性將氣化站長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)好，而若只計(jì)個(gè)人投資的 20 萬(wàn)元，則相應(yīng)投資回報(bào)率能夠達(dá)到管理者期望值，氣化站因此也能夠得以長(zhǎng)期 正常運(yùn)行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有一半以上的氣化站處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)，造成這一狀況的原因是多方面的，其中一個(gè)重要的原因就是經(jīng)濟(jì)效益分析不夠透徹，從而導(dǎo)致投資決策和氣化站管理出現(xiàn)失誤。 （ 2）預(yù)期達(dá)到的水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 氣化效率≥ 75% 燃?xì)鉄嶂怠?5MJ/m 3 凈化后燃?xì)庵薪褂秃突覊m含量≤ 10mg/m3 （ 3）項(xiàng) 目的社會(huì)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用前景 社會(huì)環(huán)境效益： 生物質(zhì)氣化技術(shù)可將廢棄的秸稈、工業(yè)生物質(zhì)垃圾轉(zhuǎn)換為清潔的燃?xì)?，?shí)現(xiàn)了低質(zhì)原料的高檔次利用。 旋風(fēng)分離器的運(yùn)行條件也是分離效果的重要影響因素，一般說(shuō)來(lái)，燃?xì)膺M(jìn)入分離器的流速越大，分離效果越好，但是阻力會(huì)增大，從而增加風(fēng)機(jī)電耗。因此，為使焦油裂解過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，白云石需頻繁更換，研究表明通過(guò)增加進(jìn)氣中水蒸氣的含量，以促進(jìn)水蒸氣與沉積碳之間的反應(yīng)，可有效也減少積碳，維持催化劑較高的活性。 氣 化爐內(nèi)裂解：在這個(gè)過(guò)程中，催化劑與生物質(zhì)一同加入氣化爐內(nèi)，發(fā)生一系列的催化化學(xué)反應(yīng)，催化劑可配成溶液與生物質(zhì)濕混后進(jìn)入氣化爐；也可以把它磨成細(xì)粉后與生物質(zhì)干混后進(jìn)入氣化爐，這個(gè)過(guò)程充分利用了生物質(zhì)部分氧化產(chǎn)生的能量，催化反應(yīng)條件是相同的，氣化爐出口燃?xì)庵薪褂秃看蟠蠼档?，但是由于催化劑無(wú)法回收，故應(yīng)使用非常廉價(jià)的催化劑。 ① 催 化裂解法的基本原理 在很高的溫度（ 1000。水洗法的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)有除焦、除塵和降溫三個(gè)方面的效果。 焦油的特點(diǎn)和危害 生物質(zhì)氣化制氣的目標(biāo)是獲得盡可能多的可燃?xì)?，在氣化過(guò)程中，焦油是不可避免的流體產(chǎn)物，其成分非常復(fù)雜，可以分析出 200 多種，主要成分 不少于 20 種，其中含量大于 5%的有 7種，它們是：苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚、茚。 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(duì)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(jiǎn)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(duì)活性碳進(jìn)行脫附）；如用氧化鐵 法脫除硫化氫，脫硫時(shí)還可消耗秸稈氣中的氧氣；另外，硫化鐵可用來(lái)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。 （ 2）在噴嘴及爐橋表面涂以 23的可塑耐火泥。 （ 2）在同徑部分以圖示尺寸鉆 28 個(gè)與水平面成 12度夾角的噴氣孔。 爐橋的材料選擇、加工工藝及各結(jié)構(gòu)的功用（圖見(jiàn)附件 3） 該零件全用球墨鑄鐵鑄造。（ 9） 將兩根孔徑分別為 15mm和 20mm壁厚 10mm的長(zhǎng) 500mm的進(jìn)出水管用焊接 的方式如圖安裝于爐筒上。 （ 5） 在連接外邊上鉆 16 個(gè)直徑為 11mm的均布連接通孔。 下層爐筒的材料選擇、加工工藝及各結(jié)構(gòu)的功用（圖見(jiàn)附件 2） 該零件的外殼均用球墨鑄鐵材料，內(nèi)部耐火泥選用 可塑性耐火泥 （見(jiàn)表 6）。 （ 4）在連接外邊上鉆 16 個(gè)直徑為 11mm的均布連接通孔。 表 6 耐火泥理化指標(biāo) 耐火泥 功能特 點(diǎn) 種鍋爐 內(nèi) .爐 床 爐 內(nèi) 復(fù)雜 位置填平填充。 流化床氣化爐有；單流化床、雙流化床、 循 20 環(huán)流化床、 攜帶流化床四種類型。顆粒過(guò)大，透氣性差，建立不起時(shí)顯的反應(yīng)層，不產(chǎn)生可燃?xì)怏w，過(guò)大，原料 易搭橋，導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)量過(guò)大，產(chǎn)氣效果不好，物料密度大，燃燒時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定燃?xì)獬煞趾谩嶂蹈?、粉塵少、焦油少。在設(shè)計(jì)、操作過(guò)程中，哪一個(gè)環(huán)節(jié)都可能對(duì)產(chǎn)氣質(zhì)量、燃?xì)獬煞之a(chǎn)生很大影響： （ 1）喉口結(jié)構(gòu)即喉口直徑大小、喉口深度、進(jìn)風(fēng)位置是影響產(chǎn)氣效果、燃?xì)饨褂秃康年P(guān)鍵。 上吸式氣化爐工作過(guò)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?，氣化爐最下層是氧化層，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。它是儲(chǔ)存氣體的設(shè)備，主要用于燃?xì)鈿庠串a(chǎn)量與供應(yīng)量之間的調(diào)節(jié)。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。 氣化爐各部位結(jié)構(gòu)尺寸將極大地影響氣化爐的熱效率、產(chǎn)氣效率及產(chǎn)氣質(zhì)量。它受很多因素影響，如秸稈種類、物料含水量、物料密度、氣化爐種類等都能影響氣化氣的熱 值。后處理系統(tǒng)主要是氣化氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)化利用的裝置。 燃料的燃燒過(guò)程可以分作預(yù)熱、水分蒸發(fā) 、析出揮發(fā)物和焦炭燃燒等幾個(gè)階段。 農(nóng)作物秸稈是生物質(zhì)的主要組 成部分，隨著科技的發(fā)展，秸稈氣化集中供氣為用農(nóng)作物秸稈解決農(nóng)村生產(chǎn)用能開(kāi)辟了道路。在中國(guó)農(nóng)村，秸稈被用作重要的生活資源，是一種重要的生物質(zhì)資源。因此改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能等可再生的清潔能源資源對(duì)建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進(jìn)國(guó)民 經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。事實(shí)上，生物質(zhì)能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，也是人 10 類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。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。 9 1 引言 能源是 國(guó)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(huì)生產(chǎn)的發(fā)展史，就是人類能源開(kāi)發(fā)利用史。 （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(wèn)題 凈化辦法 顆粒 灰、焦炭、熱質(zhì)顆粒 磨損、堵塞 氣固分離、過(guò)濾、水洗 堿金屬 鈉、鉀等化合物 高溫腐蝕 冷凝、吸附、過(guò)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) 8 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。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。 秸稈氣化 的主要設(shè)備 氣化爐 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(shí)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。（工藝系統(tǒng) 圖 如下 頁(yè) 所示） 鍘成小段的秸稈送入氣化器中經(jīng)過(guò)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。在短短的十年內(nèi)得到了相當(dāng)大的發(fā)展，目前我國(guó)已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了一些將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w的技術(shù)。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，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。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(kāi)發(fā)的量并不大。 Gasification of the straw。 關(guān)鍵字 ：生物質(zhì)，秸稈氣化，下吸式，氣化爐。因此，開(kāi)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。由于低質(zhì)生物質(zhì)的可再生性，因此，這項(xiàng)資源所產(chǎn)生的能源，稱之為可再生能源。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(shí)，只供應(yīng)少量空氣，并且采取措施控制其反應(yīng)過(guò)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(guò)程。 [4]在我國(guó)，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。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。 上吸式氣化爐工作過(guò)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?，氣化爐最下層是氧化層，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。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(guò)燃料顆粒之間的氣流速度達(dá)到某一值時(shí)，微細(xì)顆粒之間會(huì)產(chǎn)生分離現(xiàn)象，少量顆粒在小的范圍內(nèi)振動(dòng)或游動(dòng)，燃料層由靜止向流動(dòng)轉(zhuǎn)化。 由此可見(jiàn)，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。就煤、石油、天然氣 、地?zé)崮堋⒑四艿饶茉磥?lái)說(shuō)，不僅儲(chǔ)量、開(kāi)發(fā)量有限，而且是不可再生能源。 2 生物質(zhì)秸稈氣化技術(shù) 生物質(zhì)能 概述 生物質(zhì)能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽(yáng)能。專家認(rèn)為，生物質(zhì)能源將成為未來(lái)可持續(xù)能源的重要部分，到 2021 年，全球總能耗將有 40%來(lái)自生物質(zhì)能源。因此發(fā)展生物質(zhì)能技術(shù)，為農(nóng)村地區(qū)提供生活和生產(chǎn)用能，是幫助這些地區(qū)脫貧致富，實(shí)現(xiàn)小康目標(biāo)的一項(xiàng)重要任務(wù)。 秸稈資源分布及其特征如下：（ 1）總儲(chǔ)量大而人均占有量小。（其原理如圖 1所示）。 生物質(zhì)氣化工藝 生物質(zhì)氣化技術(shù)的一般工藝過(guò)程主要有四大組成系統(tǒng)，分別進(jìn)料系統(tǒng)、氣化反應(yīng)器（氣化爐）、氣化氣凈化系統(tǒng)、氣化氣處理系統(tǒng)。一般灰分含量在 5%以內(nèi)，氣化爐就能可靠地運(yùn)行；對(duì)于固定床氣化爐來(lái)說(shuō)，降低秸稈燃?xì)獾臍饬魉俣?，從灰渣層上方?cè)壁負(fù)壓吸出燃?xì)舛伎梢詼p少灰分。它與氣化爐種類，氣化原料的種類，以及物料含水量等的直接的關(guān)系，當(dāng)物料含水量低于 10%時(shí)， H2 的含量將下降。氣柜的作用是儲(chǔ)存一定量的燃?xì)庖云胶庀到y(tǒng)燃?xì)庳?fù)荷的波動(dòng)，并提供一個(gè)始終恒定的壓力保證用戶燃?xì)庠罹叩姆€(wěn)定燃燒。 (3) 燃?xì)獾膬艋? 主要是清除氣體中的焦油和灰份， 使之達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：＜ 10mg/m3。氣化爐氣化過(guò)程的水蒸氣由燃料中所含的水分產(chǎn)生。下吸式氣化爐的熱解產(chǎn)物通過(guò)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?chǎng)合得到了廣泛的應(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(shí)，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 。燃?xì)庵锌扇汲煞稚伲褂秃慷?，還易產(chǎn)生明火、噴火等不利于安全的現(xiàn)象。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(guò)燃料顆粒之間 的氣流速度達(dá)到某一值時(shí)，微細(xì)顆粒之間會(huì)產(chǎn)生分離現(xiàn)象，少量顆粒在小的范圍內(nèi)振動(dòng)或游動(dòng)，燃料層由靜止向流動(dòng)轉(zhuǎn)化。如果在爐內(nèi)加少許干樹根，與秸稈一起氣化則效果更佳，因?yàn)闅饣瘯r(shí)加入干樹根等硬質(zhì)性原料，可以形成一定厚度的紅熱焦碳層，從而提高氣化溫度，使氣體中的焦油得到更多的分解，所以能得到良好的氣化效果。 （ 2）將直徑為 1210mm厚度為 70mm中部帶有 390mmX390mm 的方孔的球墨鑄鐵圓板焊接于爐筒上部，其距離頂部尺寸為 20mm。這種耐火泥不僅能達(dá)到爐內(nèi)工作溫度的要求，還不會(huì)因?yàn)闋t子熱長(zhǎng)冷縮的體積