【正文】 0176。內(nèi)部耐火泥選用可塑性耐火泥（見表6）。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。為保證物料的充分燃燒和二氧化碳的充分還原，特設(shè)計(jì)噴嘴等部件（如圖6），空氣可以從噴嘴均勻地流經(jīng)反應(yīng)區(qū)的整個(gè)截面，使反應(yīng)區(qū)截面上的溫度均勻一致，不致出現(xiàn)低溫死區(qū)和架橋現(xiàn)象。圖5 流化床5 下吸式秸稈氣化爐的設(shè)計(jì)說明該氣化爐為層式下吸式氣化爐，與一般常規(guī)下吸式氣化爐相比，它具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：爐頂不需密封，既是加料口，有是空氣（氣化劑）口；爐身僅由兩個(gè)直筒體組成的雙層爐體，方便加工、搬運(yùn)、安裝。此時(shí)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) 。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(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。物料添加均勻，根據(jù)不同運(yùn)行階段控制進(jìn)風(fēng)量，嚴(yán)格按要求定時(shí)清灰、排污、換水，以產(chǎn)生較好質(zhì)量的燃?xì)?。反之亦反，不僅造成了能源浪費(fèi)，而且為后處理設(shè)備增加負(fù)擔(dān)。（3）物料的干濕度、顆粒大小和密度對(duì)產(chǎn)氣效果影響很大下吸式氣化爐對(duì)物料含水量要求一般在20%左右，低于10%時(shí)，燃?xì)庵蠬CH4含量減少，熱值下降；高于30%時(shí)，則產(chǎn)氣不夠，甚至不產(chǎn)氣，而焦油含量卻時(shí)顯升高。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。（2）進(jìn)風(fēng)量直接影響氣化爐產(chǎn)氣質(zhì)量如果進(jìn)風(fēng)量大，則反應(yīng)快、產(chǎn)氣多，但易造成過氧燃燒，反應(yīng)溫度高，燃?xì)庵锌扇汲煞稚?、燃?xì)鉄嶂档停踔敛荒苋紵?，還會(huì)將大量未經(jīng)反應(yīng)的炭粉顆粒帶到后續(xù)設(shè)備中，不僅造成浪費(fèi)，也使后續(xù)處理設(shè)備負(fù)擔(dān)增加，影響處理效果。如果喉口直徑過大或沒有喉口，就會(huì)使氧化層反應(yīng)不均勻，易使一部分未參與氧化反應(yīng)，空氣不進(jìn)入還原層，形成所謂的燒穿現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)出氣中可燃成分少、熱值低。 影響下吸式氣化爐產(chǎn)氣質(zhì)量的因素下吸式氣化爐產(chǎn)氣系統(tǒng)是由下吸式氣化爐、粉塵焦油處理系統(tǒng)、羅茨風(fēng)機(jī)、貯氣柜等幾部分組成。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?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。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。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(duì)其進(jìn)行冷卻。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 上吸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(dòng)，由可燃?xì)獬隹谂懦觥饣癄t氣化過程的水蒸氣由燃料中所含的水分產(chǎn)生。 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。貯氣柜的結(jié)構(gòu)有外導(dǎo)架直升式、無外導(dǎo)架直升式、螺旋導(dǎo)軌式。 第二部分貯氣柜。 (3) 燃?xì)獾膬艋? 主要是清除氣體中的焦油和灰份，使之達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)：＜10mg/m3。秸稈氣化工程從煤氣發(fā)生爐機(jī)組到用戶，全部工程主要有以下兩大部分：第一部分燃?xì)獍l(fā)生爐機(jī)組，機(jī)組主要由以下三部分組成：(1) 上料部分 經(jīng)過粉碎達(dá)到一定要求的秸稈，經(jīng)上料機(jī)送入氣化爐，上料機(jī)通常采用密封絞籠，對(duì)上料機(jī)的開啟和關(guān)閉，可以根據(jù)發(fā)生爐的用料要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)落料。生物質(zhì)燃?xì)獾娜紵栌脤Ｓ玫脑罹?。用戶打開燃?xì)庥镁叩拈y門，就可以方便地使用燃?xì)?。氣柜的作用是?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。（工藝系統(tǒng)如圖2所示）圖2 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(chǔ)氣柜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。下吸式氣化爐由于具有結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，產(chǎn)出氣的焦油含量低等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于下吸式氣化爐而言，進(jìn)風(fēng)量的大小和喉口直徑大小及有無均對(duì)CH4含量有很大關(guān)系。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。其次物料的含水量也是影響焦油的產(chǎn)量的重要因素，當(dāng)含水量大于30%時(shí)，焦油的含量時(shí)顯增加。表5 各種生物質(zhì)原料氣化后氣體的熱值燃 料 品 種氣體低位熱值 kJ/m3玉 米 秸5405棉 秸5790玉 米 芯5351麥 秸3967焦油： 焦油是生物質(zhì)氣化中不可避免的產(chǎn)物，它的生成量與溫度有很大關(guān)系，在500。表4 不同原料氣化氣中灰分的含量 生物質(zhì)物料木材玉米秸稈玉米芯麥秸棉柴稻秸灰分%31623熱值：它是用來衡量每單位立方米氣體燃燒所放出熱量的多少。一般灰分含量在5%以內(nèi)，氣化爐就能可靠地運(yùn)行；對(duì)于固定床氣化爐來說，降低秸稈燃?xì)獾臍饬魉俣龋瑥幕以鼘由戏絺?cè)壁負(fù)壓吸出燃?xì)舛伎梢詼p少灰分?，F(xiàn)就它們的影響因素做如下歸納：粉塵、灰分：在氣化過程中，產(chǎn)生的大部分灰分由柵落入灰室，由旋風(fēng)分離器將其分離，它的含量與物料密度、氣流速度有很大關(guān)系；當(dāng)物料密度大時(shí)，粉塵少。3 秸稈氣化的參數(shù)及影響產(chǎn)氣質(zhì)量的因素分析 秸稈氣化參數(shù)及影響因素秸稈氣化氣的主要成分是CO、HCH4等的可燃?xì)怏w。氣化氣體凈化系統(tǒng)主要是除去產(chǎn)出氣體中的固體顆粒，可冷凝物及焦油，常用設(shè)備有旋風(fēng)分離器，水浴清洗及生物質(zhì)過濾器。 生物質(zhì)氣化工藝生物質(zhì)氣化技術(shù)的一般工藝過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)。典型的氣化工藝有以下3種：干餾工藝、快速熱解工藝、氣化工藝。這種方法改變了生物質(zhì)原料的形態(tài)，使用更加方便，而且能量轉(zhuǎn)化效率比固態(tài)生物質(zhì)的直接燃燒有較大的提高。當(dāng)溫度較高(超過700℃時(shí))，生成的一氧化碳向外擴(kuò)散時(shí)，遇到空氣中氧氣會(huì)繼續(xù)燃燒再生成二氧化碳，即：2CO + O2 = 2CO2 + 570865千焦 若溫度更高，則生成的二氧化碳在擴(kuò)散過程中遇到熾熱的碳就會(huì)產(chǎn)生碳的氣化反應(yīng)，這是一 種還原反應(yīng)，即：CO2 + C = 2CO 162297千焦 這種氣化反應(yīng)會(huì)促進(jìn)固定碳的燃燒。燃料的燃燒過程可以分作預(yù)熱、水分蒸發(fā) 、析出揮發(fā)物和焦炭燃燒等幾個(gè)階段。 圖1 氣化反應(yīng)過程原理氣化過程包括三個(gè)階段：干燥、干餾、氧化和還原。 氣化原理生物質(zhì)氣化的基本原理是將生物質(zhì)原料加熱，生物質(zhì)原料進(jìn)入氣化爐后被干燥，伴隨著溫度的升高，析出揮發(fā)物，并在高溫下熱解，熱解后的氣體和炭，在氣化爐的氧化區(qū)與供入的氣化介質(zhì)（空氣、氧氣、水蒸氣等）發(fā)生氧化反應(yīng)并燃燒，燃燒放出的熱量用于維持干燥、熱解和還原反應(yīng)，最終生成了含有一定量CO、HCHCmHn的混合氣體，去除焦油等雜質(zhì)后即可燃用。中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的ND系列生物質(zhì)氣化爐，%，被用于烘干加熱、溫室供暖、動(dòng)力發(fā)電等取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。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)用能開辟了道路。（2）地區(qū)分布不平衡，一半以上的秸稈資源集中在四川、河南、山東、安徽、江蘇、湖南、浙江、湖北等9個(gè)省，廣大的西北地區(qū)和其它省區(qū)秸稈量較少?，F(xiàn)將1999年中國秸稈農(nóng)作物資源量表（如表2）。其元素組成如表1所示；通常情況下含碳越高的秸稈發(fā)熱量越大，秸稈現(xiàn)階段的用途大致有以下幾個(gè)方面：（1）作為工業(yè)原料，主要用于工業(yè)造紙 （2）作為畜牧飼料 （3）造肥還田 （4）農(nóng)村生活能源表1 秸稈中元素組成及各自含量碳?xì)?氧氮硫磷40—60%5—6%43—50%—%—%—%作物種類產(chǎn)量秸稈：糧食秸稈數(shù)量占秸稈總量比例%水稻小麥玉米高粱谷子其它雜糧大豆薯類花生油菜芝麻向日葵棉花麻類甘蔗總計(jì)100表2 1999年中國農(nóng)作物資源量其中牲畜飼料和農(nóng)村生活用能仍是秸稈利用的主要方面。在中國農(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。秸稈是農(nóng)作物的剩余物，它是小麥、玉米、水稻等綠色植物在太陽輻射能的作用下吸收空氣中的二氧化碳和土壤的水分進(jìn)行光合作用轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而固定下來的一種生物質(zhì)能源。%。中國80%人口生活在農(nóng)村，秸稈和薪柴等生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料。因此改變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，開發(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)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。生物質(zhì)能一直是人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。減少對(duì)礦物能源的依賴，保護(hù)國家能源資源，減輕能源消費(fèi)給環(huán)境造成的污染。生物質(zhì)燃燒是傳統(tǒng)的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染嚴(yán)重。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。據(jù)估計(jì)，植物每年貯存的能量約相當(dāng)于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。本文通過對(duì)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(jì)了下吸式氣化爐。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(huì)造成環(huán)境污染。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。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。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。人類必須尋找到一種可經(jīng)濟(jì)開發(fā)、豐富、清潔的能源。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(huì)生產(chǎn)的發(fā)展史，就是人類能源開