2013年6月農(nóng)機(jī)化研究第6期生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中氣化爐設(shè)計(jì)及進(jìn)料裝置改進(jìn)郭培紅,朱莉,梅艷陽(河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,河南焦作454003)摘要:新型生物質(zhì)氣化系統(tǒng)—雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐氣化系統(tǒng)主要由液壓進(jìn)料系統(tǒng)、雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐、氣體收集和浄化系統(tǒng)組成,采用生物質(zhì)-垃圾混合物作為氣化的原料。雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐作為該系統(tǒng)中的主要設(shè)備,其兩根干餾管的外側(cè)被通入高溫?zé)煔獾穆菪艿览p繞,使高溫?zé)煔馀c干餾管的接觸時(shí)間延長,熱交換更充分。此外,針對系統(tǒng)中液壓進(jìn)料裝置存在的問題提出了3種改進(jìn)措施,將料倉和進(jìn)料活塞做了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn),有效地解決了進(jìn)料裝置中不同部位的進(jìn)料不暢和物料堆積問題。關(guān)鍵詞:氣化爐;生物質(zhì);垃圾;進(jìn)料裝置中圖分類號(hào):TK64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-188X(2013)06-0222-040引言統(tǒng)—雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐氣化系統(tǒng),提高了氣化爐的熱利用率,并為改善環(huán)境開辟了一條新途徑在眾多可再生能源中,生物質(zhì)能最具有發(fā)展前景。由于生物質(zhì)能的能源品值較低,直接使用越來越1氣化爐的設(shè)計(jì)不能滿足人們對高質(zhì)量現(xiàn)代生活的需求,因此研究各本文所介紹的生物質(zhì)-垃圾氣化系統(tǒng)主要由液壓種新技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成高品位的潔浄能源,是大規(guī)進(jìn)料系統(tǒng)、雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐、氣體收集和模利用生物質(zhì)能的必然趨勢。其中,生物質(zhì)氣化技術(shù)凈化系統(tǒng)組成。其中,雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐是越來越受到重視該氣化系統(tǒng)中的主要設(shè)備。生物質(zhì)氣化的能量轉(zhuǎn)換效率高,設(shè)備簡單,投資1.1雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐少,易操作,氣化產(chǎn)生的燃?xì)饪蓮V泛用于炊事、采暖和近年來,我國生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計(jì)和使用有了顯作物烘干,還可以用作內(nèi)燃機(jī)或熱氣機(jī)等動(dòng)力裝置的著的發(fā)展。筆者歸納總結(jié)了氣化爐設(shè)計(jì)工藝的優(yōu)缺燃料,輸出電力或動(dòng)力2。目前,生物質(zhì)氣化爐的原點(diǎn)及其特性”,設(shè)計(jì)了一款新的氣化爐一雙干餾管式料大多來自秸稈類農(nóng)業(yè)廢棄物。這些原料雖然來源氣化爐。該種氣化爐的氣化過程采用空氣一水蒸汽廣泛,但是分布比較分散,能量密度低,并且存在明顯氣化的形式,主要用來克服空氣氣化產(chǎn)物熱值低(只的區(qū)域性和季節(jié)性,因此收集、運(yùn)輸及貯存成為此類有4000-6000/m3)的缺點(diǎn),減少了空氣的供給原料的重要問題3。量,并且加入了水蒸汽,使得更多的氫氣和碳?xì)浠想S著城市規(guī)模的擴(kuò)大和城市化進(jìn)程的加速,城鎮(zhèn)物生成,提髙了燃?xì)獾臒嶂?。此?空氣與生物質(zhì)的垃圾的產(chǎn)生量和堆積量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國城市氧化反應(yīng)可為其他反應(yīng)提供所需要的熱量,不需要其生活垃圾的年增長率達(dá)8%~10%,未經(jīng)處理的垃圾他外部熱源。氣化爐結(jié)構(gòu)如圖1所示。將會(huì)危害人類的身體健康,占用空間,導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)由圖1可知,在燃燒室內(nèi),采用專用的燃燒器燃境問題。針對以上情況,將生物質(zhì)-垃圾混合后作燒儲(chǔ)氣罐中的可燃?xì)?產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過螺旋煙氣為氣化的原料,設(shè)計(jì)了新型的生物質(zhì)氣化系管道排空,尾氣用于干燥物料。高溫?zé)煔饧訜嵋欢螘r(shí)間后,進(jìn)料裝置開始運(yùn)行,將物料送進(jìn)干餾管中,并且收稿日期:2012-05-25基金項(xiàng)目:流體機(jī)械及工程省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目(507907);熱能與動(dòng)力反復(fù)連續(xù)供料,物料被逐步向前推進(jìn),依次經(jīng)過干燥工程河南省特色專業(yè)項(xiàng)目(508057);熱能工程校級(jí)重點(diǎn)學(xué)區(qū)、干中國煤化工在干燥區(qū),物料被烘科(509927)干,使其作者簡介:郭培紅(195),女河南新鄉(xiāng)人,教授,碩士,(E-一mi)化裂解CNMHG餾區(qū),大部分物料氣氧化區(qū)時(shí),從空氣供給壁通入了guopeihong(@126.com.通訊作者:朱莉(1988-),女,鄭州人,碩士研究生,(E-mail)定量的空氣,部分物料燃燒,為焦油的催化裂解和還576549694@qg.com原區(qū)的反應(yīng)提供熱量;水煤氣反應(yīng)所需要的水通過水2013年6月農(nóng)機(jī)化研究第6期蒸汽供給壁通入,物料中的部分碳在還原區(qū)與水蒸氣者針對這些問題做了相應(yīng)的改進(jìn)。反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳等;這些產(chǎn)生的可燃?xì)怏w和2.1進(jìn)料裝置的組成固體殘余物在氣碳分離室被分離,固體殘余物從干餾若使生物質(zhì)氣化系統(tǒng)正常運(yùn)行,必須保證其進(jìn)料管中落下,被收集處理,而氣體經(jīng)過燃?xì)饬魍ü艿?由設(shè)備能夠順利、穩(wěn)定和均勻地工作。該系統(tǒng)中的液壓雙干餾管和上下兩個(gè)燃?xì)夤艿婪獍鍑?排出并收進(jìn)料裝置包括液壓泵站、液壓缸、料活塞、機(jī)身以及與集。氣化所得的氣體經(jīng)燃?xì)饬魍ü艿琅懦龅耐瑫r(shí),一機(jī)身相連的落料倉。機(jī)身用以固定液壓缸、料活塞和方面可以對干餾管內(nèi)的物料起到加熱作用,另一方面落料倉。液壓缸推動(dòng)料活塞來回運(yùn)動(dòng),當(dāng)活塞縮回對氣體起到冷卻作用。時(shí),物料落下填充料活塞的空間;然后,物料由料活塞推動(dòng)前進(jìn),進(jìn)入干餾管,前進(jìn)距離為液壓缸行程;料活塞后退,物料落下,完成一個(gè)進(jìn)料過程,如此往復(fù)22進(jìn)料裝置存在的問題在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)或者生產(chǎn)中,由于生物質(zhì)物料具有密度小、易壓縮和粘附性強(qiáng)等特點(diǎn),在進(jìn)料器中物料干燥區(qū)干餾區(qū)1氧化區(qū)|還原區(qū)很容易被架空或者擠實(shí),出現(xiàn)堵塞進(jìn)料器的問題20~200℃200~700℃700~950℃2.2.1垂直方向物料不下落干餾管2.燃?xì)饬魍ü艿?.螺旋煙氣管道4.空氣供給壁垂直方向的落料不順暢問題主要發(fā)生在料倉上。5.燃燒室6.水蒸汽供給壁7.燃?xì)夤艿婪獍?.氣碳分離室料倉上的堵塞主要有料倉內(nèi)架空懸料和倉壁掛料兩圖1雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐的示意圖種形式,如圖2和圖3所示。Fig. I Schematic of dual dry distillation tube combustion heated gasifier1.2干餾管長度的確定氣化爐中,物料的反應(yīng)完全在干餾管中進(jìn)行,干餾管尺寸的確定是雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐設(shè)計(jì)的關(guān)鍵從傳熱學(xué)角度分析,餾管外壁與高溫?zé)煔鈱α鲹Q熱,內(nèi)壁與物料接觸放熱,高溫?zé)煔鈴挠叶肆魅?見機(jī)身圖1所示),低溫物料從左端進(jìn)料,其實(shí)這個(gè)過程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的對流換熱加導(dǎo)熱的過程從進(jìn)料角度分析,根據(jù)質(zhì)量平衡,得到干餾管的圖2料倉內(nèi)架空懸料長度的計(jì)算公式為Fig 2 Suspended materials in the warehouse wall3600=P×Lm×A2式中m一每小時(shí)進(jìn)料量(kg/h);t0—每次進(jìn)料時(shí)間(s);p一所用物料的密度(kg/m3)L一千餾管長度(m);A—干餾管截面積(m);式中,等號(hào)右邊的1/2是經(jīng)驗(yàn)值。另外,可以通過圖3倉壁掛料調(diào)節(jié)兩次進(jìn)料時(shí)間改變管長,但是要留有一定余地2進(jìn)料裝置圖2的這種情況與煤倉的架拱現(xiàn)象類似,物料整體下落中國煤化工由于物料附著在倉壁該氣化系統(tǒng)中除了主要?dú)饣O(shè)備雙干餾管內(nèi)燃不下CNMHG加,物料會(huì)越來越多加熱式氣化爐外,進(jìn)料裝置也是該氣化系統(tǒng)中的重要使中間下料的空間變小,導(dǎo)致物料下落不暢。組成設(shè)備。進(jìn)料的連續(xù)性對氣化過程的影響是至關(guān)2.2.2水平方向進(jìn)料不前進(jìn)重要的。在設(shè)計(jì)進(jìn)料裝置的過程中遇到一些問題,筆在水平方向上,液壓缸帶動(dòng)料活塞推動(dòng)物料進(jìn)入2013年6月農(nóng)機(jī)化研究第6期干餾管,此過程中物料受到管壁的摩擦阻力。由于生時(shí),搖動(dòng)外部的搖把,能立刻達(dá)到破拱效果,改善落料物質(zhì)物料具有可壓縮性,所以物料在管中被壓縮,造情況。成堵塞。堵塞后,液壓缸負(fù)載增大,造成泵站過載,影響泵站的使用壽命以及工作人員的安全;并且物料不料倉前進(jìn)也會(huì)影響后面的氣化過程,使干餾管處于干燒的情形,影響氣化設(shè)備的使用壽命2.3進(jìn)料問題的解決方法破壞桿針對上述氣化爐給料過程中的進(jìn)料裝置存在的問題,研究得出以下幾種解決方法,并通過實(shí)際操作證明了其可行性,有效地改善了進(jìn)料問題。搖把2.3.1改進(jìn)料倉的形式物料之所以結(jié)拱搭棚,是因?yàn)槲锪祥g摩擦力、物料與管壁間的摩擦力、管壁對物料的支持力與物料的重力之間達(dá)到了力平衡,所以從打破這個(gè)力平衡來考圖6破拱裝置慮,將原料倉(如圖4所示)改用具有偏心距的料倉Fig 6 Arch breaker device(如圖5所示),偏心距離為S。這種出口偏心設(shè)置的2.3.3改進(jìn)進(jìn)料活塞料倉,減少了一側(cè)產(chǎn)生的支持力,起到了破拱效果。物料在干餾管中向前運(yùn)動(dòng)受到料活塞的推力P以及管壁對其的摩擦阻力F,其關(guān)系為Fn=S·P=h·Pk=tg(45°-q/2)式中φ-物料的內(nèi)摩擦角k—側(cè)壓力系數(shù)μ—物料與管壁的摩擦系數(shù);P—管壁單位面積上的豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值P、—相應(yīng)計(jì)算截面處的橫向推力標(biāo)準(zhǔn)值(kNm圖4改進(jìn)前的料倉隨著物料的前進(jìn),摩擦阻力逐漸增大,而液壓系Fig 4 Improvement of the hopper before統(tǒng)中,壓力取決于負(fù)載,所以阻力F越大,推力P越大。從上式可以看岀,推力的增加又造成了摩擦力的增大,最終導(dǎo)致物料的堵塞。要想解決這個(gè)冋題,就應(yīng)該打斷或者延緩這種惡性循環(huán)。為此,在原活塞(如圖7所示)基礎(chǔ)上,對進(jìn)料活塞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),在進(jìn)料活塞前端加入一個(gè)翅片,如圖8所示。圖7改進(jìn)前的活塞圖5改進(jìn)后的料倉Fig 7 Improvement of the piston beforeFig. 5 The improved hopper在料倉上增加破拱裝置在落料實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)結(jié)拱搭棚現(xiàn)象主要存在于料Ha中國煤化工CNMHG倉變徑末端,所以可以在此處加裝破拱裝置,如圖6圖8改進(jìn)后的活塞所示。此裝置是手動(dòng)的,當(dāng)發(fā)現(xiàn)出料緩慢或者不出料Fig8 The2242013年6月農(nóng)機(jī)化研究第6期對活塞進(jìn)行改進(jìn)后,物料在干餾管中的堵塞問題3)通過實(shí)際操作發(fā)現(xiàn),給料存在水平方向上給料得到解決,在管中能被順利送出3m的距離,滿足了氣不前和豎直方向上落料不下的問題,水平方向上的給化過程的給料要求。料不前又加劇了豎直方向上的落料不下問題。針對這些問題,對給料系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),使進(jìn)料情況有了3結(jié)論很大改善。本文介紹了生物質(zhì)氣化系統(tǒng)的組成,重點(diǎn)對氣化參考文獻(xiàn):爐和進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。詳細(xì)闡述了新型氣化爐一雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐的結(jié)構(gòu),并針對系統(tǒng)1王建楠.制志超,彭寶良,等,我國生物質(zhì)氣化技術(shù)概況與的進(jìn)料裝置存在的問題,提出了3方面的改進(jìn)措施發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010,32(1):198-201有效地改進(jìn)了豎直方向和水平方向的進(jìn)料不暢問題2]寇偉,宋哲.生物質(zhì)氣化技術(shù)應(yīng)用淺談[J].林業(yè)科技情報(bào),2010(3):92-931)雙干餾管內(nèi)燃加熱式氣化爐的氣化工作原理(31姚志彪,李云全應(yīng)用生物質(zhì)氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資是結(jié)合下吸式固定床氣化爐、干餾氣化、空氣氣化、水源化[J.能源研究與利用,2005(3):35-37蒸氣氣化和焦油的催化裂解的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。氣化爐[4]吳靖,劉洪鵬,蘭婧城市生活垃圾資源化處理方法綜述外螺旋管的換熱裝置的設(shè)計(jì),使高溫?zé)煔鈴穆菪芙?jīng)[J].中國科技信息,2011(5):27-28過,增加了高溫?zé)煔馀c干餾管的換熱時(shí)間,提高燃?xì)鈁5]劉作龍,孫培勤,孫紹暉,等.生物質(zhì)氣化技術(shù)和氣化爐研利用率。究進(jìn)展[J.河南化工,2011(1):21-242)該氣化系統(tǒng)的液壓給料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),延長了物6 Lv Pengfei, hang Jie, Xiong Zhuhong. An experimental re料在爐內(nèi)的停留時(shí)間,使物料在干餾管內(nèi)能夠充分反earch on biomass air-steam gasification in a fluidized bed應(yīng),增強(qiáng)了氣化效率。[J]. Bioresource Technology, 2004, 95(1): 95-101Design of Gasifier and Improvement of Feeder Unit inBiomass Gasification SystemGuo Peihong, Zhu Li, Mei YanyangSchool of Mechanical and power engineering, Henan Polytechnic Universlty Jiaozuo 454003, ChinaAbstract: A new type of biomass gasification system --dual dry distillation tube combustion heated gasifier system wasdesigned in this paper, which mainly consists of a hydraulic feed system, dual dry distillation tube combustion heatedgasifier, gas collection and purification system, taking biomass- garbage mixture as the raw material for gasificationDual dry distillation tube combustion heating gasifier as the major equipment in the system, the outside of its two drydistillation tube was winded by the spiral pipe accessed with high -temperature flue gas, to prolong the contact time of thehigh-temperature flue gas and the dry distillation tube and to make heat exchange more fully. Against to the problems ofhydraulic feed device in the system, three improvements were proposed in this paper and the structures of silos and feedpiston were correspondingly improved. Problems of poor feed and material accumulation with different position in the feeddevice were effectively solvedKey words: gasifier; biomass; garbage; feeder unitH中國煤化工CNMHG