农村多户用型生物质下吸式固定床气化炉设计

气化剂由炉栅下部导入，经灰渣层吸热后进入氧化层，在这里同炽热的碳发生燃烧反应，生成大量的式为:

CO2，同时放出热量，温度可达 1000～ 1300℃，反应

C?O2?CO2?408.8kJ

由于是限氧燃烧，没有充分的氧进行完全燃烧。因此，不完全燃烧反应同时发生，反应式为：

2C?O2?2CO?246.44kJ

在氧化层进行的均为燃烧，是放热反应，也正是这部分反应放出的热量为还原层的还原反应、物料的裂解和干燥提供了热源。

（2）还原反应

在还原层已没有氧气存在，在氧化反应生成的CO2和碳、水蒸气发生还原反应，还原区的温度约为700～900℃，主要产物为CO、CO2和H2，其反应式为：

C?CO2?2CO?162.41kJ

H2O?C?CO?H2?118.82kJ (2—4) (2—5) (2—6)

2H2O?C?CO2?2H2?75.24kJH2O?CO?CO2?H2?43.58kJC?2H2?CH4 (2—7)

氧化区及还原区总称为气化区，是气化反应的主反应区。 （3）裂解反应

氧化区及还原区生成的热气体，在上行过程中经过裂解区，将生物质加热，使在裂解区的生物质进行裂解反应。在裂解反应中，生物质中大部分的挥发份从固体中分离出去，该区的温度大约在400~600℃。裂解区的主要产物是炭、挥发份气体、焦油和水蒸气。

（4）干燥区

在该区通过加热生物质原料，使原料中的水分蒸发，吸收热量，并降低产气温度，气化炉出口温度可达100~300℃。裂解区和干燥区，总称为燃料准备区。

1.2 生物质气化炉分类

把农作物秸秆、薪柴等经过气化转变成生物质燃气，需要用生物质气化炉来完成，因此，气化炉便是生物质气化设备的核心技术。气化炉大体上可分为两大类:固定床气化炉和流化床气化炉。

上吸式 下吸式 固定床 微吸式 单流化床 按设备运行方式开心式 流化床 循环流化 双流化床 (一)固定床气化炉

固定床气化炉是将切碎的生物质原料由炉子顶部加料口投入固定床气化炉中，物料在炉内基本上是按层次地进行气化反应，反应产生的气体在炉内的流动要靠风机来实现。固定床气化炉的炉内反应速度较慢，按气体在炉内的流动方向，可将固定床气化炉分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式四种类型

(1)上吸式气化炉

上吸式气化炉的气一固呈逆向流动，运行过程中，物料从顶部加入后，被上升的热气流干燥而将水蒸气排除，干燥了的物料下降时被气流加热分解，而释放挥发分，剩余的炭继续下降时与上升的CO2以及水蒸气反应，CO2和H2O等还原为CO及H2等，余下的炭被底部进入的空气氧化，放出的燃烧热量为整个气化过程提供热源。

旋转床 携带床 图1.1 生物质气化炉分类

(2）下吸式气化炉

下吸式气化炉的生物质原料由炉顶的加料口投入，气化剂(空气、氧气)可以由顶部进入，也可在喉管区加入，气化剂与物料混合向下流动，在高温喉管区发生气化反应。炉内的物料自上而下分为干燥层、热分解层、氧化层、还原层。

（3）横吸式气化炉

横吸式气化炉的生物质原料由气化炉顶端加入，灰分落入炉栅下部的灰室。气化剂侧面进入，产出的气体也由侧面流出，气流横向通过气化区，在氧化区、还原区进行的化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧区温度甚至会超过灰熔点，易造成结渣。因此，该炉适用于含灰分少的原料，一般用作焦炭和木炭气化。

（4）开心式气化炉

开心式气化炉结构和反应原理同下吸式气化炉相类似，可以看成是其一种特例。它有缩口，炉算不平，而是中间隆起的，以转动炉栅代替高温喉管区，主要反应在炉栅上的气化区进行。该炉结构简单，氧化还原区小，反应温度较低。

（二）流化床气化炉

流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材料沙子，在吹入气化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高。炉内温度高而且恒定，焦油在高温下裂解生成气体，因而焦油含量较小，但出炉的燃气中含有较多的灰分。流化床气化炉结构比较复杂，设备投资较大。按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为单流化床、循环流化床、双流化床和携带流化床四种类型，按吹入气化剂的压力大小，流化床气化炉又可分为常压流化床和加压流化床。 (1)循环流化床气化炉

循环流化床气化炉和单流化床的主要区别是在燃气出口处设有旋风分离器或袋式分离器，将燃气携带的炭粒和沙子分离出来，返回气化炉再次参加气化反应。循环流化床气化炉是唯一在恒温床上反应的气化炉，气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭不断循环回反应炉内，因而保持大的床密度，床截面上颗粒密度分布均匀，并使炭有足够的时间在床内停留，以适应还原反应速度慢的需要，适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质物料。循环流

化床气化炉的主要缺点是入料需要预处理，产气中灰分需要很好地净化处理和部件磨损严重。

(2)双流化床气化炉

双流化床气化炉分为两个组成部分:一部分是气化炉;另一部分是燃烧炉。气化炉中产生的燃气经分离后，沙子和炭粒流入燃烧炉中，在这里炭粒燃烧将沙子加热，灼热的沙子再返回到气化炉中，以补充气化炉所需的热量。 (3)携带床气化炉

携带床气化炉是流化床气化炉的一种特例，它不使用惰性材料作为流化介质，气化剂直接吹动炉中生物质原料，且流动较大，为紊流床。原料入炉前需粉碎成细小颗粒，气化温度高达1100℃，炭的转化率可达100%，燃气中焦油含量很低，但由于反应温度高而易烧结。