农村多户用型生物质下吸式固定床气化炉设计

（3） 物料粒度 从化学反应动力学角度分析,粒度较小的物料表面积较大,与气化剂混合充分, 利于气化反应,但气流阻力和风机的负荷增加; 反之,粒度较大的物料与气化剂接触面积变小, 反应不够完全, 同时容易产生 搭桥 现 象, 使物料不能均匀下落。推荐物料尺寸在80mm 80 mm 80 mm 与40 mm 40mm 40mm 之间较为合适。

（4） 物料的堆密度 物料的堆密度系指物料在自然堆积状态下的密度。堆密度的大小影响到气化炉内物料的驻留时间、 下落速度, 同时也影响到气化炉各部位的几何尺寸。表4.2 给出常见生物质物料的堆密度, 以供参考。 挥发分含量 生物质物料中的挥发分含量为63%~ 80%。通过合理的喉部设计, 保证一定厚度的炽热焦炭层存在, 可以使气体中的焦油得到充分裂解, 从而得到较为洁净的产出气。

表4.2 常见生物质物料的堆密度 kg/m3

（5）灰分含量 物料中存在较多的灰分且灰熔点较低时会造成气化炉氧化区内结渣, 产出气中焦油含量增大,严重时,气化炉不能运行。一般灰分含量在5%以内, 气化炉能够可靠地运行。 表2 给出常见生物质物料的灰分含量,以供参考。

表4.3 常见生物质物料的灰分含量 %

4.2 .2 物料需要量计算

东北农村多以玉米为主要农作物，因此选玉米秸杆为气化炉原料，根据公式：

M*η=天然气用量×天然气燃烧热值／生物质气热值

M =0.6×34000／（0.7×16672） =1.75Kg

4.3 气化炉外形尺寸的计算

4.3.1 气化炉内外径与高度计算

为满足五户农民家庭炊事所需，由公式：

取气化炉的气化效率η= 7 0 ％， 燃气热值QQT = 4 .6 MJ ／m3 。各种生物质的低位热值如表 l所 示， 取其平均值QWL =1 4 .9 3 1 MJ ／ k g ； 根据生物质秸秆在炉体压实后取其密度ρ=50kg／m3。根据标准状态下单位质量生物质可产生的生物质气的气化效率

η=QQT·Gv／QWL

知炉膛容积为

VLT =MWL／ρ=VQT／(ρGv)= VQT×QQT／(ηQWLρ)

式 中 VQT 一气体产量

(m3)

QQT 一冷气体热值 (kJ／m3) GV 一冷气体产率 (m3／kg)

QWL ——平均低位热值 (m3／kg)

其中：VQT =天然气用量×天然气燃烧热值／生物质气热值

由于天然气热 值 为 33360— 35445kJ／m3，生物质燃气热值≥4．6MJ／

m3，大约可得相当于 4.43m3 生物质气化气的用量VQT=4.43×5=22.15 m3 由此计算炉膛容积为

VLT = VQT×QQT／(ηQWLρ) =22.15×4600／（0.7×14931×50） =0.195 m3 VLT=?d2?L

14根据容积计算，设计炉膛的内径为48cm，外径为54cm，高度为110cm。 4.3.2 气化炉进气量计算

生物质物料与空气在气化炉中发生复杂的热化学反应, 从热动力学角度分析，空气量对于产出气成分的影响可以从图 4.1中看出, 图中横坐标值为所提供的空气中的氧与物料完全燃烧所需氧的当量比。

从图4.1中曲线可以看出,当量比为0时,没有氧气输入, 直接加热物料的反应属于热解反应,虽然也可以产生H2 , CO, CH4 等可燃成分,但产出气中焦油含量很高, 并且约占物料质量30%的焦炭不能同时转变为可燃气体; 当量比为1 时,物料与氧气发生完全燃烧反应,不能产生可燃气;只有在当量比为0. 25~ 0. 3 时, 即气化反应所需的氧仅为完全燃烧耗氧量的25% ~ 30% , 产出气成分较理想。当生物质物料中水分较大或挥发分较小时应取上限, 反之取下限。计算气化炉反应所需空气量时, 应首先根据生物质物料的元素分析结果, 按下式计算出其完全燃烧所需理论空气量 V ,然后按当量比0. 25~ 0. 3计算实际所需空气量 V 气。

图4.1 空气量与产出气成分关系

式中 V——物料完全燃烧所需的理论空气量, m3/ kg;

C—— 物料中碳元素含量, % ; H —— 物料中氢元素含量, % ; S ——物料中硫元素含量, % ; O ——物料中氧元素含量, %。