化炉关键尺寸的设计和炉内温度特性

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布风板截面积 !) 在选定流化速度为 !$% & ’ ( 时，
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自由层高度要保证气体平均停留时间， 使之 符合气化要求。文献 -,. 表明在温度为 /!! 0 ， 停 留时间大于 1 ( 时， 二次反应基本结束。因此， 在 气体总量 2 总 )!$*%+ & ’ (， 自由层面积 4 )+ & 5 停
产气质量 焦油、 苯酚、 氨含 量高， 灰分低。 稳定负荷范围 负荷调节特性 灰排放 设备投资 高投资
炉型 固定床 （上吸 式） 气化炉 鼓泡床气化炉
生产强度
’
原料预处理
气化效率
!"" #$ （ % &・ ( ） 严格的尺寸
要求 ・ , """ #$ （ % &’ ( ） 尺寸要求低 ・ ’ """ #$ （ % &’ ( ） 尺寸要求低
低投资
化床气化炉， 但鼓泡床和循环流化床也有一定缺 点， 比如循环流化床气化炉的飞灰再循环比较难 实现。针对以上问题， 我们设计了内循环流化床 气化炉。
高水分等特性， 需要在气化炉床层内加入合适的 媒体作为床料。 表 ’ 为 ’ 种原料和床料——石英 砂的物性参数。在不同的操作条件下， 不同颗粒 之间将会出现完全分离 （离析） 、 部分离析以及完 全混合等不同流动形态。 由下列公式可以求出生 物质与石英砂双组分的临界流化速度。
3 *
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运行控制 图 + 显示，在气化炉内垂直布置了 3 个测温
3$+ 床内温度变化特征
点， 分别测量沸腾层、 悬浮室底部和悬浮室顶部燃 气出口处温度。 图 * 反映了在稳态时， 沸腾层温度对悬浮室 温度和气体出口处温度的影响。图 3 显示当量比
900 850 ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡ 800 750 700 650 600 550 700
引言 生物质能源是一种理想的可再生能源， 具有 低污染特性。生物质气化发电技术是把生物质转 换成可燃气， 再利用可燃气推动燃气发电设备进 行发电的技术。该技术既能克服生物质难于燃用 而且分布分散的缺点， 又可以充分发挥燃气发电
收稿日期： "../A.!A!9 基金项目：国家高技术研究发展计划 （[@9 计划） 项目 （"..!’’/!:.!. ） 作者简介：原晓华 （!<;@A ） ， 男， 工程师， 主要从事生物质能开发与利用工作。
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式中： 8&9:& 是混合物的最小流化速度； ;<=99 是混合 物当量直径； !=99 是混合 物 的 对 应 密 度 ； !$ 是 流 化 介质的密度； " 是流化介质的粘度； !> 是 相 关 系 数； ;<, 是 砂 的 直 径 ； ;<’ 是 生 物 质 的 直 径 ； ", 是 床 内砂的质量； ?’ 是 床 内 生 物 质 的 质 量 ； !, 是 砂 的 真实密度； !’ 是生物质的真实密度。
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由表 ’ 和上述公式可以计算出， 在床料质量 为 !"" #$， 进料量为 ’." #$ % ( 的条件下， 以木屑 为气化原料时，炉内各组分临界流化速度约为 ； 以稻壳为气 "/,0 & % （ 1 ."" 2， "/,3 456 状态下） 化原料时，临界流化速度为 "/3. & % 1 （."" 2 ， 。炉内各组分的流化速度可控 "/,3 456 状态下） 制在临界流化速度和自由沉降速度之间。根据热 态试验经验数据可知， 燃用稻壳时， 低速区风速 为 "/0+"/- & % 1， 高 速 区 风 速 为 "/.+,/0, & % （ 1 在 ； 燃用木屑时， 低速区 ."" 2 ， "/,3 456 状 态 下 ）
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+56DP,3 !!/...U WB56E） #42,3GK4 162H5H3H4， 73&.-*1. ： >B4 C425D6 E6C ,F4GEH5,6 ,I E 64J K7EFL,EGCAHMF4 5664G K5GK37EH5,6 DE25I54G JE2 56HG,C3K4C 56 HB52 FEF4G-&4 56HG,C3K4 B,J H, C425D6 HB4 KBEGEKH4G52H5K C5N4625,6 56 HB52 FEO F4G- >5NL4GAHMF4 I347 E6C G5K4 B32P KE6 L4 324C E2 I347- >B4 I735C5Q4C R47,K5H542 EG4 C5II4GO 46H JB46 HB4 I347 52 C5II4G46H- >B4 E2B I325,6 KBEGEKH4G52H5K2 EG4 56C5KEH4C 56 HB52 FEF4G- 1H 52 E 4II4KH5R4 N4E62 H, ER,5C 27ED LM K,6HG,7756D HB4 H4NF4GEH3G4 ,I 2E6C L4C 36C4G </. = J5HB H5NL4GAHMF4 I347 E2 I44C2H,KP E6C HB4 H4NF4GEH3G4 ,I 2E6C L4C KE6 L4 ! ... = J5HB,3H 27ED FG,L74N JB46 J4 324 G5K4 B32P E2 I44C2H,KP8$5 0+-%&： K7EFL,EGCAHMF4 5664G K5GK37EH5,6 DE25I54G ； HB4 C425D6 ,I C5N4625,6； HB4 KBEGEKO H4G52H5K ,I ,F4GEH5,6 !
设备结构紧凑而且污染少的优点，是生物质能最 有效的利用方式之一。 生物质气化技术近年来得到很大发展，科研 人员已经开发出多种形式的气化炉。表 ! 给出当 前几种气化炉型的比较状况。 从表 ! 可以看出， 大容量气化装置要选用流
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
!"
可再生能源
（ 总第 ,’" 期） ’""!/’
研究与试验
表! 不同气化炉的比较
/!..;. ； "- 中国科学院 研究生院， 广东 !!/... ）
/!..;. ； 9- 华东
".."9; ； :- 辽宁省能源研究所，辽宁 营口
要：介绍了一套新型的隔板式内循环气化炉的设计和运行情况。详尽说明了内循环气化炉中几个特征尺
寸， 如布风板的面积、 隔板的高度和自由层高度的确定方法。针对 " 种不同原料 （木屑和稻壳） 的运行风量和床 内温度调节特性， 结合生物质灰的熔融特性， 经过大量试验， 得到如下结论： 燃用木粉时， 控制砂床温度低于 可以有效防止炉内结焦； 燃用稻壳时， 控制砂床温度在 ! ... = 下， 可以有效防止炉内结焦。 </. = ， 关键词：隔板式内循环气化炉；尺寸设计；运行特性 中图分类号： >?@ 文献标识码： ’ 文章编号： !@;!A/"<" （"../ ） ."A..!"A.:
’/’ 使用原料的特性和流化速度的选择 在本次设计过程中，使用了 ’ 种气化原
料——木屑、 稻壳。考虑到原料难以流化和具有
表"
种类 稻壳 木屑 石英砂
原料和床料的物性参数
粒径范围 （&&） 平均当量粒径 （&&） 自然堆积密度 （#$ % &3） 真实密度 （#$ % &3） 临界流化速度 （& % 1） 自由沉降速度 （& % 1）
风速为 "/’+"/0 & % 1， 高速区风速为 "/!+,/0, & % 1 （在 ."" 2， 。 "/,3 456 状态下）
’/3 气化炉特征尺寸的确定
隔板式内循环流化床气化炉的特征尺寸包括 布风板的面积、 自由层高度、 隔板高度。 以 ’." #$ % ( 的生物质处理量为设计标准， 空 气量按空气比为 "/’ 计算，每千克干物料 （无杂
" 隔板式内循环流化床气化炉的设计 ’/, 内循环流化床气化炉的原理
在隔板式内循环流化床气化炉内部增设了 这 ’ 部分的进 一个隔板， 将气化炉分成 ’ 部分， 风量不同， 因而形成了 ’ 个不同的区域， 即高速 区和低速区。高速区的流化介质和生物质物料在 隔板上方向低速区流动， 而低速区的流化介质和 生物质物料通过隔板底部通道向高速区流动， 在 气化炉内形成一个循环。进料口位于低速区上 部。这样， 在反应过程中， 生物质先经过低速区再 进入高速区，增加了物料在气化炉内的滞留时 间， 使物料同流化介质充分混合、 接触， 有利于气 化反应的进行， 提高了气化效率。
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留时间 6 )1 ( 的条件下， 自由层高度为
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6 <2 总 1<!$*%+ )*$!11 & ) 4 +
气化炉隔板的高度要保证炉内物料颗粒的 平均停留时间， 使之满足气化要求。调高隔板高 度， 则物料颗粒在炉内停留时间增长。在选定流 化速度情况下， 隔板高度为 +$" & 时， 可以保证生 物质 （木屑） 物料停留时间为 + &78。图 + 是进料 量为 *1! 9: ’ ; 的气化炉结构简图。
@ABACDEFA ABA@GH BI$* *!!" J+*! K((LM 78 DNNO
不畅通， 炉内为正压时， 落料管中物料停滞， 如果 落料管温度过高，生物质就会发生裂解，产生焦 油， 导致物料粘连， 堵塞落料管。在使用木屑原料 时， 炉内压力波动大， 采用这种进料方式无法连续 进料。采用螺旋进料机加料虽然平稳，但密封不 严， 同时物料在螺旋轴内发生挤压， 可能出现卡涩 情况。由文献 -". 和实际运行经验可知， 变螺旋进 料机可以有效避免物料卡涩现象，而且密封效果 良好，所以在实际设计中采用了变螺旋进料机进 料方式。
研究与试验
#$%$&’()$ $%$#*+ %,-" "../ 0!". 12234 56 ’778
隔板式内循环流化床气化炉关键尺寸的 设计和炉内温度特性
" 9 原晓华 !， ，马隆龙 !， ，吴创之 !，任永志 :，赵
勇 :，崔亨哲 :
广州
（!- 中国科学院 广州能源所，广东 理工大学，上海 摘
广州
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燃料局限性强， 低飞灰， 不宜调节 可以使用不同 燃料， 快速调节 可以使用不同燃 料， 快速调节 高飞灰 可熔渣。 较低飞灰
焦油、 苯酚、 氨含 量低， 灰分较低。
低投资
循环流化床 气化炉
焦油、 苯酚、 氨含 量低， 灰分高。
3 质） 消耗空气 "/73 &（标准状况下） ， 物料水分及
灰分总和按 ,"* 计， 则气化炉每小时消耗空气量 为 ’3! &3 左右。假定气化炉在 -!" 2下运行， 并
,3
研究与试验
假定气化过程产生的气体在炉底为 ! ，在炉顶最 大， 产 出 气 中 氮 气 含 量 为 "!# ， 则炉内平均气体 总量为