气化炉设计及数值计算论文

课程：新能源开发与利用

专业：农业机械化及其自动化姓名：XXX

学号：XXXXXXXX

教师：XXX

小型家用气化炉设计及数值计算

XXX

（院系:南农工学院农机系学号：XXXXXXXX E-mail：XXXXXXX@）

摘要：随着化石燃料资源的日益减少以及在利用过程中对环境造成的巨大破坏，生物质能的资源化利用正受到越来越多的重视。而小型家用生物质气化技术由于具有结构简单，管路短，操作维护简单方便，耗资少等优点，适应于我国农村目前普遍的经济水平和组织体制。本文结合我国农村的实际情况，设计出小型家用生物质上吸式气化炉。该小型家用气化炉解决了现役气化炉中气化性能不理想，焦油含量高的问题。相信此类气化炉将在未来占据一定规模的市场份额，逐步推广到我国农村偏远地区，为解决民生问题作出巨大贡献。

关键词：气化炉；生物质；数值设计；秸秆；净化装置

Small Household Gasifier Design And Numerical Calculation

XXX

(departments: south NongJiXi a&m college student number: XXXXXXX E-mail:XXXXXXX@) Abstract:With the dwindling of fossil fuel resources and caused enormous damage to the environment in the process of utilization, biomass utilization is being more and more attention. And because small household biomass gasification technology has the advantages of simple structure, short line, simple and convenient operation and maintenance, less cost, adapted to the current general economic level and organization system in the rural areas. Combined with the actual situation of our country rural area, this paper designed a small household suction on the biomass gasifier. The small household gasifier has solved the active service in the gasifier gasification performance is not ideal, the problem of high tar content. Believe this kind of gasifier will occupy the market share of a certain size in the future, gradually to remote rural areas in China, the huge contribution to solve the problem of the people's livelihood.

Key words:gasifier; biomass; numerical design; straw; purification plant

0 引言

在世界能源消耗中，生物质能源一直是人类赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量的第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。大量使用大自然馈赠的生物质能源，几乎不产生污染，资源可再生而不会枯竭，同时起着保护和改善生态环境的重要作用。由此，我国小型家用生物质气化炉逐步进入人们的视野。

基于党和政府对生物质能开发利用的高度重视，给小型家用生物质气化炉的发展带来了机遇。小型家用生物质气化炉相对于传统的粗燃烧炉具在生产数量、产品质量、加工能力等方面都占据着很大的优势，小型家用生物质气化炉是目前农户使用比较理想的生活设施，对于解决农村的节能减排、改善室内空气质量等问题有着重要的现实意义。

1 气化炉分类及原理概述

1.1 气化炉分类

气化炉是生物质气化设备的核心技术，大体上可分为两大类，即固定床气化炉和流化床气化炉。

1.1.1 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。

其中，以上吸式气化炉为例。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。

燃气在经过热分解层和干燥层时，将其携带的热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉子热效率大大提高。上吸式气化炉热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分，且相较其他类型结构简单，加工制造容易，炉内阻力小。

1.1.2 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。

一般家用气化炉选择固定床气化炉。

1.2 气化炉原理

生物质热解气化(简称气化)是一种热化学反应技术，它是指利用空气中的氧气、含氧的物质或水蒸汽作为气化剂，将生物质中的碳氧化成CO、H2、CH4等可燃气体的过程。气化反应过程随着气化装置的类型、工艺流程、反应条件、气化剂种类、原料性质等条件的不同，其反应过程也不相同。

以上吸式气化炉为例，大致分为氧化反应、还原反应、裂解反应和秸秆的干燥。

1.2.1 氧化反应

空气由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时被加热，加热后的气体进入气化炉底部的氧化区，在这里同炽热的炭发生燃烧反应，生成二氧化碳同时放出热量，由于是限氧燃烧，氧气的供给是不充分的，因而不完全燃烧反应同时发生，生成一氧化碳，同时也放热量。在氧化区，温度可达1000~1200℃，反应方程式为：

C+O2=CO2+△H，△H=408.8千焦

在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热为还原区的还原反应、物料的裂解和干燥，提供了热源。在氧化区中生成的热气体（一氧化碳和二氧化碳）进入气化炉的还原区，灰则落入下部的灰室中。

1.2.2 还原反应

在还原区已没有氧气存在，在氧化反应中生成的二氧化碳在这里同炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2）。由于还原反应是吸热反应，还原区的温度也相应降低，约为700~900℃。

还原区的主要产物为一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和氢气（H2），这些热气体同在氧化区生成的部分热气体进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。