户用型上吸式生物质气化炉的设计

新能源课程设计任务书

题目：户用型上吸式生物质气化炉的设计姓名：

班级： 08热能一班

学号：

日期： 2011.6.19

摘要：

能源问题是全球重大问题，生物质能是一种有效的替代能源，可以缓解能源的紧张问题。我国生物质能比较丰富，应加强生物质能的研究。

原理概述：

生物质气炉制造的秸秆燃气，属于绿色新能源，具有强大的生命力。由于植物燃气产生的原料为农作物秸秆、林木废弃物、食用菌渣、牛羊畜粪及一切可燃性物质，是一种取之不尽，用之不竭的再生资源。然而，在我国目前农村能源结构（秸秆燃气、天然气、液化气、沼气、太阳能、电、原煤、蜂窝煤，原植物燃料）当中，唯独有秸秆燃气最经济、最方便、最节能、最适用，不仅使用安全，而且清洁卫生。每个农户每天只需植物原料3-5公斤，方可解决全天生活用能（炊事、取暖、淋浴），并且像液化气一样燃烧，完全可以改变我国农村烟熏火燎的生活方式，完全可以取缔传统柴灶，替代液化气。

关键词：生物质、上吸式、气化、户用型。

第一章绪论

1. 1 发展背景

能源是人类生存和发展的物质基础。建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料的基础上的能源体系极大地推进了人类社会的进步和发展。然而现代经济过渡依赖化石能源。这种过渡依赖带来了环境问题、经济危机、现代战争、领土和领海争端等一系列问题。

从能源的发展前景来看，化石能源的前景不容乐观。《BP世界能源统计2009》现实，按照当前开采速度全球原油剩余量仅供人类开采42年。以同样的方式计算，天然气可供60年，煤可供122年。尽管地质学家对化石能源匮乏时间仍有争论，但无论如何，化石燃料终将耗尽确是无可争辩的事实。

寻找一种可再生的替代能源已成为社会普遍关注的焦点。可再生能源包括太阳能、风力、水力、潮汐和生物质能等。生物质能是仅次于煤、石油和天然气居于世界能源消费总量第四位的能源。作为唯一的可储存和输运的能源，具有广泛的发展前景。

21世纪中国的可持续发展面临着能源的严峻挑战:国内优质能源资源不足，环境问题于能源安全日益迫切，温室气体的排放的压力日益加大。改变我国传统的能源生产模式、消费模式，利用生物质能等清洁可再生能源，对建立可持续发展的能源系统，促进我国经济发展和环境保护具有十分重大的现实和战略意义。

1. 2 秸秆气化炉的发展前景

随着我国经济水平的提高，中国农民的收入也大步增高。因次许多农民告别了烟熏火燎的日子，利用电饭煲、电饭锅等进行做饭烧水。这种能源利用方式的改变使他们过上了更加方便、文明和卫生的生活。然而，要完全依靠电力来保证8亿农民的生活需求，则是国力和环境的承重负担。我国生物质资源的大量浪费和农村商品能源的大量需求逐年增大的局面，引起政府和社会的关注。我国绝大多数农村和小城镇居民，能源消耗量的80%以上是直接燃烧生物质能而得到的。这种产能方式不仅利用率低下，而且对环境有很大的危害。所以迫切需要一种将生物质能转化为清洁能源的装置。秸秆气化炉就是这样一种装置。它以农作物秸秆、农林废弃物为主要气化原料。气化炉的生产成本不高，而是用成本更低。该技术在农村的应用前景极其广阔，在改变农村传统饮炊习惯，减少农民开支，提高农民生活质量等方面具有较大的推广价值。

1. 3 秸秆气化炉的工作原理

气化炉是根据有机物的热解原理，是炉内的生物质在一定温度和氧气条件下充分裂解为可燃性气体。只需要点燃炉内生物质即可产生高温，在缺氧的环境下，生物质裂解为甲烷、氢气、一氧化碳等可燃气体。燃气自动导入分离系统执行脱硫、脱尘、脱水蒸气等净化程序，产生优质燃气。燃气通过管道出送到燃气灶，点燃（亦可电子打火）即可使用。

第二章户用型上吸式生物质气化炉的结构设计

2.1 气化炉总体方案的确定

2.1.1 研究设计原则

（1）气化效率高，燃气质量好

目前市场上许多气化炉的效率<70%，燃气低位发热量<4.6MJ/Nm³，燃气中一氧化碳含

量>20%，不满足国家标准，既造成了能源的浪费，有对用户生命安全构成危邪。必须合理的设计气化炉，使燃气成分指标合乎国家标准。

（2）物料适应性好

由于农村生物质种类比较多，设计出的气化炉机组应具有广泛的适应性。

（3）坚固耐用，运行稳定选用合理的耐火材料和炉排材料大大延长维修周期，增加设备的稳定性。

（4）结构简单，操作方便，价格低廉

由于生物质气化炉主要用于农村，因此结构不能太复杂。要设计合理便于维修及工作人员的日常运行。同时还应该降低成本，以利于推广。

2. 1. 2 拟达到的技术指标

(1)点火起动时间：<8min；

(2)气化炉运行稳定，一次加料后持续稳定燃烧时间≥39min

(3)气化效率：≥70％；

(4)热效率：≥90％；

m

(5)燃气热值：>4600kJ/N3

m/kg，可供农户一天的炊事使用；

(6)产气量：≥2.03

(7)封火时间: ≥12h

m

（8）焦油含量<30mg/3

2. 1. 3 生物质气化炉的选型

现在常用的生物质气化炉根据鼓风方法不同和燃气相对于燃料的流动方式不同可以分为上吸式、下吸式和平吸式。

由于生物质气化炉主要时用在农村，它要求燃气质量好，发热量高，适合炊事；杂质含量（特别是焦油）低。使煤气表和燃气灶不容易堵塞，从而延长使用寿命；炉体结构简单，成本低，操作和维修方便；通用性好，适合于挥发分含量较高的农林废弃物气化。衡量上吸式、下吸式和平吸式三种型号气化炉，上吸式气化炉综合性能能满足上述要求。故本设计采用上吸式气化炉。

2. 1. 4 上吸式气化炉的工作原理

一般常压下固定床上吸式气化炉按工作状态分为四个区域：干燥区、热分解区、还原区和氧化区。

(1) 干燥区

在气化炉的最上层为干燥层，从上面加入的燃料直接进入到干燥区，湿物料在这里同下面三个反应区生成的热气体产物进行换热。使原料的水分蒸发出去，生物质原料由含一定水分到不含水分的干物质燃料。干燥层的温度大约是100~250°C。干燥区的产物为干物料和水蒸气，而水蒸气随着其他三个反应区的产热而排除气化炉，而干物料则掉落到裂解区。

（2）热分解区

在氧化区和还原区产生的热气体，在上述反应中经过裂解层，将生物质加热。生物质经过加热后发生裂解反应，在反应中生物质中大部分挥发分从固体中挥发出来。由于裂解需要大量