3內(nèi)燃加熱式氣化爐的機構(gòu)設(shè)計
3.1氣化爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計
溫度與滯留時間是決定氣相反應(yīng)程度的主要因素,文獻[14]表明在700℃,滯留時間大于8 s時,氣相反應(yīng)基本結(jié)束。提高反應(yīng)溫度,有利于以產(chǎn)氣為主要目的的氣化過程的進行[7]。為調(diào)節(jié)物料在爐內(nèi)的下落時間,通過控制電動機速度來控制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動速度,使物料緩慢滑落。氣化爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的原設(shè)計因固定滑板不便于安裝拆卸而不能采用,最終設(shè)計成如圖3所示的無固定滑板的可拆卸結(jié)構(gòu)。
電動機經(jīng)齒輪傳動帶動氣化爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)動。齒輪傳動與電動機直接連接在軸端相比,可減少熱量傳遞;與鏈傳動、帶傳動相比,簡化機構(gòu),可以在較低的速度下運行。
錐形滑板的傾角設(shè)計成45°;物料在滑板上滑落,再由電動機調(diào)速可調(diào)節(jié)物料的滯留時間,使生物質(zhì)物料在爐內(nèi)有足夠的滯留時間,利于熱量的傳遞,減少熱解氣中焦油含量[15]。
圖 3內(nèi)燃加熱式氣化爐簡圖
1.料斗2.回轉(zhuǎn)閥3.催化劑入口4.過濾網(wǎng)5.錐形滑板6.蛇形管換熱器7.耐火層8.氣化區(qū)9.狹縫燃氣通道10.裂解區(qū)11.保溫層12.催化劑出口13.增濕器14.側(cè)窗口15.出灰口16.調(diào)速電動機17.進水流量計18.換熱器19.燃氣引風(fēng)機20.燃氣取樣閥21.止火器22.點火器23.空氣流量計24.風(fēng)量調(diào)解閥25.空氣流量計26.廢氣引風(fēng)機27.齒輪28.調(diào)速電動機
3.2蛇形管內(nèi)燃燒換熱裝置的設(shè)計
采用燃氣回流燃燒為氣化供熱,既減少空氣需求量,又可提高燃氣熱值?；亓魅細饨?jīng)過燃氣回流調(diào)解閥、止火器與經(jīng)過風(fēng)量調(diào)解閥、空氣流量計的空氣混合后由電子打火器點燃燃燒,燃燒氣體經(jīng)過蛇形管向氣化爐內(nèi)傳遞熱量。由于燃氣燃燒溫度非常高,最高溫度可達1 200℃以上,所以對燃燒管的耐高溫性能要求非常高,可采用0Gr25Ni20。燃燒火焰部位內(nèi)襯陶瓷管,防止高溫?zé)g。
熱量傳遞方式有熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。實際的熱量傳遞往往是2種或3種基本方式的組合。燃氣回流燃燒向爐內(nèi)傳遞熱量方式為強制對流換熱?；亓魅紵龘Q熱管的尺寸設(shè)計根據(jù)水蒸氣氣化加部分燃氣回流燃燒和空氣-水蒸氣氣化加部分燃氣回流燃燒兩種情況計算,其計算方法相同。設(shè)一根燃燒換熱管時,燃燒產(chǎn)生的廢氣最高溫度為1 200℃,廢氣出爐溫度為300℃,爐內(nèi)燃燒管附近最高溫度為1 000℃,最低溫度為100℃,管壁平均溫度比廢氣平均溫度低100℃。
3.3氣化爐壓力控制和加料方式的選擇與設(shè)計
氣化爐采用平衡通風(fēng)方式,燃氣引風(fēng)機抽動爐內(nèi)氣體運動,爐內(nèi)壓力為微負壓,在爐體頂部安裝安全閥,避免爐內(nèi)壓力過大。氣化爐原設(shè)計采用螺旋進料機構(gòu),但由于爐頂?shù)拿娣e有限,不便于設(shè)計安裝,故改用回轉(zhuǎn)閥加落料管式加料法,該方法雖然密封性欠佳,但爐內(nèi)的生物質(zhì)氣化需要一定量氧氣,因而可滿足工作要求。在工作過程中,通過調(diào)節(jié)各個閥門和電動機轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
3.4狹縫燃氣通道的設(shè)計
生物質(zhì)氣化區(qū)與催化裂解區(qū)之間設(shè)計有狹縫式燃氣通道,該設(shè)計可使燃氣與灰渣有效分離。當(dāng)燃氣由引風(fēng)機抽動向上運動時,灰渣則由于自身重力作用向下運動;同時由于氣體沿著圓筒壁做螺旋上升運動,作離心運動時灰渣碰到爐壁將滑落到爐體底部。另外使氣化爐具有下吸式氣化爐的優(yōu)點,氣化過程產(chǎn)生的可燃氣中焦油含量低。
3.5監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
影響生物質(zhì)氣化的一個重要因素是溫度,爐內(nèi)最高溫度約在1 000℃左右,采用鎳鉻鎳硅熱電偶來測量爐內(nèi)溫度,為了測量不同區(qū)域的溫度,布置了多個測溫孔,圖3中“·”為測溫點,各熱電偶經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)接到數(shù)字式毫伏表,可以觀察不同區(qū)域的溫度變化。燃氣取樣處采集的氣樣采用奧式氣樣分析儀在常溫下對采樣氣進行分析。另外,在爐體上部安裝有攝像頭,以便于隨時監(jiān)測爐內(nèi)的實時反應(yīng)情況。
4結(jié)論
(1)本文設(shè)計爐的氣化工作原理是結(jié)合下吸式固定床氣化爐、干餾氣化、空氣氣化、水蒸氣氣化和焦油的催化裂解的特點設(shè)計出的,氣化產(chǎn)生中熱值的氣體。
(2)本實驗爐有效地將生物質(zhì)氣化與焦油的催化裂解集于一體,提高了燃氣熱值,避免再為催化裂解單獨提供熱源,簡化了生物質(zhì)氣化設(shè)備。
(3)設(shè)計爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計,延長了物料在爐內(nèi)的停留時間,減少氣化過程中焦油的產(chǎn)生,增強了氣化效率。
(4)設(shè)計爐內(nèi)蛇形管內(nèi)燃燒換熱裝置的設(shè)計,減少了燃氣中N2含量,提高燃氣熱值。
(5)設(shè)計爐內(nèi)霧化增濕裝置的,能夠冷卻生物質(zhì)燃氣,又提高燃氣熱值。
