3內(nèi)燃加熱式氣化爐的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1氣化爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
溫度與滯留時(shí)間是決定氣相反應(yīng)程度的主要因素,文獻(xiàn)[14]表明在700℃,滯留時(shí)間大于8 s時(shí),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(jìn)行[7]。為調(diào)節(jié)物料在爐內(nèi)的下落時(shí)間,通過控制電動(dòng)機(jī)速度來控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度,使物料緩慢滑落。氣化爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原設(shè)計(jì)因固定滑板不便于安裝拆卸而不能采用,最終設(shè)計(jì)成如圖3所示的無固定滑板的可拆卸結(jié)構(gòu)。
電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)氣化爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪傳動(dòng)與電動(dòng)機(jī)直接連接在軸端相比,可減少熱量傳遞;與鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)相比,簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu),可以在較低的速度下運(yùn)行。
錐形滑板的傾角設(shè)計(jì)成45°;物料在滑板上滑落,再由電動(dòng)機(jī)調(diào)速可調(diào)節(jié)物料的滯留時(shí)間,使生物質(zhì)物料在爐內(nèi)有足夠的滯留時(shí)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(jiǎn)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?xì)馔ǖ?0.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(dòng)機(jī)17.進(jìn)水流量計(jì)18.換熱器19.燃?xì)庖L(fēng)機(jī)20.燃?xì)馊娱y21.止火器22.點(diǎn)火器23.空氣流量計(jì)24.風(fēng)量調(diào)解閥25.空氣流量計(jì)26.廢氣引風(fēng)機(jī)27.齒輪28.調(diào)速電動(dòng)機(jī)
3.2蛇形管內(nèi)燃燒換熱裝置的設(shè)計(jì)
采用燃?xì)饣亓魅紵秊闅饣?既減少空氣需求量,又可提高燃?xì)鉄嶂怠；亓魅細(xì)饨?jīng)過燃?xì)饣亓髡{(diào)解閥、止火器與經(jīng)過風(fēng)量調(diào)解閥、空氣流量計(jì)的空氣混合后由電子打火器點(diǎn)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?xì)馊紵郎囟确浅８?最高溫度可達(dá)1 200℃以上,所以對(duì)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(duì)流和熱輻射。實(shí)際的熱量傳遞往往是2種或3種基本方式的組合。燃?xì)饣亓魅紵驙t內(nèi)傳遞熱量方式為強(qiáng)制對(duì)流換熱?；亓魅紵龘Q熱管的尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)水蒸氣氣化加部分燃?xì)饣亓魅紵涂諝?水蒸氣氣化加部分燃?xì)饣亓魅紵齼煞N情況計(jì)算,其計(jì)算方法相同。設(shè)一根燃燒換熱管時(shí),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(jì)
氣化爐采用平衡通風(fēng)方式,燃?xì)庖L(fēng)機(jī)抽動(dòng)爐內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng),爐內(nèi)壓力為微負(fù)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(jì)采用螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu),但由于爐頂?shù)拿娣e有限,不便于設(shè)計(jì)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(gè)閥門和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。
3.4狹縫燃?xì)馔ǖ赖脑O(shè)計(jì)
生物質(zhì)氣化區(qū)與催化裂解區(qū)之間設(shè)計(jì)有狹縫式燃?xì)馔ǖ?該設(shè)計(jì)可使燃?xì)馀c灰渣有效分離。當(dāng)燃?xì)庥梢L(fēng)機(jī)抽動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)時(shí),灰渣則由于自身重力作用向下運(yùn)動(dòng);同時(shí)由于氣體沿著圓筒壁做螺旋上升運(yùn)動(dòng),作離心運(yùn)動(dòng)時(shí)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(diǎn),氣化過程產(chǎn)生的可燃?xì)庵薪褂秃康汀?/p>
3.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
影響生物質(zhì)氣化的一個(gè)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(cè)量爐內(nèi)溫度,為了測(cè)量不同區(qū)域的溫度,布置了多個(gè)測(cè)溫孔,圖3中“·”為測(cè)溫點(diǎn),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?xì)馊犹幉杉臍鈽硬捎脢W式氣樣分析儀在常溫下對(duì)采樣氣進(jìn)行分析。另外,在爐體上部安裝有攝像頭,以便于隨時(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)的實(shí)時(shí)反應(yīng)情況。
4結(jié)論
(1)本文設(shè)計(jì)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(diǎn)設(shè)計(jì)出的,氣化產(chǎn)生中熱值的氣體。
(2)本實(shí)驗(yàn)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?xì)鉄嶂?避免再為催化裂解單獨(dú)提供熱源,簡(jiǎn)化了生物質(zhì)氣化設(shè)備。
(3)設(shè)計(jì)爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),延長(zhǎng)了物料在爐內(nèi)的停留時(shí)間,減少氣化過程中焦油的產(chǎn)生,增強(qiáng)了氣化效率。
(4)設(shè)計(jì)爐內(nèi)蛇形管內(nèi)燃燒換熱裝置的設(shè)計(jì),減少了燃?xì)庵蠳2含量,提高燃?xì)鉄嶂怠?/p>
(5)設(shè)計(jì)爐內(nèi)霧化增濕裝置的,能夠冷卻生物質(zhì)燃?xì)?又提高燃?xì)鉄嶂怠?/p>
