工業級下吸式生物質氣化爐加料裝置的研制和運行

劉元月 李啟剛 郭凱熊 李啟建

摘 要：工業級下吸式生物質氣化爐體積較大，要求加料裝置布料均勻、連續可調、工作可靠。設計了一種加料裝置，利用三層空間三次旋轉刮料方法，將一般的加料變為封料、內圓周刮料、外圓周刮料、傘面擴散的方式，在自動封閉爐腔的情況下，連續均勻布料，使爐內氣化均勻穩定。經過一年多的實際運行，證明符合使用要求。

關鍵詞：生物質氣化；下吸式氣化爐；加料裝置；自然堆積角

引言

本世紀以來，我國的固定床生物質氣化技術發展較快，其中的下吸式氣化爐由于燃氣中焦油含量較低，已逐漸占據主要地位[1]。根據有關數據，下吸式氣化爐燃氣中焦油含量為50～500mg/m3，而上吸式為10～100g/m3[2]。顯而易見，下吸式氣化爐在這方面具有突出優勢。但現有的固定床氣化爐一般規模較小，多用于農村地區供氣。而隨著生物質燃氣的工業應用增多，包括直接燃燒供熱于工業窯爐或鍋爐，驅動內燃機、燃氣輪機發電，合成液體燃料及化學品等[3]，下吸式氣化爐也出現了大型化的趨勢。

下吸式固定床氣化爐的加料裝置基本有3種類型：螺旋葉片式加料裝置、刮板式加料裝置和提斗式加料裝置[4]。下吸式氣化爐的加料裝置一般在爐頂中間位置，當爐體尺寸較大時，由于生物質流動性較差，容易出現較大的自然堆積角[5]。自然堆積角過大，則無法保證運行中反應層的穩定[6]，而且容易出現明火引發事故的發生。因此，針對此問題出現了一些解決方案。如有的生物質下吸式氣化爐在爐頂采用撥料器自動撥料[7]，或安裝搗料爪使燃料均勻的流入氣化爐中[8]，有的技術方案提供一種刮料裝置，通過刮料使輸送進爐體內的料始終保持料面高度一致，保證燃燒產氣均勻，不易出現明火，穩定爐壓，提高產氣量[9]。

研制了一種將加料裝置和布料裝置相結合的新型加料裝置，滿足物料沿爐膛橫截面均勻布料的要求，并以料封形式將爐內外相對隔斷以提高氣化爐的安全性。本加料裝置還有連續式加料、原料適應性廣、方便調節加料量、可靠性高的優點，滿足工業級下吸式生物質氣化爐對加料裝置的要求。

工業級下 吸式生物質氣化爐加料裝置

設計并制作了新型加料裝置，其結構如圖1所示。

本加料裝置主要由料斗、電機減速機、傳動軸、撥桿、傘面、筒體、層板等組成，裝在爐體頂部中間位置。傳動軸由電機減速機傳動，傳動軸上固定連接撥桿1、撥桿2、撥桿3、傘面。筒體上連料斗、下面固定連接層板1、層板2、層板3。撥桿1、撥桿2、撥桿3分別在層板1、層板2、層板3上面一定位置，以刮下對應層板上的物料。

層板1如圖2所示，中間的圓孔為與傳動軸相配合的孔，與傳動軸有一定間隙，右側的孔為下料孔，該下料孔在料斗的對側位置。層板1承托料斗內的生物質料。層板1、層板2、層板3外徑相同，均與筒體固定連接。

層板2如圖3所示，層板2內孔較大，為物料下落孔。

層板3如圖4所示，層板3的4個圓弧形孔為下料孔，靠近圓周外側。層板3中間的圓孔為與傳動軸相配合的孔，與傳動軸有一定間隙。

電機減速機沒有啟動時，各層板上的下料孔相互錯開，所以料斗內的物料不會自動落入爐內。

加料時，傳動軸轉動帶動撥桿1、撥桿2、撥桿3轉動，分別將層板1、層板2、層板3上的生物質料刮落。層板3下落的生物質料由轉動的傘面拋灑在爐體內。選擇合適尺寸的傘面并控制料位高度就能將生物質料基本平布在爐內橫截面上。斗內的物料和各層板上的物料起到了料封的作用，將爐內與外界隔開，提高了氣化爐的安全性。

本加料裝置利用三層空間三次旋轉刮料方法，將一般加料裝置的直接落料變為封料、內圓周刮料、外圓周刮料、傘面擴散的方式，在自動封閉爐腔的情況下，達到了連續均勻布料的效果，也使生物質料在加料裝置內得以預熱，達到了加速反應進行的效果。

加料裝置及氣化爐的運行效果

該裝置及氣化爐制作完成后投入了實際運行。該氣化爐產生的燃氣供一條隧道窯燒結電瓷，氣化爐內徑為2.5米。原料主要是稻殼，有時也加入了破碎的舊木料等生物質廢棄物。氣化劑入口在爐體上部，如圖1所示。氣化劑入口有多個，沿爐體圓周方向均布。氣化劑主要為空氣，為提高燃氣熱值，加入了部分氧氣。

本氣化爐采用上部點火方式運行，即生物質料在傘面拋灑過程中，就處于加熱和氣化過程。本氣化爐內部為負壓，爐體側面的不同高度開了數個觀火孔，以便檢查火情和料位。本加料裝置電機為變頻控制，很方便調節加料量。

在氣化爐上方安裝了視頻監控裝置，操作人員可隨時觀察料斗料位及電機轉動情況。

經運行驗證，本加料裝置可適應多種原料，尺寸100mm以下的各種生物質料均能使用。

本加料裝置與螺旋加料裝置相比對物料的適應性較強，因為生物質料一般為農林廢棄物，內部會不時出現石頭、水泥塊、金屬或纖維類雜物，容易將螺旋卡死或堵塞，而本加料裝置基本沒有出現類似情況。

提斗式加料裝置雖然對尺寸較大、又不均勻的氣化原料的適應性強，但由于是間歇式加料，不夠連續，對爐內反應的穩定性有一定影響。

在使用稻殼的情況下，本氣化爐的低位燃氣熱值經檢測為：6.55MJ/m3，高于一般下吸式生物質氣化爐的3.8～5.5MJ/m3[10]。

結論

本加料裝置及氣化爐經過一年多與電瓷廠燒結隧道窯配套使用，運行穩定可靠，調控方便，適應多種生物質料，安全性高。應用結果說明，本加料裝置及氣化爐，在技術上是可行的，符合綠色能源的發展方向，值得進一步的開發和利用。

參考文獻

[1] 吳創之，劉華財，陰秀麗.生物質氣化技術發展分析[J].燃料化學學報，2013，41（7）：798-804.

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[3] 胡夏雨，袁洪友等.生物質混流式固定床氣化爐運行特性分析[J].新能源進展，2015，6：Vol. No.3.

[4] 趙力，景元琢，劉國喜.下吸式固定床氣化爐的加料裝置[J].可再生能源，2009，2：Vol.27 No.1.

[5]馬隆龍，吳創之，孫立.生物質氣化技術及其應用[M].北京：化學工業出版社，2003.

[6]吳創之，馬隆龍等.生物質能現代化利用技術[M].北京：化學工業出版社，2003.

[7]張齊生，馬中青，周建斌.生物質氣化技術的再認識[J].南京林業大學學報（自然科學版），2013，1：Vol.37，No.1.

[8]張小平.大型秸稈氣化爐自動進料裝置[P].中國：CN201512509U，2010.

[9]徐歡.生物質氣化爐的刮料裝置[P].中國：CN202482280U，2012.

[10]孫立，張曉東.生物質熱解氣化原理與技術[M].北京：化學工業出版社，2013.

（作者單位：湖南陽東生物潔能科技有限公司）