生物質燃燒與氣化中的設備改進

摘要：相對傳統的化石能源，生物質具有可再生、低污染性等優點。目前，合理高效利用生物質已成為我國在能源安全和保障的重要任務之一。本文主要針對目前生物質在燃燒、氣化等主流技術中的主要設備進行改進，從而對生物質進行更為科學高效利用。

關鍵詞：生物質利用;設備改進

0前言

大力發展新能源及可再生能源是解決當前國內外能源短缺與環境污染問題的主要途徑。生物質能作為可再生能源的一種，一直被廣泛關注。生物質利用過程中相關設備的不斷完善與改進是促進生物質能利用的有效途徑。

1生物質固體燃料應用方面

1.1?? 壓縮成型設備

目前國內生物質燃料成型機只是將生物質原料壓成實心的塊狀或棒狀等，但實心的生物質燃料在燃燒時由于與空氣接觸面積少，使得燃燒不充分。現針對螺旋擠壓式成型機改進得到螺旋擠壓式蜂窩成型機：

改進后的螺旋擠壓式蜂窩煤成型機增加了一個沖孔機構，沖孔機構包括沖頭、一對限位板、連桿、曲柄、環形滑塊和驅動機構。環形滑塊靠近殼體的一側均勻分布有沖頭，遠離殼體的一端鉸接有連桿，驅動機構包括驅動電機和減速箱，減速箱輸出端固定有曲柄，曲柄的另一端與連桿遠離環形滑塊的一端轉動連接。由于曲柄、連桿以及環形滑塊構成一個曲柄滑塊機構，環形滑塊上設有沖頭，所以曲柄轉動時環形滑塊帶動沖頭在軌道上做直線往復運動、沖頭穿入保型筒內時會將保型筒內壓實的生物質原料上穿孔形成蜂窩煤狀，有利于燃料的充分燃燒。由于生物質原料源源不斷地進入成型筒，進入保型筒內已成型的固體燃料便會從保型筒內被擠出。此時，沖頭從保型筒內反向移動并與在保型筒內成型的燃料一并從保型筒的端口離開，切割刀在氣缸的作用下豎直穿過出料口并將從保型筒端口出來的成型燃料切掉。因此，改進后的螺旋擠壓式蜂窩煤成型機不僅運輸平穩，也可以實現生物質燃料的連續輸送擠壓和成型，使成型的燃料為蜂窩煤狀，有利于燃料的充分燃燒。

1.2?? 燃燒設備

生物質燃燒設備主要分為生物質直燃鍋爐與生物質混燃鍋爐，現只針對直燃鍋爐進行介紹，直燃鍋爐分為振動式爐排爐與流化床鍋爐。

目前，生物質燃燒發電鍋爐使用的燃料多為當地產的木質類廢棄物、稻殼等，而能夠長期全部使用黃秸稈作為燃料的流化床鍋爐國內目前幾乎沒有。一方面是由于現有生物質流化床鍋爐在使用黃秸稈作為燃料時需要對其進行破碎或壓塊等預處理，不僅成本高而且操作環境惡劣;另一方面，破碎后的黃秸稈不易進入流化床，而壓塊后的黃秸稈又會在鍋爐內產生流化不良的現象。

針對生物質流化床鍋爐在燃燒黃秸稈一類燃料時存在的一些問題，現對鍋爐進料方式及鍋爐燃燒系統進行相關改進：

改進后的鍋爐系統包括如圖2與圖3所示。進料時，提升機將儲存在鍋爐底部的生物質燃料提升到爐頂給料平臺上，然后將其通過皮帶輸送機輸送到爐頂給料管的水平段滑落。給料推送裝置的推送頭將在爐頂給料管內的生物質燃料推送到爐膛內。爐頂給料管由水平段和垂直段組成，給料推送裝置的推送頭可沿著爐頂給料管的垂直段運動，在爐頂給料管的垂直段還有翻板閥，在爐頂給料管的水平段有切斷閥和測溫儀，切斷閥和翻板閥互相連鎖，互為開或關狀態。給料推送裝置的推送頭向下運動時，也推開了爐頂給料管內的翻板閥，將生物質燃料推送到鍋爐爐膛內，生物質燃料依靠重力落入到鍋爐爐膛內后，翻板閥再次自動關閉，可以防止鍋爐爐膛內熱煙氣反竄出爐頂給料管。同時，翻板閥與給料推送裝置采用連鎖控制，給料推送裝置下推時翻板閥打開，給料推送裝置后退時翻板閥關閉。當測溫儀在檢測到爐頂給料管內溫度異常時，翻板閥自動進行連鎖降溫保護爐頂進料管。在對鍋爐燃燒系統的改進時，在鍋爐爐膛的頂部上設有煙氣射流裝置，鍋爐爐膛的側壁上設計有二次風口、三次風口，鍋爐爐膛出口處布置分離折流板等。煙氣射流裝置可在其周邊形成煙氣幕墻，既阻止燃料的爆燃，對燃料進行了初步解離，同時也可以防止燃料被煙氣直接攜帶出爐膛出口。二、三次風的布置可適時為燃料燃燒提供所需的空氣，同時利用二、三次風噴入爐膛內的流場，對生物質燃料進行擾動，加強燃料包的散解。改進后的裝置不僅解決了鍋爐對黃秸稈之類生物質燃料進料困難的問題，而且增加了爐膛內燃料與床料之間的內循環，使內部溫度場更加均勻，設備運行更為安全可靠。

2生物質氣化方面

2.1?? 氣化設備

氣化爐是生物質氣化系統中的核心設備。常用生物質氣化爐包括固定床和流化床兩種類型。現有生物質氣化爐對生物質進行氣化處理時會產生焦油，焦油存在不僅會導致氣化效率降低，而且對氣化和用氣設備都會產生不利影響。因此，現針對現有氣化爐些許改進：

改進后的氣化設備在爐體內部增設精濾機構，外部設置粗濾機構，實現對燃氣進一步的凈化處理，降低焦油和煙塵含量。該精濾機構由旋風分離器、水箱、水泵、分流環管、霧化噴嘴、葉輪、刮刀、導管、螺旋葉軸、排污管及電機組成。粗濾機構指將燃氣流經燃料內部，利用燃料之間孔隙過濾燃氣中顆粒較大的固體。當氣化爐工作時，從管道一經外界粗濾機構過濾后經由管道二進入旋風分離器，水泵將水箱內的水抽出輸送至分流環管內，然后由霧化噴嘴霧化噴出，水霧與燃氣中的焦油和煙塵接觸粘結，提高焦油分離效果，從而在旋風分離器的作用下進一步的分離凈化，提高燃氣質量，降低焦油和煙塵含量。在燃氣進入旋風分離器中的同時，氣流帶動葉輪轉動，從而使得刮刀同步轉動，對旋風分離器內壁上的焦油等污物刮除，并由導管流向排污管內部，電機帶動螺旋葉軸轉動將排污管內部的污物輸送至過濾網底部的熱解腔內，進行高溫裂解，從根本上降低焦油對設備的損傷、提高燃氣輸出效率和質量。

2.2?? 氣體凈化設備

氣化爐中直接出來的粗燃氣由于其溫度較高且含有大量雜質，并不能直接進行使用。目前，與燃氣凈化相關的設備主要有旋風除塵分離器、袋式除塵器等。

一般來說，兩種方法或多種方法串聯在一起時會達到比較好的脫焦效果，如采用濕式噴淋裝置和干式過濾裝置相結合的聯合過濾方法對燃氣凈化，焦油脫除率可達99.5%以上。根據上表燃氣凈化設備特點、考慮多種除雜結合方式的優勢，現針對旋風除塵分離器進行以下改進：

改進后的旋風除塵分離器如圖6所示。粗燃氣由分離器入口氣道進入分離器筒體，首先與噴槍噴出的焦油裂解催化劑混合，后經過所有混合單元發生擾動，再依次經過分離器筒體以及分離器出口。分離器入口氣道外殼內側設置耐磨耐火層，耐磨耐火層沿垂直方向將氣道分為兩個通道，每個通道內壁由耐磨耐火可塑料塑成圓形通道;左旋單元片與右旋單元片均采用耐高溫金屬卷制或鑄造而成，粗燃氣流經左旋單元片后向左旋轉前進，隨后流經右旋單元片后改變旋轉方向，使粗燃氣與焦油裂解催化劑發生擾流現象而得到充分混合。由此可知，改進后的旋風除塵分離器具有更高的焦油脫除率，達到較高的燃氣凈化效果。

3總結

本文針對生物質固體燃料應用、氣化等方面使用的主要設備特性及優缺點進行了相關分析，并對相應設備提出了以下幾種改進措施，以期獲得優于原有設備的效果。

（1）?????? 針對螺旋擠壓式成型機改進得到螺旋擠壓式蜂窩成型機，不僅運輸平穩，有利于燃料的充分燃燒。

（2）?????? 針對生物質流化床鍋爐在燃燒黃秸稈一類燃料時存在的一些問題對鍋爐進行相關改進，不僅解決了流化床鍋爐對黃秸稈之類生物質燃料進料困難的問題，而且增加了爐膛內燃料與床料之間的內循環。

（3）?????? 通過對現有氣化爐進行一些改進，不僅根本上解決燃氣中的焦油產出問題，降低焦油對設備的損傷，而且提高了燃氣的輸出效率和質量。

（4）?????? 考慮多種除雜結合方式的優勢，對旋風除塵分離器進行改進，使其具有更高的焦油脫除率，能達到較高的燃氣凈化效果。

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作者簡介：

臺穎娣（1999.08—），女，河南省信陽人，江蘇省鎮江市京口區江蘇大學，新能源科學與工程專業，本科生。