生物質(zhì)燃燒與氣化中的設(shè)備改進(jìn)

摘要：相對傳統(tǒng)的化石能源，生物質(zhì)具有可再生、低污染性等優(yōu)點(diǎn)。目前，合理高效利用生物質(zhì)已成為我國在能源安全和保障的重要任務(wù)之一。本文主要針對目前生物質(zhì)在燃燒、氣化等主流技術(shù)中的主要設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，從而對生物質(zhì)進(jìn)行更為科學(xué)高效利用。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)利用;設(shè)備改進(jìn)

0前言

大力發(fā)展新能源及可再生能源是解決當(dāng)前國內(nèi)外能源短缺與環(huán)境污染問題的主要途徑。生物質(zhì)能作為可再生能源的一種，一直被廣泛關(guān)注。生物質(zhì)利用過程中相關(guān)設(shè)備的不斷完善與改進(jìn)是促進(jìn)生物質(zhì)能利用的有效途徑。

1生物質(zhì)固體燃料應(yīng)用方面

1.1?? 壓縮成型設(shè)備

目前國內(nèi)生物質(zhì)燃料成型機(jī)只是將生物質(zhì)原料壓成實(shí)心的塊狀或棒狀等，但實(shí)心的生物質(zhì)燃料在燃燒時(shí)由于與空氣接觸面積少，使得燃燒不充分。現(xiàn)針對螺旋擠壓式成型機(jī)改進(jìn)得到螺旋擠壓式蜂窩成型機(jī)：

改進(jìn)后的螺旋擠壓式蜂窩煤成型機(jī)增加了一個(gè)沖孔機(jī)構(gòu)，沖孔機(jī)構(gòu)包括沖頭、一對限位板、連桿、曲柄、環(huán)形滑塊和驅(qū)動機(jī)構(gòu)。環(huán)形滑塊靠近殼體的一側(cè)均勻分布有沖頭，遠(yuǎn)離殼體的一端鉸接有連桿，驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)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(yuǎn)離環(huán)形滑塊的一端轉(zhuǎn)動連接。由于曲柄、連桿以及環(huán)形滑塊構(gòu)成一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，環(huán)形滑塊上設(shè)有沖頭，所以曲柄轉(zhuǎn)動時(shí)環(huán)形滑塊帶動沖頭在軌道上做直線往復(fù)運(yùn)動、沖頭穿入保型筒內(nèi)時(shí)會將保型筒內(nèi)壓實(shí)的生物質(zhì)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(zhì)原料源源不斷地進(jìn)入成型筒，進(jìn)入保型筒內(nèi)已成型的固體燃料便會從保型筒內(nèi)被擠出。此時(shí)，沖頭從保型筒內(nèi)反向移動并與在保型筒內(nèi)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(jìn)后的螺旋擠壓式蜂窩煤成型機(jī)不僅運(yùn)輸平穩(wěn)，也可以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料的連續(xù)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(shè)備

生物質(zhì)燃燒設(shè)備主要分為生物質(zhì)直燃鍋爐與生物質(zhì)混燃鍋爐，現(xiàn)只針對直燃鍋爐進(jìn)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(zhì)燃燒發(fā)電鍋爐使用的燃料多為當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的木質(zhì)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(nèi)目前幾乎沒有。一方面是由于現(xiàn)有生物質(zhì)流化床鍋爐在使用黃秸稈作為燃料時(shí)需要對其進(jìn)行破碎或壓塊等預(yù)處理，不僅成本高而且操作環(huán)境惡劣;另一方面，破碎后的黃秸稈不易進(jìn)入流化床，而壓塊后的黃秸稈又會在鍋爐內(nèi)產(chǎn)生流化不良的現(xiàn)象。

針對生物質(zhì)流化床鍋爐在燃燒黃秸稈一類燃料時(shí)存在的一些問題，現(xiàn)對鍋爐進(jìn)料方式及鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)：

改進(jìn)后的鍋爐系統(tǒng)包括如圖2與圖3所示。進(jìn)料時(shí)，提升機(jī)將儲存在鍋爐底部的生物質(zhì)燃料提升到爐頂給料平臺上，然后將其通過皮帶輸送機(jī)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(nèi)的生物質(zhì)燃料推送到爐膛內(nèi)。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(yùn)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(guān)狀態(tài)。給料推送裝置的推送頭向下運(yùn)動時(shí)，也推開了爐頂給料管內(nèi)的翻板閥，將生物質(zhì)燃料推送到鍋爐爐膛內(nèi)，生物質(zhì)燃料依靠重力落入到鍋爐爐膛內(nèi)后，翻板閥再次自動關(guān)閉，可以防止鍋爐爐膛內(nèi)熱煙氣反竄出爐頂給料管。同時(shí)，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(shí)翻板閥打開，給料推送裝置后退時(shí)翻板閥關(guān)閉。當(dāng)測溫儀在檢測到爐頂給料管內(nèi)溫度異常時(shí)，翻板閥自動進(jìn)行連鎖降溫保護(hù)爐頂進(jìn)料管。在對鍋爐燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)時(shí)，在鍋爐爐膛的頂部上設(shè)有煙氣射流裝置，鍋爐爐膛的側(cè)壁上設(shè)計(jì)有二次風(fēng)口、三次風(fēng)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(jìn)行了初步解離，同時(shí)也可以防止燃料被煙氣直接攜帶出爐膛出口。二、三次風(fēng)的布置可適時(shí)為燃料燃燒提供所需的空氣，同時(shí)利用二、三次風(fēng)噴入爐膛內(nèi)的流場，對生物質(zhì)燃料進(jìn)行擾動，加強(qiáng)燃料包的散解。改進(jìn)后的裝置不僅解決了鍋爐對黃秸稈之類生物質(zhì)燃料進(jìn)料困難的問題，而且增加了爐膛內(nèi)燃料與床料之間的內(nèi)循環(huán)，使內(nèi)部溫度場更加均勻，設(shè)備運(yùn)行更為安全可靠。

2生物質(zhì)氣化方面

2.1?? 氣化設(shè)備

氣化爐是生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中的核心設(shè)備。常用生物質(zhì)氣化爐包括固定床和流化床兩種類型。現(xiàn)有生物質(zhì)氣化爐對生物質(zhì)進(jìn)行氣化處理時(shí)會產(chǎn)生焦油，焦油存在不僅會導(dǎo)致氣化效率降低，而且對氣化和用氣設(shè)備都會產(chǎn)生不利影響。因此，現(xiàn)針對現(xiàn)有氣化爐些許改進(jìn)：

改進(jìn)后的氣化設(shè)備在爐體內(nèi)部增設(shè)精濾機(jī)構(gòu)，外部設(shè)置粗濾機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對燃?xì)膺M(jìn)一步的凈化處理，降低焦油和煙塵含量。該精濾機(jī)構(gòu)由旋風(fēng)分離器、水箱、水泵、分流環(huán)管、霧化噴嘴、葉輪、刮刀、導(dǎo)管、螺旋葉軸、排污管及電機(jī)組成。粗濾機(jī)構(gòu)指將燃?xì)饬鹘?jīng)燃料內(nèi)部，利用燃料之間孔隙過濾燃?xì)庵蓄w粒較大的固體。當(dāng)氣化爐工作時(shí)，從管道一經(jīng)外界粗濾機(jī)構(gòu)過濾后經(jīng)由管道二進(jìn)入旋風(fēng)分離器，水泵將水箱內(nèi)的水抽出輸送至分流環(huán)管內(nèi)，然后由霧化噴嘴霧化噴出，水霧與燃?xì)庵械慕褂秃蜔焿m接觸粘結(jié)，提高焦油分離效果，從而在旋風(fēng)分離器的作用下進(jìn)一步的分離凈化，提高燃?xì)赓|(zhì)量，降低焦油和煙塵含量。在燃?xì)膺M(jìn)入旋風(fēng)分離器中的同時(shí)，氣流帶動葉輪轉(zhuǎn)動，從而使得刮刀同步轉(zhuǎn)動，對旋風(fēng)分離器內(nèi)壁上的焦油等污物刮除，并由導(dǎo)管流向排污管內(nèi)部，電機(jī)帶動螺旋葉軸轉(zhuǎn)動將排污管內(nèi)部的污物輸送至過濾網(wǎng)底部的熱解腔內(nèi)，進(jìn)行高溫裂解，從根本上降低焦油對設(shè)備的損傷、提高燃?xì)廨敵鲂屎唾|(zhì)量。

2.2?? 氣體凈化設(shè)備

氣化爐中直接出來的粗燃?xì)庥捎谄錅囟容^高且含有大量雜質(zhì)，并不能直接進(jìn)行使用。目前，與燃?xì)鈨艋嚓P(guān)的設(shè)備主要有旋風(fēng)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(lián)在一起時(shí)會達(dá)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(jié)合的聯(lián)合過濾方法對燃?xì)鈨艋?，焦油脫除率可達(dá)99.5%以上。根據(jù)上表燃?xì)鈨艋O(shè)備特點(diǎn)、考慮多種除雜結(jié)合方式的優(yōu)勢，現(xiàn)針對旋風(fēng)除塵分離器進(jìn)行以下改進(jìn)：

改進(jìn)后的旋風(fēng)除塵分離器如圖6所示。粗燃?xì)庥煞蛛x器入口氣道進(jìn)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(jīng)過所有混合單元發(fā)生擾動，再依次經(jīng)過分離器筒體以及分離器出口。分離器入口氣道外殼內(nèi)側(cè)設(shè)置耐磨耐火層，耐磨耐火層沿垂直方向?qū)獾婪譃閮蓚€(gè)通道，每個(gè)通道內(nèi)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?xì)饬鹘?jīng)左旋單元片后向左旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，隨后流經(jīng)右旋單元片后改變旋轉(zhuǎn)方向，使粗燃?xì)馀c焦油裂解催化劑發(fā)生擾流現(xiàn)象而得到充分混合。由此可知，改進(jìn)后的旋風(fēng)除塵分離器具有更高的焦油脫除率，達(dá)到較高的燃?xì)鈨艋Ч?/p>

3總結(jié)

本文針對生物質(zhì)固體燃料應(yīng)用、氣化等方面使用的主要設(shè)備特性及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)分析，并對相應(yīng)設(shè)備提出了以下幾種改進(jìn)措施，以期獲得優(yōu)于原有設(shè)備的效果。

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

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

（3）?????? 通過對現(xiàn)有氣化爐進(jìn)行一些改進(jìn)，不僅根本上解決燃?xì)庵械慕褂彤a(chǎn)出問題，降低焦油對設(shè)備的損傷，而且提高了燃?xì)獾妮敵鲂屎唾|(zhì)量。

（4）?????? 考慮多種除雜結(jié)合方式的優(yōu)勢，對旋風(fēng)除塵分離器進(jìn)行改進(jìn)，使其具有更高的焦油脫除率，能達(dá)到較高的燃?xì)鈨艋Ч?/p>

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作者簡介：

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