工業(yè)級下吸式生物質(zhì)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(yè)級下吸式生物質(zhì)氣化爐體積較大，要求加料裝置布料均勻、連續(xù)可調(diào)、工作可靠。設(shè)計了一種加料裝置，利用三層空間三次旋轉(zhuǎn)刮料方法，將一般的加料變?yōu)榉饬?、?nèi)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(xù)均勻布料，使?fàn)t內(nèi)氣化均勻穩(wěn)定。經(jīng)過一年多的實際運行，證明符合使用要求。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)氣化；下吸式氣化爐；加料裝置；自然堆積角

引言

本世紀(jì)以來，我國的固定床生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)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(jù)主要地位[1]。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，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(yōu)勢。但現(xiàn)有的固定床氣化爐一般規(guī)模較小，多用于農(nóng)村地區(qū)供氣。而隨著生物質(zhì)燃氣的工業(yè)應(yīng)用增多，包括直接燃燒供熱于工業(yè)窯爐或鍋爐，驅(qū)動內(nèi)燃機、燃氣輪機發(fā)電，合成液體燃料及化學(xué)品等[3]，下吸式氣化爐也出現(xiàn)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(dāng)爐體尺寸較大時，由于生物質(zhì)流動性較差，容易出現(xiàn)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(yīng)層的穩(wěn)定[6]，而且容易出現(xiàn)明火引發(fā)事故的發(fā)生。因此，針對此問題出現(xiàn)了一些解決方案。如有的生物質(zhì)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(shù)方案提供一種刮料裝置，通過刮料使輸送進爐體內(nèi)的料始終保持料面高度一致，保證燃燒產(chǎn)氣均勻，不易出現(xiàn)明火，穩(wěn)定爐壓，提高產(chǎn)氣量[9]。

研制了一種將加料裝置和布料裝置相結(jié)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(nèi)外相對隔斷以提高氣化爐的安全性。本加料裝置還有連續(xù)式加料、原料適應(yīng)性廣、方便調(diào)節(jié)加料量、可靠性高的優(yōu)點，滿足工業(yè)級下吸式生物質(zhì)氣化爐對加料裝置的要求。

工業(yè)級下 吸式生物質(zhì)氣化爐加料裝置

設(shè)計并制作了新型加料裝置，其結(jié)構(gòu)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(yīng)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(cè)的孔為下料孔，該下料孔在料斗的對側(cè)位置。層板1承托料斗內(nèi)的生物質(zhì)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(nèi)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(cè)。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(nèi)的物料不會自動落入爐內(nèi)。

加料時，傳動軸轉(zhuǎn)動帶動撥桿1、撥桿2、撥桿3轉(zhuǎn)動，分別將層板1、層板2、層板3上的生物質(zhì)料刮落。層板3下落的生物質(zhì)料由轉(zhuǎn)動的傘面拋灑在爐體內(nèi)。選擇合適尺寸的傘面并控制料位高度就能將生物質(zhì)料基本平布在爐內(nèi)橫截面上。斗內(nèi)的物料和各層板上的物料起到了料封的作用，將爐內(nèi)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(zhuǎn)刮料方法，將一般加料裝置的直接落料變?yōu)榉饬稀?nèi)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(xù)均勻布料的效果，也使生物質(zhì)料在加料裝置內(nèi)得以預(yù)熱，達到了加速反應(yīng)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(chǎn)生的燃氣供一條隧道窯燒結(jié)電瓷，氣化爐內(nèi)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(zhì)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(zhì)料在傘面拋灑過程中，就處于加熱和氣化過程。本氣化爐內(nèi)部為負壓，爐體側(cè)面的不同高度開了數(shù)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(diào)節(jié)加料量。

在氣化爐上方安裝了視頻監(jiān)控裝置，操作人員可隨時觀察料斗料位及電機轉(zhuǎn)動情況。

經(jīng)運行驗證，本加料裝置可適應(yīng)多種原料，尺寸100mm以下的各種生物質(zhì)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(yīng)性較強，因為生物質(zhì)料一般為農(nóng)林廢棄物，內(nèi)部會不時出現(xiàn)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(xiàn)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(yīng)性強，但由于是間歇式加料，不夠連續(xù)，對爐內(nèi)反應(yīng)的穩(wěn)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(jīng)檢測為：6.55MJ/m3，高于一般下吸式生物質(zhì)氣化爐的3.8～5.5MJ/m3[10]。

結(jié)論

本加料裝置及氣化爐經(jīng)過一年多與電瓷廠燒結(jié)隧道窯配套使用，運行穩(wěn)定可靠，調(diào)控方便，適應(yīng)多種生物質(zhì)料，安全性高。應(yīng)用結(jié)果說明，本加料裝置及氣化爐，在技術(shù)上是可行的，符合綠色能源的發(fā)展方向，值得進一步的開發(fā)和利用。

參考文獻

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

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[10]孫立，張曉東.生物質(zhì)熱解氣化原理與技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

（作者單位：湖南陽東生物潔能科技有限公司）