由于各级政府的大力支持,固定床秸秆气化集中供气系统在许多地区得到推广,并取得了良好的经济效益、环境效益和社会效益。但是,由于集中供气系统的工程造价高,产生的污水难以处理,系统维修量大等原因,因此,在一定程度上限制了其普及应用。家用秸秆气化炉具有投资少,操作简单,易于管理,污染轻等特点,它可实现随时气化,不需要贮气装置及输配管网,其经济性优于秸秆气化集中供气系统。所以研制一种实用的户用秸秆气化炉,是摆在生物质气化技术人员面前的一个重要课题。
1、炉型的选择
户用秸秆气化炉(固定床)的炉型主要有下吸式和上吸式2种。
下吸式气化炉是集中供气的秸秆气化机组普遍采用的技术。该装置操作简单、运行可靠,但存在热值低、焦油不易处理、不易封炉等问题,特别是秸秆气中氧气含量不易控制,容易引发事故。实际应用中应加强操作经验的积累,为用户提供安全、方便的秸秆气化炉。
上吸式气化锅炉的原理与下吸式基本一致,结构见图1。炉膛的顶部是加料装置和密封装置,以及燃气导出孔。炉膛的底部是炉栅,空气通过底部风机1鼓入,并均匀通过物料,进行气化反应。
原料加入炉膛,经过干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰渣层后排出,在炉内与气化剂是逆向运动。空气由炉箅均匀分布后被灰渣层预热,然后上升到氧化层。在氧化层内氧与秸秆中碳进行氧化反应,生成二氧化碳和少量一氧化碳的同时,释放大量的热量,用于维持气化反应的进行。生成的气体上升进入还原层,在高温条件下与部分碳进行还原反应生成一氧化碳、氢气和甲烷。还原层生成的气体与未参加反应的气体继续上升进入干馏层,气流中的显热对干馏层中的原料进行加热产生干馏气,干馏气混入上升气流中进入干燥层,预热最上部的原料后进入气化炉的上部空间,而后从燃气导出孔引出。制造秸秆气的主要反应是在氧化层和还原层进行的,通称为气化区。各区间的特征见表1。
上吸式气化炉不仅能充分利用气化气的显热进行原料的干燥、预热和干馏,还能利用灰渣的显热预热气化剂,从而提高了气化过程的热效率,也充分利用了秸秆中的挥发分。
但上吸式气化炉也存在下列问题:①进料口密封要求高。由于炉内存在粉尘和水分,内密封面容易粘附细小物料,造成密封不严实。解决的办法是采用双风机,使得炉顶处于微负压状态,减少炉内烟气量,改善炉内环境,但此方案增加了设备投资;另一解决方案是采用水密封,原因是炉膛顶部的压力低于98Pa。图1中采用两种措施。②对原料的水分含量有一定的要求。物料中水分的蒸发所造成的热损失使气化炉热效率降低,同时也降低了产出气的品质。当物料中的水分高于70%时,燃烧反应不能进行。物料中水分一般控制在15%以内。
2、净化
秸秆燃气中杂质主要是焦油、硫化氢、灰分。在大型气化炉中普遍采用水冷却和洗涤来去除气化气中的杂质。
上吸式户用气化炉的秸秆气经过对秸秆的干馏、干燥,到达炉膛上方后其温度大约100~150℃,此时焦油是以气体状态存在的。焦油雾与秸秆气同时燃烧,不仅可提高气化炉的热效率,而且解决了焦油污染问题,故不需采用水冷却的方式进行降温、脱焦油。这里需要强调的是,原料的水分含量是要严格控制的,否则燃气中含有大量的水分,一来不容易点火,二来导致部分焦油凝结下来,堵塞管道、炉具。
硫化氢的主要危害是对管道产生腐蚀,必须进行处理。最经济的处理方法是氧化铁法,该法工艺简单,成熟可靠,除能脱掉硫化氢外,还可脱除焦油等杂质。
氧化铁法是以氧化铁为基本脱硫剂,发生如下反应来脱除硫化物:
脱硫剂中除氧化铁外,还有木屑、熟石灰等容易获取、价廉的物质。据城市燃气净化经验,吸收硫化氢的最佳条件是:温度25~30℃,水分30%~40%,流速7~11 m/s,燃气与脱硫剂接触时间宜取130~ 200 s。
制作脱硫剂的方法是:将铁屑与木屑按照1:1掺混,洒水后充分翻晒,进行人工氧化。进箱前再加入0. 5%熟石灰(颗粒直径要求为0.6~2.4 mm)。
该方法工艺简单,脱硫效果好。但如果设计不当,会导致阻力增大,这也是在解决密封问题时选择双风机的原因之一。氧化铁法的另一个优点是脱硫剂再生时,需要消耗氧气,可降低秸秆气中氧气的含量,提高秸秆气的安全性。
3、结束语
不管是从燃气质量,还是运行的安全性,以及管网的投资等因素考虑,户用秸秆气化炉具有秸秆气化集中供气系统不可比拟的优越性。下吸式家用秸秆气化炉操作简单,运行可靠,是提高农村秸秆利用率的新型设备。上吸式家用气化炉在彻底解决密封问题,以及原料的水分含量的情况下,是最理想的家用气化炉。但是在实际应用中,应加强对各个用户的技术培训和安全教育。科研部门和生产厂家应共同加大技术、资金投入,设计节能,安全、环保的气化炉,以推进农村炊事燃气化,加速我国可再生资源的利用进程。
三门峡富通新能源生产的家用
生物质锅炉也是用户们不错的选择的。