生物質(zhì)戶(hù)用炊事?tīng)t具技術(shù)研究

科學(xué)研究| Scientific Research生物質(zhì)戶(hù)用炊事?tīng)t具技術(shù)研究周伯瑜北京盛昌綠能科技有隈公司要:根據生物質(zhì)燃燒特點(diǎn),研究生物質(zhì)高效清潔燃燒技術(shù),開(kāi)發(fā)出了與生物質(zhì)成型燃料配套的戶(hù)用炊事?tīng)t具。爐具采用上吸式氣化技術(shù)(逆流式氣化),氣化產(chǎn)物直接燃燒。做到了結構簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉、熱效率高、炊事火力強,污染排放量能達到北京市環(huán)保標準。為在廣大農村推廣使用創(chuàng )造了條件關(guān)鍵詞:戶(hù)用炊事?tīng)t;氣化燃燒;機理;環(huán)保;節能0前言溫度是完成熱分解的關(guān)健,溫度高所完成熱分解的生物質(zhì)燃料是公認的可再生能源,也是人類(lèi)利用最時(shí)間短,在400~800℃范圍內,升高溫度有利氣化過(guò)早、最多、最直接的一種傳統能源。如何妥善處理農村秸程。稈問(wèn)題,已成為解決環(huán)境污染,提高農民生活質(zhì)量的重要還原層:二氧化碳還原的化學(xué)反應課題。本課題屬北京市農業(yè)科技項目,目的是對生物質(zhì)CO2+C=2C0+161677K成型設備和燃燒技術(shù)進(jìn)行研究,以解決北京市農村地區這個(gè)反應是向右進(jìn)行,是吸熱反應。所以溫度愈生物質(zhì)成型燃料及戶(hù)用炊事?tīng)t具的技術(shù)瓶頸。2009年5月高,CO2的還原愈徹底,CO的形成會(huì )愈多。有效的CO215日,北京市農村工作委員會(huì )組織專(zhuān)家對項目進(jìn)行了驗還原溫度是在800℃以上,溫度增加有利于進(jìn)行還原反收。對生物質(zhì)戶(hù)用炊事?tīng)t的評價(jià)是:研發(fā)的生物質(zhì)爐具成應。本低、效率高、結構合理,可在京效廣大農村地區推廣使氧化層:當生物質(zhì)的熱分解完成后,生物質(zhì)中的揮用。項目通過(guò)大量研究與調研,結合實(shí)際工作所提出的農發(fā)份生成可燃氣體,剩下的是生物質(zhì)中的固定碳。固定村生物質(zhì)炊事用能模式,具有創(chuàng )新和實(shí)用性碳要轉化為燃氣,需要氣化劑(主是是空氣)和高溫,適合農村特點(diǎn)的物質(zhì)戶(hù)用炊事?tīng)t的推廣,會(huì )促進(jìn)農在空氣的配合下,當溫度達到1200℃以上時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量村秸稈能源利用的步伐,促進(jìn)農村生態(tài)環(huán)境保護,促進(jìn)的CO2,同時(shí)放出大量的熱量。農村經(jīng)濟可持續發(fā)展。反應式為:C+O2=CO2-408567KJ1生物質(zhì)炊事?tīng)t(鼓風(fēng))燃燒機理采用上吸式氣化技術(shù)(逆流式氣化),空氣經(jīng)一次風(fēng)從灰室的爐柵處吸入,從下向上通過(guò)燃燒層,燃料從加料器煙闔出口爐口頂部一次加入爐膛,亦可邊燃燒邊添料。在爐膛內燒器沿氣化高度,生物質(zhì)氣化過(guò)程主要分為三層:即熱分解封保溫層、還原層、氧化層。各層次沿空間分布,沒(méi)有明顯層次劃分的瞬時(shí)現象。劃分成層帶是為了更清楚的從理論胝璋珠巖上說(shuō)明問(wèn)題。(見(jiàn)右圖)熱分露熱分解層:生物質(zhì)燃料在氣化爐上部被干燥,干燥400-800℃好的原料與氣化爐下部來(lái)的熱氣體作用進(jìn)入燃料的熱分解過(guò)程。生物質(zhì)受熱分解成三部分:即可燃氣體CO保溫灰富H2、CH和CO等,還包括焦油、水蒸汽和固定碳三部中國煤化工分。生物質(zhì)的熱解是整個(gè)氣化過(guò)程中的關(guān)健部分。生物CNMH質(zhì)燃料中的揮發(fā)份高,在較低的溫度下就可釋放出70%的揮發(fā)份。片數瞻.gov.cnw Scientific Research|科學(xué)研究同時(shí),還有一部分碳,由于供氧不足,會(huì )形成CO并掌握不住這一點(diǎn),熱效率要損失10%~15%。實(shí)驗表放出熱量:明:合理的操作能使熱效率提高10%以上,使燃燒效率2C+O2=2CO-246270KJ大于92%,使過(guò)?？諝庀禂?、CO、NOx等的排放量都這些熱量是推動(dòng)整個(gè)氣化過(guò)程的的必需條件能達到理想結果。2生物質(zhì)炊事?tīng)t的設計思想3生物質(zhì)炊事?tīng)t(鼓風(fēng))的研制當我們采用上吸式氣化技術(shù)思想來(lái)設計爐具時(shí),首在講述燃燒機理時(shí),我們已經(jīng)討論了生物質(zhì)氣化炊先我們要考慮它的優(yōu)、缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、操作方事?tīng)t怎樣把生物質(zhì)中的熱量最大限度釋放出來(lái),當熱能便。缺點(diǎn)是上吸式氣化方式比下吸式氣化方式產(chǎn)生的焦最大限度的釋放后,我們必須進(jìn)一步研究如何使釋放出油要多,在離開(kāi)氣化器前沒(méi)有發(fā)生分解,在此情況下約來(lái)的熱量得到充分利用。20%~40%的能量存在于焦油中,不但能量利用低,還實(shí)際上,生物質(zhì)能在氣化炊事?tīng)t中不可能完全燃會(huì )造成環(huán)境污染,更有甚者會(huì )堵塞管孔,使燃氣不能燃燒,燃燒后釋放出來(lái)的熱量也不可能完全得到利用。也燒。在分體式的生物質(zhì)氣化爐的研究和推廣中,遇見(jiàn)的就是說(shuō)釋放出來(lái)的熱量只有一部分被利用,其余部分損就是這個(gè)問(wèn)題。失了。問(wèn)題是在生物質(zhì)氣化炊事?tīng)t的研制中,我們要盡解決辦法是使生物質(zhì)氣化和燃燒一體化,在爐囗上可能的減少熱損失,目的還是為了提高熱能的利用率。讓氣化產(chǎn)物不做任何處理進(jìn)行直接燃燒。不冷卻、不除在測算爐具熱效率的反平衡中,其實(shí)我們爐具的熱焦油、不過(guò)濾、不洗滌、不除塵,叫簡(jiǎn)易氣化,也叫半效率η=100-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q)。Q2至Q就是爐具各氣化。這種處理方法既經(jīng)濟又環(huán)保。在生物質(zhì)炊事?tīng)t燃項熱損失,如果我們能使各項熱損失降到最小,實(shí)際上氣的出口,直接配上二次風(fēng),熱燃氣在爐口燃燒既節能就提高了爐具的熱效率(n)。又可使焦油燃燒掉。我們的第丨型生物質(zhì)炊事?tīng)t就是采現在我們一項項來(lái)研究如何降低各項熱損失用的這種方式,但由于沒(méi)有采用風(fēng)機配合,特別是氧化排煙熱損失Q2:生物質(zhì)在爐具中燃燒時(shí),煙氣離層燃燒,如前所述,它需要1200℃以上高溫和大量的氣開(kāi)爐口的溫度很高,就是說(shuō)燃料輸入的熱量的一部分被化劑(空氣),沒(méi)有鼓風(fēng)就很難使氧化層完全燃燒,氧煙氣帶走。我們在爐具設計中,為了減少排煙損失,采化層的熱量大部分被損失了。實(shí)際上是因為固定碳未能取了兩方面的措施。一是擴大熱煙氣與炊具的受熱面氣化燃燒,熱效率只能排徊在35%左右。一般的爐具,火焰只經(jīng)過(guò)鍋底,煙囪就把熱煙氣帶走我們在生物質(zhì)炊事?tīng)t上加裝微型風(fēng)機后,實(shí)現了爐了?，F在我們的爐口上設置了圍火墻(見(jiàn)圖一),火焰溫和進(jìn)風(fēng)量可控,次風(fēng)可自由調節。在各個(gè)燃燒不光要經(jīng)過(guò)鍋底,還要繞行經(jīng)過(guò)鍋壁,充分換熱后,經(jīng)時(shí)段進(jìn)行不同的配風(fēng),實(shí)現了固定碳的氣化,對燃燒熱導熱槽下行,煙氣才能進(jìn)入煙囪。二是要控制過(guò)?？諝庑实奶岣呔哂型黄埔饬x系數,過(guò)量的空氣進(jìn)入爐內,不但不能助燃,而且把熱傳統意義上的氣化爐是連續不斷加料的,各個(gè)燃燒量帶走。我們的爐具測試結果表明,過(guò)?？諝庀禂禐閷訋У姆磻峭瑫r(shí)進(jìn)行的,不會(huì )出現很大的變化。生物1.71,排煙溫度88℃,證明很好的降低了排煙損失。質(zhì)是一次向爐膛添滿(mǎn)料,微開(kāi)一次風(fēng),然后從爐口點(diǎn)化學(xué)不完全燃燒損失Q3在生物質(zhì)的燃燒反應中,火,爐膛燒熱后開(kāi)啟二次風(fēng)。爐口進(jìn)入正常的氣化燃燒完全燃燒后主要產(chǎn)生CO2、水蒸汽及灰渣。但在空氣不后,氣化進(jìn)入熱分解為主的第一階段:即揮發(fā)份燃燒階足、碳與空氣混合不均、爐膛溫度不夠等情況下,生物段。分解溫度只要求400℃以上。此時(shí)可關(guān)閉或微啟一次質(zhì)不能完全燃燒,煙氣中會(huì )產(chǎn)生CO等可燃氣體,它們風(fēng)。全開(kāi)二次風(fēng),生物質(zhì)就能正常的進(jìn)行氣化燃燒。此仍可燃燒并放出熱量。如果這部分可燃氣體隨煙氣帶時(shí)若全開(kāi)一次風(fēng),可使氣化過(guò)程激烈化,造成熱量過(guò)剩走,就會(huì )造成化學(xué)不完全燃燒損失,化學(xué)不完全燃燒損而帶來(lái)的損失。當秸稈顆粒的揮發(fā)份逐漸減少,進(jìn)入氣失等于煙氣中的可燃氣體與它們體積發(fā)熱量的乘積之化的第二階段:即固定碳的氧化層的氣化階段。我們知和。從檢測的結果中可以看到我們爐具煙氣中的cO的道氧化層的氣化燃燒需要1200℃以上的高溫和足夠的氣含量?jì)H為004%,證明氣化燃燒調整得很好,化學(xué)不完化劑(一次風(fēng)),此時(shí)要因勢利導,逐步開(kāi)大一次風(fēng),全燃關(guān)小二次風(fēng),使氣化反應繼續順利進(jìn)行。第二階段的氣化很重要,一般以為生物質(zhì)揮發(fā)份氣化后就完成了整個(gè)發(fā)份高YH中國煤化工CNMHG生物質(zhì)燃料中含揮死妞,從有采取特殊的技術(shù)手氣化過(guò)程。實(shí)際上后面還有一個(gè)殘留固定碳氣化高峰,段。新能源產(chǎn)業(yè)2科學(xué)研究| Scientific Research散熱損失:爐具表面的散熱損失是指爐體和鍋具我們研制了新型爐膛,可以大膽的用散裝膨脹珍珠巖保向四周環(huán)境中散失的熱量。兩個(gè)相互接觸的物體如有溫溫。提高了保溫效果,降低了保溫成本。度差,必定存在著(zhù)熱傳導現象,熱量總是自發(fā)的從高溫生物質(zhì)炊事?tīng)t的成本:為了保證生物質(zhì)炊事?tīng)t使用物體傳遞給低溫物體。特別是在爐膛高溫燃燒區,由于的安全,風(fēng)機功率為3W,加裝小型變壓器,使電源變?yōu)閮韧鉁夭畲?熱傳導更為厲害。這一區域保溫不好的爐12V直流電,成本為23元。爐體總重12kg,其余鋼材具,熱損失大,熱效率低。我們根據爐體爐溫的不同,搪瓷、爐膛、保溫材料等70余元,共計成本約100元/對爐具進(jìn)行分段保溫,保溫材料、保溫厚度都有區別,臺,是目前生物質(zhì)炊事?tīng)t400元/臺的四分之一。要使農目的是要盡量減少散熱損失民不僅感到好用,還要用得起爐體吸熱(蓄熱)損失Qe:由于爐具的燃燒過(guò)程是個(gè)非穩態(tài)過(guò)程,特別是生物質(zhì)炊事?tīng)t,做一次飯點(diǎn)5生物質(zhì)炊事?tīng)t(鼓風(fēng))操作使用次爐,點(diǎn)爐時(shí)生物質(zhì)燃燒放出的熱量首先要傳給爐體使用燃料:各種生物質(zhì)成型顆粒燃料,g8、g12使爐體的溫度逐漸升高,最后到穩態(tài)。爐具從啟動(dòng)到穩的顆粒為最佳。玉米芯、小木塊、樹(shù)枝削片等亦能使態(tài)所吸收的熱量稱(chēng)之為爐體吸熱損失,又稱(chēng)爐體蓄熱損用。因生物質(zhì)燃料的灰熔點(diǎn)普遍偏低,燃燒后有些燃料失。此項損失一般較大,它的大小取決于爐體的結構、(如玉米秸稈)可能產(chǎn)生結渣現象,但不會(huì )影響燃燒與材質(zhì)、重量、大小。特別是爐具的爐膛,一般做得很氣化,待燃燼并且爐膛冷卻后,可用火鉗將渣塊從爐膛厚、很重。燃料在爐膛中燃燒,爐膛首先要吸收大量的內夾出。熱量,爐膛燒紅后,才能上火,除了造成爐具的吸熱損次裝生物質(zhì)顆粒燃料1~12kg,可供四、五口之失大外,還影響上火速度。為此,我們?yōu)樯镔|(zhì)炊事?tīng)t家做一頓正餐,燃燒時(shí)間70分鐘左右,功率為23KW研制了一種質(zhì)輕、壁薄的爐膛,壁厚僅5mm(一般為配3W微型風(fēng)機,每天炊事按3小時(shí)計算,每月耗電30mm),目的是提高上火速度和減少吸熱損失。且我027kwh。裝好料后用點(diǎn)火器將散料秸稈點(diǎn)著(zhù),再將秸們將整個(gè)爐具的重量控制在十公斤的范圍內,一方面降稈顆粒點(diǎn)燃,慢慢開(kāi)啟一次風(fēng),待爐口燒熱,開(kāi)啟二次低了成本,同時(shí)又減少吸熱損失風(fēng)(整個(gè)時(shí)間約二分鐘),開(kāi)始進(jìn)入以熱分解為主的氣總之,我們圍繞減少各項熱損失著(zhù)手,將損失降到化階段。因為主要是秸稈的揮發(fā)份分解,只需要400℃最低,實(shí)質(zhì)是提高熱效率。熱效率我們由最初的30%提以上溫度,氣化穩定后,可關(guān)閉或微開(kāi)一次風(fēng),可延長(cháng)高到40%,再提高到50%。目前處于國內領(lǐng)先水平。燃燒時(shí)間,提高熱效率。燃燒40分鐘之后,秸稈的氣化將緩慢進(jìn)入固定碳氧化層氣化為主的階段,需要1200°℃C4生物質(zhì)炊事?tīng)t(鼓風(fēng))的制作與成本的高溫。所以要慢慢的開(kāi)大一次風(fēng),關(guān)小二次風(fēng)。如果為了降低爐具的生產(chǎn)成本,使農民買(mǎi)得起,我們選擇以熱分解為主的氣化階段將要結束,再開(kāi)啟一次風(fēng),爐的生產(chǎn)工藝為:爐具設計為圓型,借鑒園桶機械化生產(chǎn)膛溫度已經(jīng)不可能升到固定碳氣化要求的溫度,使固定的經(jīng)驗,采用薄鋼板脹壓成型,為了增強薄鋼板的強度碳不能進(jìn)行氣化燃燒,炊事?tīng)t的熱效率至少要降低十個(gè)和防止鋼板氧化,對爐桶采用搪瓷工藝。百分點(diǎn),開(kāi)啟一次風(fēng)的時(shí)間點(diǎn)很重要。爐膛制作:爐膛要經(jīng)受1200℃以上高溫,必須使掌握好一、二次風(fēng)開(kāi)關(guān)調節的規律,是用好生物質(zhì)用耐火材料制作,目前使用的耐火材料若要制作這種炊事?tīng)t的基本條件。熟能生巧,燒幾次爐子,經(jīng)驗就會(huì )爐膛,厚度至少為30mm,缺點(diǎn)是這么厚的爐膛,爐膛慢慢積累。吸收的熱量會(huì )很大。做一餐飯如果使用一公斤生物質(zhì)秸爐子點(diǎn)火后,一分鐘后就開(kāi)始氣化,二分鐘后就能稈,熱量?jì)H1400|/kg左右,爐膛吸熱量會(huì )占到10%左座鍋,12~14分鐘就能燒開(kāi)5kg水。如果臨時(shí)來(lái)客,感右,這種熱損失很可惜。另外,爐膛太厚,擠壓了保溫到火力不夠,可通過(guò)加料口臨時(shí)加料,一樣可以氣化,層,使保溫效果下降。我們研制了獨特的薄壁爐膛,厚也不會(huì )冒煙。要調整火力的大小,亦可通過(guò)一、二次風(fēng)度僅5mm,為原厚度的六分之一,爐膛的吸熱損失跟著(zhù)進(jìn)行調節,要大可大,要小可小。使用簡(jiǎn)單,操作方下降六分之五保溫材料的選擇:散裝的膨脹珍珠巖的耐火度高保溫性能好,且價(jià)格便宜,是很好的保溫材料。但由于它質(zhì)輕,體積小,有一個(gè)小孔就能不斷的泄漏出來(lái)H出中國煤化工NMH環(huán)況休以留檢測中心測試,該爐具必須密封好,不使其泄漏。主要是爐膛不能破損,因此各項指標均達到合同要求,詳見(jiàn)下表:22www.ehome.gov.ens Scientifc Research|科學(xué)研究61實(shí)際指標與合同指標比較項目合同指標際達到指標熱效率51.8%燃料消耗量≤20kgh1kg/h炊事火力強度2.2kW排煙溫度88℃匚。煙氣折算排放濃度<50mg/Nm8mg/NmCO折算排放濃度0.04%林格曼黑度<1級次點(diǎn)火成功率>99%,操作簡(jiǎn)便同左正常使用壽命同左爐具成本400元/臺100元/臺62與北京地方標準DB11/1392007鍋爐大氣污染物排放標準比較污染物大氣污染物排放限量生物質(zhì)炊事排放量煙塵(mg/m)二氧化硫(mgm)0氮氧化物mgm2)150煙氣不透光率(%煙氣黑度(林格曼級)經(jīng)驗論壇沼氣綜合利用效益好吳亞澤師朝霞張明嬌山西省臨猗縣農業(yè)局臨猗縣東張鎮街東村村民姬存祖,積極探索沼氣綜合利用純沼液噴一遍,1m大約噴7畝;蘋(píng)果套袋后平均氣溫保持25℃新途徑,在總結出沼氣全年使用的基礎上,在沼渣、沼液的綜以后再?lài)?~3次,中間間隔15天,沼液的含量為三分之一,合利用上積累了豐富的經(jīng)驗。他家自建的12m3沼氣池,不僅1m3大約噴7畝;采摘后大約在11月份再?lài)娨淮?沼液的含量為滿(mǎn)足了一家7口人的生活和照明,而且還可以節約化肥、農藥二分之一,1m3大約噴5畝。蘋(píng)果樹(shù)用沼液全年噴打5次后,大等2000元,總效益達到2500元左右。大減少了農藥用量,有抑制蚜蟲(chóng)卵的繁殖,對蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛起2002年,姬存祖自發(fā)建設了一個(gè)12的沼氣池,并在沼到了控制作用,對小葉病、黃葉病、腐爛病也有較好的防治。氣旁邊建了一個(gè)2m的溢糞池。2006年以前,他一直用豬糞做沼渣的使用方法基本是穴施,必須深埋。一個(gè)12m的沼原料,之后,他探索用面粉加工廠(chǎng)下腳料小麥作原料,每半月氣池年產(chǎn)5~6m沼渣,大約1萬(wàn)多斤,從2004年開(kāi)始,他對5加100公斤左右。同時(shí),他還探索出每年的9、10月進(jìn)行一次~7年的紅富士蘋(píng)果樹(shù)每棵一年施用20~25公斤,施用后果樹(shù)大換料,從而使自己的沼氣全年都能使用,極大地提高了沼氣樹(shù)干明葉子黑福灌葉識每年增產(chǎn)15%~30%,明的使用效率顯好于中國煤化工對于沼渣和沼液的綜合利用,他進(jìn)行了積極的探索,并積CNMHG噴施果樹(shù),而且還帶動(dòng)累了豐富的經(jīng)驗。在沼液的使用上,他在新的沼液吸出后先晾周邊群眾天七干戶(hù)也在使用。目前,他又在食用菌上進(jìn)行試3~5天,使有毒氣體充分揮發(fā),然后在每年的草果露紅以前用驗,力圖把沼氣的綜合利用推廣到更廣闊的領(lǐng)域。新能源產(chǎn)業(yè)23