论文-上吸式生物质气化炉的设计试验

  论文-上吸式生物质气化炉的设计，试验论文-上吸式生物质气化炉的设计，试验 户用型上吸式生物质气化炉的结构设计 与试验研究 The Structure Design and Experimental Study on the Domestic Biomass Updraft Gasifier 、 摘要 能源问题是全球的重大问题。生物质能是一种有效的替代能源，可以缓解能源的紧张问题。我国生物质能资源比较丰富，应当加强对生物质能利用的研究。 本次气化研究中，主要研究结果为: 1.设计一套户用型上吸式生物质气化系统，气化反应器内部设计有多道供...

  ，试验 户用型上吸式生物质气化炉的结构设计 与试验研究 The Structure Design and Experimental Study on the Domestic Biomass Updraft Gasifier 、 摘要 能源问题是全球的重大问题。生物质能是一种有效的替代能源，可以缓解能源的紧张问题。我国生物质能资源比较丰富，应当加强对生物质能利用的研究。 本次气化研究中，主要研究结果为: 1.设计一套户用型上吸式生物质气化系统，气化反应器内部设计有多道供风装置、无缝清灰装置等核心部件，并且设计两级净化装置。通过试验及计算结果

  明，本次研究设计的气化炉，某些特定的程度上达到了生物质气化的基本性能及气化气的净化效果，并提高了气化炉的封火时间。该气化炉能满足各种常见生物质的气化要求，可以测量气化反应时各反应区的气温变化，以了解反应温度对气化反应的影响。 (2)对气化炉炉内温度和鼓风量之间的关系进行了实验研究。实验根据结果得出:在鼓风量较小的情况下，炉内温度随鼓风量的增加而明显提高，但当鼓风量达到一定值后，炉内温度的提高变得缓慢。 关键词:生物质;气化;上吸式;户用型 Design, Experimentation and Simulation of the Upward Ventilating Biomass-gasification Stove Abstract:Energy is the most important problem in the world. Biomass resource is an efficient substitute for energy and can mitigate the scarcity of energy. Moreover, biomass resource in our country is rather abundance, we should strengthen the research that can make use of biomass resource. The main results of this gasification study are as follows: (1)A suit of domestic updraft biomass gasification system was designed, the gasifier includes several-path wind feed device and steam supply unit, the seamless deashing device were installed on the system additionally. Tested and calculation results showed that the gasifier have better basal performance and purifying effect than others. The stove can satisfy the request of gasification for various familiar biomass, and the reaction temperature of different react zone can be measured to research the influence of reaction temperature on gasifies reaction. (2)This paper studies the relationship between the in-stove temperature and blasting air for upward ventilating biomass-gasification stove. The results of the experimentation indicate that at the situation of small blasting air amount，the in-stove temperature increases notably with the increase of blasting air quantity, but the increase of the in-stove temperature begins to slow when the blasting air reaches a certain amount. 致谢 本论文是在导师的悉心指导和言传身教下完成的，其中渗透着左老师的心血和期盼。在科研上，导师严谨的治学态度、渊博的学识、开阔敏锐的科学思维和大胆创新的科学精神使我受益匪浅。在生活上，导师也关怀备至，其乐观大度和平易近人的生活态度，令学生终生难忘。值此论文完成之际，再次感谢老师的栽培，并致以最崇高的敬意。 在论文及相关试验完成的过程中，得到了许多老师和同学的帮助，在此感谢他们。 最后，我还要感谢我伟大的父母二十几年来对我的哺育和教养，没有他们这么多年来的支持，我没办法取得今天的成绩。 作者:Victor 2010年6月 第一章 绪论 1. 1课题研究背景 能源是人类社会存在和发展的物质基础。过去的两百多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推进了人类社会的进步和发展。然而现代经济己经过度依赖于化石燃料。对化石燃料的过度依赖带来了环境问题、经济危机、现代战争、领土和领海争端等一系列的严重问题。 从能源的发展前途来看，化石燃料的前景不容乐观。《BP世界能源统计2009》显示全球原油剩余探明储量为1.258万亿桶(不含加拿大油砂)。按2008年的年开采速度计算，可开采42年。以同样方式计算，现有天然气储量能满足60年的开采，而煤炭储量可生产122年。尽管地质学家和经济学家对化石燃料开始匾乏的时间仍有争论，但无论如何，化石燃料终将耗尽确是无可争辩的事实。 寻找一种可再生的替代能源慢慢的变成了社会普遍关注的焦点。可再次生产的能源包括太阳能、风力、水力、生物质能、波浪能、潮汐能等等。生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气居于世界能源消费总量第四位 [1] 的能源，作为唯一可储存和运输的可再次生产的能源，具有广阔的发展前途，生物质能技术的研究和开发慢慢的变成了世界重大热门课题之一，并受到各国政府和科学家的关注。 21世纪中国的可持续发展面临着能源的严峻挑战:国内优质能源资源不足，环境问题和能源安全日益迫切，温室气体排放的压力日趋增大等。改变中国传统的能源生产、消费模式，利用生物质能等清洁 可再次生产的能源，对建立可持续发展的能源系统，促进我们国家的经济发展和环境保护具有十分重大的现实和战略意义。 1. 2秸秆气化炉的技术现状及发展的新趋势 随着农业经济的发展和农村里的生活水平的提高农民产生了提高生活品质的强烈要求。一些收入高的农户也慢慢的开始使用电饭锅做饭、煤气罐炒烧水。这种燃料结构的改变，用能方式的改变为他们提供了更便利、文明卫生而舒适的生活条件。但是完全由电能、矿物能源解决8~9亿农民的生活需求，则是国力和环境的沉重负担。我国生物质资源大量浪费和农村商品能源需求逐年增大的局而，已引起政府和社会的关注。在我国绝大多数居住在广大乡村和小城镇的农民，能源消耗量的80%以上主要是直接燃烧生物质能产生的，而目越往西部地区生物质能消耗所占的比重越大。在经济落后的偏远地区生物质能更是农村居民的主要能源。开发研究高效的户用型生物质气化炉，以向用户供应炊事燃气(取代煤气罐)冬季取暖(取代煤)为最大的目的。以分散的用户对应分散的资源为方法。对提高偏远地区农村居民的生活水平，寻求生物质资源利用的新模式改变农村燃料结构，改进农民炊事方式，对消除污染，减少有害化学气体的排放有重要意义。 户用型秸秆气化炉是而对居住在广大乡村和小城镇农民的新型环保节能产品。家用秸秆气化炉以农作物秸秆、农林废弃物为主要气化原料。户用型秸秆气化炉的成本不高，使用成本则更低。对农民来说，这是一项继沼气技术后最值得推广的技术。该技术在农村的应用前景极其广阔，在改变农村传统炊事习惯，减少农民开支，提升农民 生活品质等方而具有较大的推广价值。 现在我们在市场上所见到的家用秸秆气化炉很多产品都是手工焊接的，有的产品是照葫芦画瓢抄人家的，用起来也不尽人意。有些能达到良好的气化效果，而目燃烧稳定、热效率高。燃料成本几乎接近于零，不但节能、方便生活、保护自然环境，还完全能满足农村家庭的生活用气需要。燃烧后的剩余物可作为生产有机活性炭的主要的组成原材料和农家肥。 1. 3户用型气化炉的研究进展 气化技术的应用最重要的包含两大形式:小型家用气化炉和管网输气式的大型气化站。目前，大型的生物质气化机组在实际运行过程，普 [2-4]遍存在着所谓的“大马拉小车”问题即许多气化工程欠户现象严重，达不到设计的基本要求的户数，使生物质气化设备的利用率降低，燃气的成本增高，无疑增加了农民用户的经济负担。另外，对那些经济相对落后、地理位置上比较零散的农村用户，实现集中供气更不现实。因此，研制成本较低，效率较高，适用性更强的户用型生物质气化机具有很强的经济意义，深受农民的青睐，应用前景十分广阔。 1. 3. 1 国外户用型气化炉的研究进展 由Thomas Reed和IRon Larson设计的以碎木屑和小木块为原料的木材气化炉，利用两次自然供风，采用上吸式气化方式，底部供风，反应产生的气化气向上流动，风嘴开设在周围炉壁上，内侧涂敷一层保温材料，此炉经过控制一次进风量能调节气化炉的产气强度。 [5]CO排放量低，安全方便，室内用炊事木炭可当作副产品再利用 自然通风气化炉的气化效率，要比外部供风低，功率小，火焰控制性较差，因此，上述木材气化炉后来被改造为外部供风式的木材增压气 [6,7] 化炉。 在印度科学院研制的IISc型气化炉，采用下部供空气气化剂，产出气体从上部排出，内部设有保温层，使用木块和团状垃圾作为燃料，输出功率为3-4KW，效率为25-35，一次加料在炉内可以连续反 [8]应两小时，逐步降低了烟尘排放量。 除此之外，日本的Jun Sakai等人于七十年代设计了一台小型木炭煤气装置用十开动6马力的汽油机并取得了成功。类似的装置在菲律宾的Central Luzon大学(1977)，美国密执安州立大学(1978)和泰国 [9]农业部农业工程局(1980)相继研制成功并逐步走向实用化。UTin Win设计的San San稻壳户用型气化炉对稻壳进行高效无烟燃烧，并用诸如土豆皮、菜叶、新鲜生物质等厨房垃圾切碎均可以和稻壳一起 [10]参与气化反应。 1.3.2国内户用型气化炉的研究进展 [11]王华军等人对家用生物质气化炉关键设计技术的研究与分析，分析了固定床家用型生物质气化炉设计中的关键技术问题，并重点讨论了反应室内压力、反应温度、焦油含量、燃气灶具等因素对机组整体性能的影响。指出，目前家用型生物质气化炉还存在如气化室反应机理、上吸式自动填料压紧、高效除焦、降低气体中CO含量等诸多问题是需要进一步研究解决。 [12]崔永章等人分析了上吸式和下吸式两种机型的各自特点。着重 介绍上吸式秸秆气化炉的工作原理，分析了由于正负压引发的密封问题和对原料水分的要求，并提出了解决措施。论述了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。下吸式户用型秸秆气化炉简单易操作，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完全解决密封问题，以及原料的水分含量的情况下，是最理想的家用气化炉。 [13]胡万里、李长友指出小型民用秸秆气化炉一般都会采用底部供气上吸式的方式工作，在分析现有模型及其缺点的基础上，对小型民用秸秆气化炉改进设计提出了几种改进

  ，并从性价比、顾客需求、储存装置容积等方面比较各方案的利弊。 [14]李发权、王维新等人设计了适合于农村户用的上吸式秸秆气化炉及简单净化装置，定量研究了风机转速即气化剂流量对可燃气品质的影响规律，得出了在风机转速为350-450rpm时，可燃气品质较好。并分析了可燃气样品中H含量较低的原因，建议上吸式气化炉采用2 湿空气作气化剂，能大大的提升CO和H的含量。 2 [15-19]我国云南、浙江、河南、广州等部分省份对小型气化炉的研究也在进行着长期不懈的努力，形成了多个系列的炉型，可满足多种物料的气化要求，在生产、生活用能、发电、干燥、供暖等领域得到利用。如中国农业机械化科学研究院研制的ND系列生物质气化炉，用气化产出气烘干农林产品，设备简单，投资少，热效率高，对十小企业及个体户有使用价值，其中ND-600型气化炉已进行较长时间的生产运行，取得了一定效益;中科院广州能源所，对上吸式生物质 气化炉的气化原理、物料反应性能作了大量试验，研制出GSQ型气化炉;云南省研制的QL-50, 60型户用生物质气化炉已通过技术鉴定并在农村做试验示范。 1.3.3我国生物质气化技术存在的问题 秸秆类生物质的热解气化技术，是农村秸秆能源化利用的一条有效途径，不仅为日益富裕的村镇居民提供洁净方便的气体燃料，还能够减少因焚烧秸秆所造成的大气污染问题，目前在广大农村得到了某些特定的程度地推广应用，拥有非常良好的经济效益与社会效益。但由于作物秸秆是低质量生物质原料，具有松散堆积密度低、灰份高、固定碳含量低等特点，其气化和燃气净化很难，因此目前使用的秸秆气化机组有些问题难以解决，成为制约生物质气化技术发展的

  性因 3素。其最突出的两大难点问题是燃气热值低(1200千卡/米左右)、焦油含量高。燃气热值低，燃气使用量大，致使储气柜和输送管网络等设备投资大，而且不便供暖和发电，不利于推广。目前，生物质气化气体的热值仅相当于城市管道煤气的1/3;由于焦油含量高，焦油对管道的影响，早期建成的气化站，有2/3使用情况不尽理想，几乎处于停产状态，有些甚至停止运行。 (1)气化时产生的焦油是制约生物质气化技术应用和推广的关 [20-23]键因素。 1)焦油生成于气化过程的热解阶段。当生物质被加热到200?以上时，组成生物质的纤维素、半纤维素、木质素等化学成分发生明显的热分解，生成焦炭、木醋酸、焦油、气体等，在600?以上时， 液体产物焦油和木醋酸以气体的形式存在于所生成的热解气体中，总的化学反应如下: 干燥后的生物质固体，热量?焦炭，CO，CO2，H2O，CH4 ，C2H4，木醋酸，焦油 焦油的成分复杂，主要是苯的衍生物及多环芳香烃，如苯、萘、甲苯、二甲苯、酚等，其特性是高温下可以发生裂解，低温下则以液体的状态存在。生物质气化的目标是获得尽可能多的可燃气，但在气化过程中，焦油是不可避免的流体产物。焦油在高温下与可燃气一起呈气体状态，但在低于200?的情况下，就开始凝结为液体。 2)焦油的存在对生物质气化系统的使用会造成许多危害，主要是: 气化气中焦油的含量一般占总能量的5%~15%，其存在会降低气化效率，造成能量损失和浪费;焦油在低温时容易凝结为粘稠的液体，与灰粒一起堵塞输气管道，影固定床秸秆气化系统的设计与性能测试研究响气化系统的正常运行;净化时处理不当容易造成环境污染。农村组织、市场和体制因素制约着生物质气化集中供气技术的推广，尽管我国新能源和可再次生产的能源产业得到了一定的发展，但从总体上看，产业整体实力不强，市场之间的竞争能力弱，一些阻碍产业高质量发展的核心问题并未从根本上解决，产业化发展面临技术、资金、市场、机制等各方面的障碍，具体问题是: 总体技术水平不高。新能源和可再次生产的能源是新兴起的产业，与常规能源技术相比，仍处于发展初期，公司制作规模小，工艺技术落后，一 些原材料和产品国产化程度低，加大了产品的生产所带来的成本，迫切地需要采取比较有效措施，提高新能源和可再次生产的能源技术发展水平。 (2)市场发育不成熟。目前，我国新能源和可再次生产的能源产品大多缺乏系统的

  ，产品品质衡量准则不完善，质量检验和监督管理体系还没有建立起来，产品质量良莠不齐、地方保护、恶性竞争等影响了市场的健康发展。缺乏有效的激励机制。在当前技术条件下，新能源和可再次生产的能源还不完全具备与常规能源进行竞争的能力。以风力发电为例，尽管风力发电场建设的平均单位投资已由10000~10500元/千瓦下降到8000~8500元/千瓦，但上网电价(含增值税)中等水准仍然在0.60~0.70元/千瓦时之间，高于常规能源发电成本。新能源和可再次生产的能源的发展要建立和完善投资、税收、价格、财政等方面的激励政策和机制。融资渠道不畅。新能源和可再次生产的能源是一个新兴起的产业，又缺乏融资渠道和机制是产业化发展的重要障碍，迫切地需要 [24]建立有效的融资渠道和探索各种融资方式。如果在农村推广户用生物质气化系统，由于其结构相对比较简单，管路短，操作维护简单方便，耗资少，就弱化了制约生物质气化技术应用和推广的重要的条件焦油的影响，且能适应我国农村目前的组织和体制状况。 1. 4本课题研究的主要内容 从以上的叙述不难得知，经过半个多世纪的发展，尽管人们在生物质气化技术的研究方面己经取得了一定的进展，但仍然面临着这样或那样的诸多问题。因此，对生物质气化技术的进一步深入研究是十分必要的。本课题的主要研究内容如下: (1)设计一台小型的生物质气化炉，气化反应器内部设计有多道供风装置、无缝清灰装置等核心部件，并且设计了两级净化装置。通过试验及计算根据结果得出，本次研究设计的气化炉，某些特定的程度上达到了生物质气化的基本性能及气化气的净化效果，并提高了气化炉的封火时间。该气化炉能满足各种常见生物质的气化要求，可以测量气化反应时各反应区的气温变化，以了解反应温度对气化反应的影响。 (2)对气化炉炉内温度和鼓风量之间的关系进行了实验研究。实验根据结果得出:在鼓风量较小的情况下，炉内温度随鼓风量的增加而明显提高，但当鼓风量达到一定值后，炉内温度的提高变得缓慢。 第二章、户用型秸秆气化炉的研究与设计 2.1气化炉总体方案的确定 2.1.1研究设计原则 (1)气化效率高，燃气质量好 目前市场上许多生物质气化炉气化效率

  20%，低于NY/T443-2001标准，既造成能量浪费，又对用户生命安全构成威胁。必须合理地设计气化炉，使燃气指标符合国家标准。 (2)物料适应性好 由于农村生物质种类比较多，设计出的生物质气化机组应该具有广泛的适用性。 (3)坚固耐用、运行稳定选用合理的耐火材料与炉排材料，大大延长维修周期，增添设备运行的可靠胜。 (4)结构相对比较简单、操作便捷、价格低 由于生物质气化炉大多数都用在农村，因此结构不能复杂。要设计合理，便于维修及操作人员日常运行。并且要尽可能减少相关成本，以利推广。 2.1.2拟达到的主要技术指标 (1)排烟中的CO含量:?0.05% ; (2)点火起动时间: ?8min; (3)一次加料后持续稳定燃烧时间: ?90min; (4)气化效率: ?70% ; (5)热效率: ?40% ; 3(6)燃气热值: ?4600kJ/Nm ; 3(7)产气量: ?2.0m/kg; 3(8)焦油含量:

  l+l; 3412 由?ACD有 1 l-l+l

  l 2143 l-l+l

  l 2134 将上列三式整理，并考虑到四个杆件同时共线?l2+l3 将上三式两两相加，化简得 l1?l2 l1?l3 l1?l4 铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是: (一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和; (二)曲柄为最短杆。 铰链四杆机构存在曲柄的条件是: (一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和; (二)机架或连架杆为最短杆。 2.7.2清灰装置的设计 目前气化炉都会存在清灰麻烦、结渣不易取出等问题，为克服这些缺点和不足，本人研究设计了一套可旋转式快速清灰装置(如下图2-8所示) (a) 图2-8可旋转式快速清灰装置 (b) 可旋转式快速清灰装置，它由安装在炉体上的套筒和安装在套筒上位于炉膛 由螺栓连成一体的炉栅和套筒，套装在套筒上由螺纹紧下方的轴承组成，轴承上 固，便于拆装。该可旋转式快速清灰装置，可使气化炉省去炉桥，排渣不需逐个将灰渣从炉膛中夹出，既省时省力，又安全快捷，还能充分的利用热能，防止热损耗，操作极为简便。设置的可旋转炉栅与位于灰室中的铰链四杆机构相连，在炉外通过转动手柄，可使可旋转炉栅在反应炉膛最底端的出料口处作60度旋转，完全打开扇形出灰口，实现了无缝清灰，使秸秆气化炉的气密性更加可靠、有保证。 第三章 气化炉净化系统研究与设计 3.1生物质燃气的主要杂质成份 上吸式气化炉产生的生物质燃气中杂质含量较大，约占10 3~200g/m，其成份很复杂，主要是焦油和灰份，它们的存在对气化有多方面的不利影响。首先，它降低了气化效率。其次，易堵塞输气管道及灶具、气表等，使气化设备的运行出现故障。另外，杂质在燃烧时易产生炭黑等颗粒，对灶具损害相当严重，所以有必要对杂质成份做多元化的分析。杂质成份主要为: (1)焦油和灰份焦油的成份很复杂，主要是多核芳香族成份。目前能分析出的成份有200多种，主要成份不少于20种，大部分是苯的衍生物，含量大于5%的有以下几种:苯、蔡、甲苯、二甲苯和酚。 (2)有机酸在生物质热加工过程中产生有机酸，如乙酸、丙酸等，这是与煤热加工的最大不同点。虽然大部分有机酸会冷凝到木蜡液中被排出，但气化气中仍然含有一定量的以蒸气形式存在的有机酸。这些有机酸蒸气对输气管道和灶具有很强的腐蚀作用。 (3)醇、醛、醚、酮生物质气化气中还含有一定量的甲醇、乙醛、丙酮、、乙酸甲等有机物。这些物质的少量蒸气可当作燃气成份，但对于PE塑料材质的管道有较强的腐蚀作用。 (4)氧生物质燃气中的氧大多数来源于未被完全消耗的氧化剂(空气);从安全角度来考虑.应当尽可能降低气化气中的氧含量。国家规定人工煤气中的氧的含量应小于1%。 (5)水经过湿式气柜后，生物质气化气中的水份含量是当时温度 下的饱和水蒸气。如果在输气过程中逐步降低温度，就会产生冷凝水，水积多了，就会造成输气管道堵塞。 3.2生物质燃气净化系统的确定 有效地降低生物质燃气中的杂质含量，对推广和应用生物质气化技术具备极其重大意义。目前国内生物质燃气净化技术系统主要有: 湿式 [40-47]净化系统、裂解净化系统、干式净化系统等。 (1)湿式净化系统 湿式净化系统是采用水洗的方法脱除焦油和灰尘的。由于冷却洗涤塔的除尘效率为30%，所以此种净化系统一般是把多个水洗喷淋系统连接在一起对生物质燃气进行净化。湿式净化系统存在结构相对比较简单、操作便捷、成本较低等许多优点，但是由于它是直接用水洗涤净化燃气，洗过焦油后的污水排入农田或河流会带来严重的二次污染问题。此外，气化中焦油产物含有的能量一般占总能量的5~15%，大量焦油随水流失也会造成能量的浪费。 (2)裂解净化系统 裂解净化技术是将在生物质气化中所产生的焦油利用某种方法使其裂解为可利用的气体，以达到焦油的去除和回收利用目的。瑞典皇家工学院是焦油裂解开展较早的单位，它采用锻烧过的白云石(主要成份为CaCO?MgCO进行催化裂解，但存在炉子结构较为复杂，成33 本过高，操作及维修不便等问题，不适合我国农村的情况。 (3)干式净化系统 干式净化系统是根据生物质燃气中所含杂质的特点，采用间接降 温和多级净化的方法除去焦油和灰分。主要应用方法有:旋风分离净化方法、重力或惯性力净化方法、过滤净化法等。 a.旋风分离净化方法 旋风分离净化装置是利用气体非常快速地旋转下的离心力，将灰分、炭等固体颗粒分离出去。这种净化方法净化效果很好，应用较广泛，但由十其结构因素，旋风分离装置在使用的过程中，阻力较大，因此，此种设备适用十气体出口有压力的气化炉。 b.重力或惯性力净化方法 当气流方向转变时，质量较大的颗粒受惯性力作用，沿与气流方向不同的轨迹运动，从气流中分离出来。基十这样的原理，常见的惯性除尘器(如图3-1)一般都是通过管路折转或设置某种障碍物使气流转向来分离气体与颗粒的。这种方法结构相对比较简单、净化效率较高。 c.过滤净化法 图3-1惯性净化器 过滤净化法是将吸附性强的材料(如活性炭或粉碎的玉米芯等)装在容器中，让可燃气穿过吸附材料或者让可燃气穿过滤纸或陶瓷芯的过滤器，把可燃气中的焦油过滤出来。与此同时，吸附性材料装置 于容器内形成多孔体，过滤时，由于惯性的碰撞、拦截、扩散以及静电、重力的作用，从气体中除去分散的固体颗粒(灰尘)和水分。这种过滤净化器通常用于末级分离，净化效率高并且很稳定，但是吸附材料需要定期更换。另外，为了不产生新的污染物，过滤材料采取使用可以燃用的生物质是一种较佳的选择。 在大规模集中气化供气系统中，通常先用淋浴器或旋风分离器等去除灰分、部分焦油和水分，然后用装有吸附剂的分离器去除焦油和水分等。由于本研究设计的气化炉内部压力极小，燃气出口处压力不大，不宜在此气化炉外接淋浴(水洗)器或旋风分离器等净化装置。鉴于此，本研究的气化系统设计了两级净化装置以达到对粗燃气最大限度的降焦除尘(见图2-12。其工作原理为:从气化炉生成的可燃气体称为粗燃气，粗燃气先经过惯性分离除尘装置，分离灰尘和大部分焦油，然后再利用吸附分离器进行二次净化，从二级净化器出来的洁净燃气即可储存并使用。 3.3净化系统的结构设计 (1)一级净化器原理及结构设计 一级净化器采用惯性净化原理进行结构设计，当气体运动路线由水平改为爬坡上升时，焦油、灰尘及部分冷凝水靠惯性力及其自身重力沉降下来，达到净化目的，结构如图3-2所示。净化器外壳为圆筒状，上部开口为粗燃气进口，下部开口为净化气出口。在气体输送的 。管道中设置多个挡板，每个挡板以10~20的倾斜角度放置，下部开有排污槽。由于自身重力，灰尘和冷却后成液体状的焦油、水，经过 图3-2 一级净化装置结构示意图 倾斜挡板沉降下来，灰尘及液状焦油、水沿挡板上设置的排污槽向下流，在净化器内壁上形成两对称排污通道，在净化器底部设有排污口，汇集在净化器内底部的焦油、灰尘和水分混合体通过水封排污口排出，达到一级净化的目的。 选取净化器外壳外径为D =160mm,厚度S= 4mm的钢管，上下J J 焊接有厚度为3. 5mm的盖板，下盖板开有直径为小12. 5mm的排污口，排污口外焊接有“U形排污装置，U”形排污装置是φ20×3.5的钢管焊制而成。内部挡板毛坯料为长轴长L=155mm,短轴长1=150mm的椭圆板，一端开有宽b=20mm的长方形排污槽，另一端J 沿垂直十长轴的方向去除一部分材料，使挡板长轴方向上的长度为L=130mm,椭圆中心处开有直径为b=1.4mm的定位孔。挡板方向交JJ 。错焊接十一直径为3. 5mm的定位杆上，其倾斜角度取10。 (2)二级净化器的原理及结构设计 经过一级净化后，气体温度逐步降低，混合在气体中的焦油、水分继续析出，从气体中分离出来。二级净化器可放置碎玉米芯、活性炭等吸附性强的物质，吸附焦油、水分等，达到二级净化的目的。本研究设计的二级净化器以结构相对比较简单、易十拆换为原则，同样使用圆筒状的外壳，下部开口为气体进口，上部开口为净化气体出口。净化器上顶盖用耐火土密封并固定，其内部过滤部分构造为一多孔体，在两网孔式过滤板中间填装干燥的碎玉米芯，适合生物质材料丰富的农村使用，取材方便，便十维护，易十更换。二级净化器外壳、上、下盖板、排污口、排污槽与一级净化器完全一致，在净化器内部，气体进口上部l0mm处焊接有一厚度为3. 5mm的网孔铁板，网孔直径为6mm，在直径为150mm的铁板上均匀钻制80个孔。网孔板上部填装干燥的玉米芯，其填装高度在净化器出气口下部20mm处，上部再盖压一块同样的网孔板，为方便定期更换净化器内部的玉米芯，二级净化器上顶盖是用耐火土密封并固定的。 图3-3两级净化装置 第四章 全文总结与展望 通过对上吸式生物质气化炉的设计、试验研究，对生物质气化未来的发展有以下几点想法: (1)国内外在生物质气化方面的实验研究工作已经有过不少，但对反应机理和数学模型的研究不多。只有对生物质气化的理论进行更深入的研究，才可以更好的掌握气化的本质和规律，这样才可以使生物质气化这一极具发展前途的技术有更加广阔的未来。 (2)生物质组成的复杂性和多样性，使得对其热解过程机理的认识具备极其重大理论意义和应用价值。如果能将其它更先进的仪器如质谱、色谱仪等与热重分析仪联用，对得到的产物能及时、准确的分析，获得产物组成与反应条件的规律性关系，将会对生物质热解及催化热解的作用机理有更全面、更深入的认识。 (3)生物质气化机理的研究与化学等基础学科紧密关联。化学机理的提出和使用依赖于反应原料和条件。目前在气化机理的研究方面，工业分析手段运用较多，而从化学、物理等基础学科的角度所进行的深入探讨不够。这也导致了目前所知的气化机理最简单，不能很好地拟合真实的情况。 参考文献 [1]周中仁，吴文良.生物质能研究现状及展望.农业工程学报，2005, 21 C12):12-15 [1].马隆龙，吴创之，孙立.生物质气化技术及其应用【M].北京:化学工业出版社，2003. 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