表水泥膨胀珍珠岩制品与其他保温材料的比较制品名称容重使用温度导热率水泥珍珠岩制品水泥蛭石制品硅藻土制品粉煤灰泡沫混凝土炉体外壁分别选用的材料是普通钢,导热性能极好,此层温降不计,则保温层外壁的温度可等同于气化炉外壳温度,即要求保温层外壁温度为,又保温层内壁即风道外壁温度则保温层的平均温度,温度时水泥膨胀珍珠岩制品的导热系数设保温层外围空气温度,管外风速约为保温层表面到周围空气的放热系数,依经验公式设保温层外径为,依经验公式令查附表得则保温层厚度④设计热功率气化炉主要结构参数的设计计算炉膛的结构尺寸炉膛截面积炉膛截面直径炉膛的原料高度式中生物质原料在炉膛中的堆积密度,由于使用的原料是压缩成型玉米秸秆,成型料的堆积密度般为原料堆积密度的倍左右,参照表中,取。④气化炉内筒的高度系数物料在炉内应有足够的滞留时间,这与燃烧层的高度及物料与气流运动有关,要保证生物质原料气化耗尽。剩下的残灰体积小于燃料体积,设为原料气化体积收缩率,为气化炉内筒实际高度,则在加料次数为次时,实际可加进的燃料高度为记为气化炉内筒的高度系数。参考有关文献和经验,生物质原料气化的收缩率取,由此可得,,,,,内筒高度气化炉加满原料后,经过段时间运行,原料耗尽,在不排灰的情况下,可再次加入原料继续运行。这个过程理论上可进行无限多次,实际上只有开始几次加料有实用价值。取,当需要气化燃料高度为时,相应的气化炉内筒实际高度为考虑到气化炉点火时灰烬需要占用定的空间,且要保证炉内的原料能够在定的压力作用下稳定地下移,物料的顶部也需要定的气流和加料空间,所以设计中炉子内筒实际高度取灰渣室取高,所以炉子的总高度约为送风口结构尺寸次风口的尺寸上吸式气化炉次风口,采用在炉膛壁上气化炉的炉体为圆筒状,通过圆筒壁的热流量为定值,因此风道内有以下公式式中温度为时干空气的导热系数设计出的炉膛内筒实际高度风道的外径炉膛截面直径风道的宽度气化炉的结构设计需保证定的热量要求,防止热损失过大,降低气化炉的热量利用率,因此需规定气化炉常年运行工况所允许的散热损失。表为气化炉常年运行工况允许最大散热损失。表常年运行工况允许最大散热损失由表知,当保持保温层外的温度为左右时,炉子所允许的最大散热损失为,因此,通过风道和保温层的热流量设风道的宽度为,由式知炉膛截面直径则风道外径风道的平均温度温度时干空气的导热系数将以上数据代入式,得计算得风道外壁的温度,与的误差为,假设成立。设备管道及附件外表面温度允许最大散热损失确定保温层厚度保温层材料为水泥膨胀珍珠岩制品,以水泥为粘结剂,珍珠岩粉为骨料,按的比例配合搅拌成型养护而成。其承压能力较强施工方便生产成本低经济耐用,广泛应用于较低温度的热管道,用于炉壁内防止因炉内热量散失而使外炉壁温度过高,保证安全。水泥膨胀珍珠岩制品容重般为,导热方程。水泥膨胀珍珠岩制品的高温导热率及与其他保温材料的比较分别见表和表。表水泥膨胀珍珠岩制品的高温导热率膨胀珍珠岩粉的容重用料体积比烘干抗压强度烘干容重热面温度冷面温度平均温度导热率水泥珍珠岩粉开小孔的设计方式。通过气化原料气化所需的空气量确定风口的尺寸,风口的几何尺寸内径按下式计算式中生物质原料的消耗量风口中空气流速气化所需空气量风口直径风口个数,因此风口采用个内径为的孔,沿圆周方向均匀分布,计算得到风口中空气流速为。在结构允许的条件下,较多的风口有利于空气和物料的良好混合,但也增大了阻力,增加了风机的负荷。二次进风口孔的尺寸燃烧室下方开有二次风口,通入适量空气使产生的气化气充分燃烧,所以需要合理地确定二次风口的尺寸。空气是由风扇经同送风口送入炉膛,由配风阀分配二次风的量,流速相同,因此二次进风口尺寸可根据次进风口尺寸确定。由气化当量比ε可知,则燃烧所需空气量ε所以二次进风量与次进风量比为由此可知,进风口面积比由上文可知,设计的次进风口个数为个,直径为。燃烧室下方的排二次进风口,沿燃烧室壁均匀分布,总个数为个即其中次进风口孔的直径二次进风口孔的直径。所以算得进风口直径为,二次进风量需要保证气化气完全燃烧,前文中也考虑了过量空气系数,因此设计时取。气化炉的各层材料及厚度气化炉的外壁的作用是固定炉体结构,考虑到价格和强度,选用普通钢板即可,本设计中炉壁厚度取。生物质的气化过程和气化气的燃烧过程都是在炉膛中进行的,属于高温反应,所选材料必须耐高温,本文中选取厚的锅炉钢。外壁和炉膛中间是保温层和风道,其结构示意图如图所示,其厚度需根据内外温度及热流量来确定。图气化炉的各层结构示意图确定保温层内壁即风道外壁的温度炉膛的内壁和炉体外壁分别选用的材料是锅炉钢和普通钢,导热性能极好,此两层的温降不计,由炉膛内温度曲线图知炉膛内壁温度,因此风道内壁即炉膛外壁的温度。假定风道外壁温度,则风道的平均温度用气时间左右,消耗生物质原料,因此,初步设计该户用型上吸式气化炉消耗的原料量初步确定气化强度为气化空气量的确定原料完全燃烧所需的空气量生物质原料般含有碳氢氧氮硫等元素,由于氮和硫的含量非常低,所以本研究中不考虑氮硫与氧的燃烧反应,只考虑碳氢与氧的燃烧反应。碳完全燃烧的反应碳完全燃烧需要氧气。氢燃烧的反应氢燃烧需要氧气。原料中已经含有氧,相当于原料已经供给氧气,氧气占空气的,所以生物质原料完全燃烧所需的空气量式中原料完全燃烧所需的理论空气量原料中碳元素含量原料中氢元素含量原料中氧元素含量。如玉米秸所含主要元素含量为玉米秸完全燃烧所需的空气量为实际需要通入的空气量为理论上的玉米秸秆完全燃烧所需的空气量,考虑到实际过程中的空气泄漏或供给不足等因素,加入过量空气系数,取,保证分配的二次通风使气化气得到完全燃烧。因此,实际需要通入的空气量原料气化所需的空气量生物质物料与空气在气化炉中发生复杂的热化学反应,从热动力学角度分析,空气量对于产出气成分的影响可以从图中看出。图中的曲线为生物质气化时空气的当量比与产出气成分之间的关系曲线,图中横坐标值为所提供的空气中的氧与物料完全燃烧所需氧的当量比。从图中曲线可以看出,当量比为时,没有氧气输入,直接加热物料的反应属于热解反应,虽然也可以图燃气成分与空气量的关系曲线产生等可燃成分,但产出气中焦油含量很高,并且约占物料质量的焦炭不能同时转变为可燃气体当量比为时,物料与氧气发生完全燃烧反应,不能产生可燃气只有在当量比为时,即气化反应所需氧仅为完全燃烧耗氧量的,产出气成分较理想。当生物质物料中水分较大或挥发分较小时应取上限,反之取下限。计算气化炉反应所需空气量时,首先根据生物质物料的元素分析结果,计算出其完全燃烧所需理论空气量,然后按当量比,计算实际气化所需空气量式中实际气化所需空气量完全燃烧的理论空气量气化当量比。玉米秸秆压块的挥发分较高,含水量很低,当量比取,则每千克燃料气化所需要的空气量为
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