農(nóng)村生物質(zhì)氣化集中氣化爐運(yùn)行模式

1生物質(zhì)氣化集中供暖系統(tǒng)生物化學(xué)技術(shù)是在缺氧條件下對(duì)生物化學(xué)原料的加熱反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化過程。生物質(zhì)一般由C、H、O等元素和灰分組成,當(dāng)它們被點(diǎn)燃時(shí),供應(yīng)少量空氣,并且采取措施控制其反應(yīng)過程,使C、H元素變成CO、CH4、H2等可燃?xì)怏w,生物質(zhì)中大部分能量都轉(zhuǎn)移到氣體中,這就是氣化過程。生物質(zhì)氣化集中供氣技術(shù)是針對(duì)農(nóng)林廢棄物(玉米稈、玉米芯、花生殼、樹枝等)所提出的一項(xiàng)規(guī)模化利用生物質(zhì)資源的技術(shù)。通過生物質(zhì)氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用,可大幅度提高能源利用率,增加農(nóng)村能源的有效供給,解決農(nóng)作物秸稈焚燒造成的環(huán)境污染問題,對(duì)促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境都將起到積極作用。生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)的基本模式為:以自然村為單元,系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)十戶到上千戶,系統(tǒng)由三部分組成:生物質(zhì)氣化機(jī)組、燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)和用戶燃?xì)庀到y(tǒng)。工藝系統(tǒng)如圖1所示。鍘成小段的農(nóng)作物秸稈送入氣化爐中經(jīng)過熱解氣化反應(yīng)轉(zhuǎn)換成可燃?xì)怏w,在凈化器中除去燃?xì)庵泻械幕覊m和焦油等雜質(zhì),由風(fēng)機(jī)送至氣柜中。氣化爐、燃?xì)鈨艋骱惋L(fēng)機(jī)組成了生物質(zhì)氣化機(jī)組。氣柜的作用是儲(chǔ)存一定量的燃?xì)庖云胶庀到y(tǒng)燃?xì)庳?fù)荷的波動(dòng),并提供恒定的壓力,保證用戶燃?xì)庠罹叩姆€(wěn)定燃燒。離開氣柜的燃?xì)馔ㄟ^敷設(shè)在地下的管網(wǎng)分配到系統(tǒng)中的每家每戶。用戶打開燃?xì)庥镁叩拈y門,就可以方便地使用燃?xì)饬恕Ｉ镔|(zhì)氣化技術(shù)用于村級(jí)集中供氣是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè),自1994年在國家科委資助下研制出第一代生物質(zhì)氣化機(jī)組至今,在全國范圍內(nèi)已有數(shù)百個(gè)甚至更多的機(jī)組供用戶使用。生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)由氣化站、燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)和室內(nèi)用氣系統(tǒng)所組成。2與凈化的工藝流程氣化站包括原料貯存與加工、站房、氣化機(jī)組、燃?xì)馀潘蜋C(jī)、貯氣裝置和站內(nèi)管路系統(tǒng)。生物質(zhì)燃?xì)馍a(chǎn)與凈化的工藝流程如圖2所示:原料預(yù)處理→加料器→氣化爐→凈化器→燃?xì)馀潘蜋C(jī)貯氣柜是平衡用氣負(fù)荷變化和保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的重要設(shè)備,它通過鐘罩的浮起與落下來貯存和放出燃?xì)?適應(yīng)用戶用氣量的變化,并在夜間和白天炊事間歇時(shí)間供應(yīng)零散用氣。氣化機(jī)組間歇運(yùn)行,但整個(gè)系統(tǒng)不停頓地向用戶供氣。3燃?xì)飧晒懿贾梅桨溉細(xì)廨斉湎到y(tǒng)的功能是將燃?xì)夥峙涞较到y(tǒng)內(nèi)的每個(gè)用戶,并且保證穩(wěn)定的供氣壓力。農(nóng)村生物質(zhì)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力和燃?xì)飧晒艿牟贾?應(yīng)根據(jù)用戶的用氣量及其分布、地形地貌、管材設(shè)備供應(yīng)條件、施工和運(yùn)行管理等因素,經(jīng)過多方案比較,擇優(yōu)選取技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的方案。單級(jí)低壓生物質(zhì)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)壓力不大于5kPa。從氣柜到最遠(yuǎn)端用戶的燃?xì)夤艿涝试S阻力損失為:式中ΔPd—從氣柜到最遠(yuǎn)端燃具的管道允許阻力損失,Pa;Pn—低壓燃具的額定壓力,Pa。3.1低壓管道的設(shè)置低壓管網(wǎng)的主要功能是直接向用戶配氣,所以,低壓管網(wǎng)的布置一般應(yīng)考慮下列各點(diǎn):(1)低壓管道的輸氣壓力低,沿程壓力降的允許值也較低,故低壓管網(wǎng)的最遠(yuǎn)距離應(yīng)在以氣化站為中心,半徑為1km的范圍內(nèi);(2)低壓管道直接與用戶相連,而農(nóng)村住房多為不規(guī)則分布,故低壓管道為枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)并存;(3)低壓管道可以沿街道的一側(cè)敷設(shè),也可以雙側(cè)敷設(shè)。當(dāng)街道寬度大于20m、橫穿街道的支管過多、或輸配氣量大,而又限于條件不允許敷設(shè)大口徑管道時(shí),低壓管道可采用雙側(cè)敷設(shè);(4)低壓管道應(yīng)按規(guī)劃道路布線,并應(yīng)與道路軸線或建筑物的前沿相平行,盡可能避免在高級(jí)路面的街道下敷設(shè)。3.2自動(dòng)排水器的壓力排水器是輸配系統(tǒng)中極為關(guān)鍵的附件,它的合理與否直接影響到用戶是否能夠順利用氣。擬設(shè)計(jì)一種安全可靠的自動(dòng)排水器,如圖3所示。下端密封的圓筒內(nèi)用水做密封介質(zhì),插入水中的管子與燃?xì)夤艿老噙B,圓筒內(nèi)裝滿水,上端開有溢流口,當(dāng)燃?xì)夤艿乐械乃魅雸A筒內(nèi)時(shí),多余的水由溢流口流出。自動(dòng)排水器的優(yōu)點(diǎn)是:燃?xì)獠粫?huì)隨水排放,人身安全得到保障,工作量減少,不必定期特意排水。只需適時(shí)補(bǔ)充因自然蒸發(fā)而損失的水分。生物質(zhì)氣化集中供氣工程中氣柜的最大設(shè)計(jì)壓力為4kPa,為了有更大的裕量,使自動(dòng)排水器的使用更加安全,故將插入排水器水中的燃?xì)夤艿椎膲毫?kPa計(jì)算。則P=ρgh2式中P—燃?xì)夤艿椎娜細(xì)庀鄬?duì)壓力,取值5kPa;h2—排水器內(nèi)水的深度,mm。由上式可得h2=510mm為避免時(shí)間過長從排水器溢流口落入其內(nèi)的雜質(zhì)堵塞氣管而影響排水,故圖3中h1的距離取為100mm。同時(shí),將水深裕量h3增加20%,水深即為610mm。則集水器高度h≥h1+h2+h3=710mm,選取h=800mm。4燃?xì)夤艿赖木植孔枇p失室內(nèi)燃?xì)庀到y(tǒng)包括燃?xì)獗怼⒐潭ㄑb置、閥門、燃?xì)庠罹叩炔考Ｈ細(xì)庠罹弑仨毑捎蒙镔|(zhì)燃?xì)鈱Ｓ迷罹摺Ｊ覂?nèi)燃?xì)庀到y(tǒng)如圖4所示。根據(jù)燃燒理論,在燃?xì)庠罹邇?nèi)燃燒的是燃?xì)馀c空氣的混合物,要實(shí)現(xiàn)完全燃燒,熱值高的燃?xì)庑杌旌陷^多的空氣,而熱值低的燃?xì)庵幸旌仙倭康目諝?因此,燃?xì)?空氣混合物的熱值并沒有太大的差別。例如:天然氣的熱值是生物質(zhì)燃?xì)獾?倍,但其混合氣的熱值僅比生物質(zhì)燃?xì)飧?3%。所以只要使用專門設(shè)計(jì)的灶具,使燃?xì)馀c空氣流量合理匹配,就能達(dá)到與液化氣、天然氣灶具相同的熱負(fù)荷,滿足炊事的要求。室內(nèi)燃?xì)夤艿赖木植孔枇p失可按下式計(jì)算:ΔP=∑ξW22ρΔΡ=∑ξW22ρ式中ΔP—局部阻力的壓力損失,Pa;∑ξ—計(jì)算管段中局部阻力系數(shù)的總和,局部阻力系數(shù)可查閱有關(guān)資料;W—管段中燃?xì)饬魉?m/s;ρ—燃?xì)獾拿芏?kg/m3。5系統(tǒng)投資和運(yùn)營成本5.1影響氣負(fù)荷集中及村經(jīng)濟(jì)水平的因素生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)投資受村莊規(guī)劃、規(guī)模、用氣負(fù)荷集中程度和村莊經(jīng)濟(jì)水平等許多因素的影響。根據(jù)已建示范工程的經(jīng)驗(yàn)和投資核算,100～500戶規(guī)模的集中供氣系統(tǒng)的投資估算如表1所示。5.2燃料費(fèi)管理按每戶每日用氣5m3和每千克農(nóng)作物秸稈0.06元計(jì),集中供氣系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)用和供氣成本計(jì)算結(jié)果見表2所示。若燃?xì)獍闯杀举M(fèi)0.12元/m3出售,每戶每年需支出燃?xì)忾_支216元,每月平均18元。但考慮到氣站所用原料由各戶收集,各戶出售農(nóng)作物秸稈的收入應(yīng)折抵部分燃?xì)赓M(fèi),平均每戶每年交售秸稈收入為54元,因此平均每戶每年實(shí)際燃?xì)庵С鰹?62元,平均每月13.5元。相比之下,使用蜂窩煤時(shí)每戶每月需支出燃料費(fèi)27元(蜂窩煤每塊按0.18元計(jì),每戶每天需燒5塊)。使用液化氣時(shí),每戶每月65元(按每戶一瓶用一個(gè)月計(jì)算),大大節(jié)約了農(nóng)民的支出。6生物質(zhì)氣化技術(shù)人們對(duì)化石燃料的過度使用導(dǎo)致環(huán)境污染問題日益突出,