生物质外热式连续炭化炉的设计及可行性分析

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1、2015年3月农机化研究第3期生物质外热式连续炭化炉的设计及可行性分析梁化超，王维新，杨源琦，李霞，张巍，赵庆(石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832000)摘要:化石能源日益枯竭的今天，利用生物质能替代传统能源研究成为研究的焦点，新疆棉秆资源丰富，合理利用生物质资源具有很大的意义。为此，以棉秆为实验样本，分析现有炭化工艺，依照节能环保的原则，设计了一种生物质外热式连续炭化炉，并介绍了炭化炉的整体结构设计，详细说明了其主要部件的设计方案及参数选择。同时，对所设计的炭化炉进行热平衡计算，得出炭化反应产生的天然气完全燃烧的热值为727MJ

2、，炭化室热损耗为501．23MJ;理论验证了该炭化炉结构合理、制作工艺简易、操作方便、性能可靠，具有较好的市场前景。关键词:生物质;外热式;连续炭化炉;结构设计;热平衡计算中图分类号:TK64文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)03－0239－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.059的不足，使新疆的棉秆资源得以充分的利用。0引言1生物质外热式连续炭化炉的设计快速发展的世界经济使得人类所赖以生存发展的化石能源正在锐减。根据有关报告，在全世界范围内1．1整体结构可以供给人类开发利用的石油、煤

3、炭、天然气在100生物质外热式连续炭化炉主要由燃烧室、炉体、［1－2］年内将面临枯竭。同时，燃烧化石燃料将排放大炭化室、烟气管道及移动装置等组成，如图1所示。量的温室气体，温室效应越来越强，会使全球气温普秸秆无需打碎压型，直接捆扎后放入炭化室内仓，加遍上升;导致南北极地和高原冰川消融;生物多样性盖密封，在燃烧室中加入燃料点燃，高温烟气使秸秆降低;突发性气候灾难频度增加等，直接影响人类的在隔绝氧气的情况下炭化。［3－5］生存与发展。该连续炭化炉的特点为:①炉体和燃烧室内层采一切有生命的、可以生长的有机物质通称为生物用加厚保温材料，在保证炭化室

4、温度的同时还可以防质。利用生物质能代替传统化石能源，实现了可持续止因炉子外层温度过高烫伤操作人员。②炭化炉采发展。生物质能具有稳定、可再生、操作技术简单、开用外热式炭化工艺，无需对炭化原材料打碎压型，节发成本低廉等特点，世界各国开始逐渐重视开发本国省了大量机械功，也避免了内热式炭化过程中秸秆细［6］的生物质能。枝末节燃烧成灰而主枝干还未炭化的情况，提高了炭在厌氧或者隔绝氧气的情况下对生物质进行热化率。③炭化炉采用连续式炭化，用前炉炭化产生的解、可产生含碳量丰富的生物质碳。生物质碳具有负可燃气体加热后炉进行连续炭化，极大地减少了燃烧碳减排、改

5、良土壤等特点，可加工成炭基缓释肥、土壤用能的损耗。④每个炭化室均设有测温装置，方便随［7］改良剂和炭化生物质煤等。但是，目前国内具有规时监测记录温度变化数据，并方便根据温度数据进行模的炭化炉生产厂家大多采用内热式炭化工艺，生产炭化操作。⑤烟气在炭化室外部采用自上而下、自下出的炭化炉存在炭化效果不理想、稳定性差及无法实而上的循环行进，更加充分地利用了烟气的热能，使现连续式炭化等缺点。新疆具有非常丰富的农作物炭化受热更均匀。秸秆资源(棉花秸秆)，针对新疆棉花秸秆的生物质特1．2主要参数性，设计一种外热式连续炭化炉，用以改善现有设备生物质外热式连

6、续炭化炉采用45钢材制造。其主要技术参数如下:收稿日期:2014－04－01炉长/m:3．150基金项目:国家大学生创新创业训练项目(111075915)作者简介:梁化超(1990－)，男，新疆哈密人，硕士研究生，(E－mail)炉宽/m:0．950121696534@qq．com。炉高/m:1．860通讯作者:王维新(1958－)，男，山东潍坊人，教授，硕士生导师，(E－mail)weixin_wang@126．com。壁厚/m:0．020·239·2015年3月农机化研究第3期－211炭化室长径/m:0．700弹性模量/N·m:2．09

7、×10－210炭化室短径/m:0．400抗剪模量/N·m:8．23×10－33炭化室高/m:0．750密度/kg·m:7．89×10－28炭化室内仓个数/个:5抗拉强度/N·m:6．00×103－28有效容积/m:0．8365屈服强度/N·m:3．55×10其45钢材料参数如下:液相线温度/℃:14951．燃烧室2．炉体3．炭化室4．烟气管道5．移动装置图1外热式连续炭化炉结构示意图Fig．1Continuouscarbonizationfurnaceheatoutsideschematic无死角全面加热，使得棉秆均匀炭化。2主要部件的设计

8、3可行性分析2．1炭化室内仓的设计遇热膨胀、遇冷收缩，是绝大多数物质的属性，特资源再利用和节能环保是评价炭化炉优良的主要别是钢材温度伸缩比较敏感。钢板薄而宽大，遇不均标准。在已有