生物質(zhì)氣化爐，一種將秸桿等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體的設(shè)備，其工作原理及反應(yīng)過程備受關(guān)注。該氣化爐主要由下出灰口、冷卻夾套、水冷排結(jié)構(gòu)、爐體、快開上出灰口和進(jìn)料口密封蓋等部分構(gòu)成。其中，爐體作為待燃燒的秸桿料的裝料倉和燃燒室，位于氣化爐的中上部。進(jìn)料口則設(shè)置在爐體上端中心位置，并配備有水封的進(jìn)料口密封蓋，確保氣體密閉性。
氣化爐的中下部則精心設(shè)計了水冷排結(jié)構(gòu)，作為燃燒爐排，其下方的下爐體則配備了夾層的冷卻夾套。冷卻夾套內(nèi)的水與水冷排結(jié)構(gòu)的水相互連通，通過水泵驅(qū)動實現(xiàn)循環(huán)冷卻，確保氣化爐的高效穩(wěn)定運行。
在氣化過程中，不同生物質(zhì)的反應(yīng)路徑會有所差異，但常見的氣化爐反應(yīng)可概括為氧化層、還原層、裂解層和干燥層四個階段。這些階段的順利進(jìn)行，是生物質(zhì)氣化爐能夠高效轉(zhuǎn)化氣體的關(guān)鍵。
1、氧化反應(yīng)
在氣化爐的氧化層中，生物質(zhì)主要發(fā)生氧化反應(yīng)。氣化劑從爐柵下部導(dǎo)入，經(jīng)過灰渣層的吸熱后，進(jìn)入氧化層。在這里，高溫碳與氣化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生大量的二氧化碳，并釋放出熱量，使得溫度維持在1000~1300攝氏度之間。
值得注意的是，氧化層的燃燒反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。這些反應(yīng)所釋放的熱量，不僅為還原層的還原反應(yīng)提供了所需的能量，還為物料的裂解及干燥過程供熱。
2、還原反應(yīng)
在氧化層中產(chǎn)生的二氧化碳以及碳與水蒸氣，會進(jìn)一步發(fā)生還原反應(yīng)。這一過程對于生物質(zhì)氣化而言至關(guān)重要，因為它涉及到碳的轉(zhuǎn)化和能量的釋放。
3、裂解反應(yīng)區(qū)
氧化區(qū)和還原區(qū)所產(chǎn)生的熱氣體，在上升過程中會經(jīng)過裂解反應(yīng)區(qū)。這里的生物質(zhì)受到高溫氣體的加熱，進(jìn)而引發(fā)裂解反應(yīng)。裂解反應(yīng)是生物質(zhì)氣化過程中產(chǎn)生氣體燃料的關(guān)鍵步驟。
4、干燥區(qū)
氣體產(chǎn)物從氧化區(qū)、還原區(qū)和裂解反應(yīng)區(qū)上升至干燥區(qū)。這個區(qū)域的主要作用是加熱生物質(zhì)原料，使原料中的水分得以蒸發(fā)。這一過程不僅吸收了熱量，還降低了氣化爐的出口溫度，通常維持在100~300℃范圍內(nèi)。
綜上所述，氧化區(qū)、還原區(qū)和裂解反應(yīng)區(qū)共同構(gòu)成了氣化反應(yīng)的主要區(qū)域，而干燥區(qū)則是確保生物質(zhì)原料得到充分干燥的重要環(huán)節(jié)。這兩個區(qū)域的協(xié)同作用，使得生物質(zhì)能夠高效地轉(zhuǎn)化為氣體燃料。
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