對生物質(zhì)氣化爐進行改良,與斯特林發(fā)動機結(jié)合構(gòu)建生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)。通過在上吸式固定床氣化爐熱裂解區(qū)內(nèi)安裝燃燒管進行改良,利用燃燒管所產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜崴固亓职l(fā)動機,并通過軸帶發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能。結(jié)果表明:嵌入式燃燒管在氣化爐內(nèi)不經(jīng)過除焦程序,直接將合成燃氣與焦油燒掉,可大幅簡化系統(tǒng)復(fù)雜度,增加燃燒強度,并可在熱裂解區(qū)持續(xù)產(chǎn)生高溫?zé)煔?煙氣成分中CO、氮氧化物、硫氧化物和過剩氧體積分?jǐn)?shù)較低,該系統(tǒng)具有較高的環(huán)保性;通過調(diào)整氣化當(dāng)量比,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可穩(wěn)定地達到斯特林發(fā)動機的額定輸出電能功率35 kW,且最高輸出電能為44kW,■效率可達61%,驗證了該系統(tǒng)的有效性。 

【文章來源】：動力工程學(xué)報. 2020,40(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

改良式上吸式固定床氣化爐的設(shè)計示意圖

發(fā)電系統(tǒng)采用STM Power公司生產(chǎn)的斯特林發(fā)動機,該發(fā)動機是一種以氣體為工作介質(zhì)的熱機,氫氣被密封在機器裝置內(nèi)部并在機械裝置的冷、熱端循環(huán)流動,使發(fā)動機的活塞動作,進而產(chǎn)生機械能,使用一組曲軸連桿與活塞連接,將活塞的上下運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動,并帶動發(fā)電機工作產(chǎn)生電能。圖3為實驗測量裝置示意圖。采用熱電偶測量氣化爐內(nèi)(燃燒區(qū)、還原區(qū)、熱裂解區(qū)和燃燒管)與斯特林發(fā)動機(高溫?zé)煔馊肟�、高溫�(zé)煔獬隹凇⒗鋮s水入口和冷卻水出口)的溫度。采用均速管與質(zhì)量流量計組合的方式測量煙氣質(zhì)量流量,同時測量煙道中煙氣的密度和流速。均速管與質(zhì)量流量計的安裝位置和安裝方式直接影響整個裝置的測量精度,為了使測量點具有代表性,測量點位置選在煙道氣流均勻而穩(wěn)定的管段上,將質(zhì)量流量計安裝在導(dǎo)管上,質(zhì)量流量計的另一端連接在煙氣管道上,形成一個環(huán)路。安裝完質(zhì)量流量計和均速管后,將信號傳輸?shù)椒e算儀上即可進行測量。利用可移動式煙道氣體分析儀監(jiān)測氣化爐輸出的煙氣質(zhì)量流量。采用多功能電表測量輸出電能功率。4 性能分析

發(fā)電實驗過程為首先將氣化爐裝滿生物質(zhì)燃料,在底層點火開始氣化過程,約15 min左右,當(dāng)嵌入式燃燒管內(nèi)的合成燃氣溫度達到約300 ℃時,將二次燃燒空氣通入燃燒管,在燃燒管內(nèi)集中燃燒,并產(chǎn)生高溫且干凈的煙氣,排灰則落在爐底柵欄上。系統(tǒng)氣化穩(wěn)定后,熱裂解區(qū)、還原區(qū)和燃燒區(qū)溫度隨時間的變化如圖4所示。從圖4可以看出,氣化爐各區(qū)在較短的時間內(nèi)均能達到穩(wěn)定狀態(tài)。斯特林發(fā)動機煙氣入口與出口的溫度分布如圖5所示。從圖5可以看出,煙氣入口溫度約為1 020 ℃,而經(jīng)熱交換器吸收熱能后,輸出煙氣溫度下降至約790 ℃。通過控制二次燃燒空氣當(dāng)量比,斯特林發(fā)動機煙氣入口溫度被控制在950 ℃,入口溫度在950 ℃時功率不再增大是受到斯特林發(fā)動機熱端溫度的限制而不是氣化爐的影響,在此空氣當(dāng)量比條件下,輸出煙氣的質(zhì)量流量約為633 g/s,冷卻水溫度控制在30 ℃以內(nèi),而通過斯特林發(fā)動機的壓降為1.52 kPa。圖5 斯特林發(fā)動機煙氣入口與出口溫度分布

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