秸稈連續氣化大型裝備的研究

pCSL .應用技術(shù)Applied Technology秸稈連續氣化大型裝備的研究續建康,張玉珍?1.山東紅帆能源科技有限公司，山東濟南2501012.濟南重工股份有限公司,山東濟南250109摘要目前我國生物質(zhì)氣化裝備總體上分為，上吸式和下吸式兩種。.上吸式燃氣中的焦油含量高,凈化程序復雜，成本高。下吸式燃氣中的焦油含量低，凈化程序簡(jiǎn)單，因而在市場(chǎng)上得到更多應用。但目前下吸式氣化裝備存在不能連續產(chǎn)氣，設備可控性差，產(chǎn)氣率低，燃氣質(zhì)量不高,難以實(shí)現自動(dòng)化操作。本研究課題(下吸式)秸稈連續氣化大型裝備可提高生物質(zhì)氣化的連續性和規?；a(chǎn)，提高設備自動(dòng)化程度，增強焦油裂解效率, 推動(dòng)農村生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)，緩解我國能源緊缺現狀。關(guān)鍵詞生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā);下吸式連續氣化裝備;技術(shù)研發(fā)中圖分類(lèi)號F407.2文獻標識碼A文章編號1674-6708 (2014) 117-0146-030引言據氣化產(chǎn)生熱化學(xué)反應的能量轉化過(guò)程，研制開(kāi)發(fā)了一-種產(chǎn)氣能源是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，目前我國正量大，可連續運行，自動(dòng)化程度高的生物質(zhì)氣化裝備。設備處在城鎮化，工業(yè)化快速發(fā)展階段,要保持經(jīng)濟長(cháng)期平穩較快整體性能指標得到大幅提升，氣化效率大于70%, 燃氣熱值大發(fā)展，保障能源安全十分重要。而煤、石油、天然氣等傳統化于1250kcal/Nm",出爐燃氣焦油含量小于1000mg/Nm",氧含量石能源資源日益枯竭,迫切需要開(kāi)發(fā)可再生的能源資源以補充小于1%。設備可以滿(mǎn)足連續穩定運行，可調控性能顯著(zhù)提升，和替代現有的化石能源。生物質(zhì)作為重要的環(huán)境友好的可再生燃氣品質(zhì)好，應用范圍廣,將實(shí)現對固定床氣化技術(shù)及設備的能源資源,是開(kāi)發(fā)利用可再生能源資源實(shí)現可持續發(fā)展的一一個(gè)革新。主要方向。裝備主要由爐頂、爐膛、鏈條傳動(dòng)、爐底、傳動(dòng)軸、爐腰、我國潛在的生物質(zhì)資源非常豐富。全國農作物年產(chǎn)生物質(zhì)爐頂攪拌配風(fēng)、燃燒層配風(fēng)、爐排、爐底排灰密封、爐排電動(dòng).約7億噸，可作為燃料的生物質(zhì)占50%以上。農產(chǎn)品加工廢棄機等裝置及控制系統組成。工作流程為:生物質(zhì)原料由爐頂的物如稻殼、甘蔗渣、發(fā)酵殘渣等在2億噸以上。各類(lèi)林木質(zhì)廢螺旋進(jìn)料器進(jìn)入爐膛，由爐頂攪拌配風(fēng)裝置拌合均勻，啟動(dòng)引棄物資源量在3億噸以上。據推測，到2020年，中國可開(kāi)發(fā)風(fēng)和配風(fēng)風(fēng)機，根據氣化燃燒的特點(diǎn)和氣化劑供給量需求，通生物質(zhì)資源量至少可相當于15億噸標準煤。如何對這些生物過(guò)爐頂攪拌配風(fēng)裝置和燃燒層配風(fēng)裝置對爐膛內進(jìn)行主動(dòng)配質(zhì)資源進(jìn)行深層次、有效的開(kāi)發(fā)利用成為我國建立資源節約型、風(fēng)。同時(shí)根據工況要求，啟動(dòng)配風(fēng)控制系統對配風(fēng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)環(huán)境友好型社會(huì )和社會(huì )主義新農村建設的迫切要求。時(shí)控制和調節。通過(guò)引風(fēng)機使氣化裝備底部形成微負壓，爐膛內燃燒氣化產(chǎn)生的燃氣由上而下輸出。系統燃燒所產(chǎn)生的灰分1背景生物質(zhì)氣化是實(shí)現低品位生物質(zhì)能源深層次利用的有效手通過(guò)滾動(dòng)爐排裝置連續排出,排灰裝置根據中央控制系統采集段，可以減緩對化石燃料的嚴重依賴(lài)和直接燃用化石燃料帶來(lái)到的爐底灰層高度數據，實(shí)時(shí)啟動(dòng)將灰渣及時(shí)排出。通過(guò)系統的嚴重環(huán)境污染，對提高農村生活水平、改善生態(tài)環(huán)境、保障各裝置的協(xié)同工作,保證裝備系統的連續穩定運行。國家能源安全等具有重要意義。我國政府近年來(lái)對生物質(zhì)氣化逐漸重視起來(lái)，相關(guān)研究取得了一-定 成果,相關(guān)技術(shù)也已在國業(yè)內進(jìn)行了示范應用。目前我國的氣化技術(shù)主要以固定床生物質(zhì)氣化爐為主，總體上可分為上吸式和下吸式兩種。原料都是從設備上部投入，11經(jīng)過(guò)干燥、熱分解、還原、氧化。上吸式在設備底部用風(fēng)機強制送風(fēng)，在設備上部輸出燃氣。而下吸式在設備底部用引風(fēng)機強制輸出燃氣。上吸 式燃氣中的焦油含量高，凈化程序復雜，10成本高。下吸式燃氣中的焦油含量低，凈化程序簡(jiǎn)單,因而在市場(chǎng)上得到更多應用。但下吸式存在不能連續產(chǎn)氣，間歇運行◎01造成大量原料浪費,產(chǎn)氣率低，燃氣質(zhì)量也不高,難以應用于發(fā)電等諸多領(lǐng)域。而且技術(shù)開(kāi)發(fā)還主要依賴(lài)于政府資金扶持，難以引起投資者的興趣進(jìn)行工程開(kāi)發(fā)。因此，開(kāi)發(fā)一種具有高圖1圖2附加值，產(chǎn)氣量大且能連續運行的氣化裝備,尤其能夠為投資本裝備具有以下特點(diǎn): 1)設計方案中采用主動(dòng)配風(fēng)，富者帶來(lái)經(jīng)濟效益的氣化裝備是十分必要的。氧燃燒的理念，研制主動(dòng)配風(fēng)裝置，自動(dòng)調節氣化過(guò)程中所需氣化劑量及各層的溫度，優(yōu)化氣化反應過(guò)程,使生物質(zhì)在燃燒3氣化裝備技術(shù)研發(fā)層內均勻充分燃燒，實(shí)現高產(chǎn)氣率、高熱值，提高氣化效率;3.1系統簡(jiǎn)介2)研制輸送便利且能相對密封的物料供給裝置,滿(mǎn)足主動(dòng)配本研究課題通過(guò)深入研究氣化過(guò)程中的影響因素，并根風(fēng)環(huán)境要求: 3)研制可以自動(dòng)破渣,連續排灰的爐排裝置,作者簡(jiǎn)介:續建康，工程師，工作單位:山東紅帆能源科技有限公司，職務(wù):課題組長(cháng)，從事輕軌列車(chē)直線(xiàn)電機、盤(pán)面永磁電機，節能裝備等技術(shù)研發(fā)工作Applied Technology|應用技術(shù)pCSL提高氣化裝備自動(dòng)化程度和連續工作能力;4)優(yōu)化氣化結構，實(shí)現余熱的充分收集和氣化劑預熱,提高系統熱效率:5)建●Co (%).CHa 0%)x2 0%) 中CnHm (%)立完善的自動(dòng)調控系統,保障氣化過(guò)程的自動(dòng)，可靠地運行。裝備結構如圖1、圖2:505550 5991640485780775820865910 95可燃氣體成分隨配風(fēng)量的變化趨勢■co2 (%)●02 (%)+ 0.5N2 (%)設備外景中試試驗1. 爐頂裝置: 2.爐膛裝置; 3.鏈條傳動(dòng)裝置: 4.爐底裝置;5.傳動(dòng)軸裝置;6.爐腰裝置;7.爐頂攪拌配風(fēng)裝置:8.燃燒層配風(fēng)裝置，9.爐排裝置; 10.爐底排灰密封裝置: 11.爐排電動(dòng)機3.2重點(diǎn)零部件爐排裝置計算機有限元分析爐排裝置采用RQTA122作為爐排材料。RQTA122 在空氣環(huán)境中耐熱溫度達到1100°C，抗高溫、耐腐蝕性較好。利用Pro-E軟件建模和Ansys軟件對爐排裝置進(jìn)行熱-力耦合分析+...研究。550595640685730775820865910955HODAL SOUrAN總配風(fēng)量myh非可燃氣體含量隨配風(fēng)量的變化趨勢由圖分析，CO2的比例隨著(zhù)配風(fēng)總量的增加呈現先降后增的變化趨勢。當C02的含量達到最低時(shí),裝備內氣化運行狀況處于最佳狀態(tài)，此時(shí)CO2充分還原轉化為CO。600005000040②3006.874、 ”6.8.. 4.437 2.10 aDe累200Hodel 1S00_溫度場(chǎng)分布云圖10055640657307582086590951000(AVGI總配風(fēng)流量(m3/h)燃氣熱值隨配風(fēng)流量的變化趨勢TR .TH層反應溫度- - -主動(dòng)配風(fēng)量變化關(guān)系曲線(xiàn)16001400|120|80450739" .00012 1.281461“60oel 1500_-位移場(chǎng)變化云圖綜合溫度場(chǎng)和位移場(chǎng)云圖，爐排材料RQTA122滿(mǎn)足實(shí)際工況需求。s05550395640685710775820805910955m/3.3典型原料的氣化性能試驗分析◆訊層溫度()一排層溫度(心)以玉米秸稈為原料進(jìn)行氣化性能檢測分析:裝備各層反應溫度的變化趨勢pCSL應用技術(shù)Applled Technology_400-流量在680~910m*/h為第二階段，為可燃氣體占比例最高的一-00-個(gè)階段。氧化、還原反應均衡,氣體反應處于最佳階段。配風(fēng)流量在910m2/h以后，雖然原料產(chǎn)氣率較高,但隨著(zhù)空氣量增00一加，燃氣中非可燃氣體占有的比重升高。針對不同秸稈原料，課題組對裝備工作性能進(jìn)行了現場(chǎng)測試，總結如下:號原料種類(lèi)最大產(chǎn)氣量最佳熱值原料產(chǎn)氣率粗煤氣(m?h) (KINm) (m/Kg)ngNm2)玉米芯1300~1500 55595 1.91 ~2.06115055640657307582065910955100總配風(fēng)流量(m3Mh)0~180056981.92~2.1728焦油含量隨配風(fēng)流量的變化趨勢玉米精桿散料800~-900521.89~1.9655焦油的裂解隨溫度的升高較為敏感，在800"0以上的高溫棉柴壓塊成型料1500-19005721.95~2.3219時(shí)，焦油的裂解率隨著(zhù)氣化劑供應的增加而迅速升高。因此,通過(guò)氣化劑的調節，實(shí)現對焦油熱裂解去除具有重要意義。棉柴散料本裝備經(jīng)北京市公共事業(yè)研究院檢測，裝備燃氣熱值達到5488KJ/Nm',遠優(yōu)于國家標準4600KJ/Nm2的規定,氧含量0.9%，完全符合行業(yè)標準的指標要求。4結論本氣化裝備的燃氣生產(chǎn)連續性強，焦油裂解效率高，燃氣清潔性好，適合于規?；a(chǎn)應用。對我國生物質(zhì)氣化炊事、發(fā)電、供熱技術(shù)的工業(yè)化應用提供了可靠的依據。不僅可以實(shí)現生物質(zhì)能源的高效利用,還可以直接推進(jìn)農村經(jīng)濟的可持續發(fā)展。同時(shí)也是貫徹黨中央國務(wù)院提出的可持續發(fā)展觀(guān)和科學(xué)供1發(fā)展觀(guān)，在促進(jìn)我國經(jīng)濟進(jìn)步的同時(shí),減少溫室氣體的排放，最大限度的保護好我們賴(lài)以生存的環(huán)境。0.5參考文獻[1]董玉平，等. 中國生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究和發(fā)展現狀，5505956406857307758208659109551000山東大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2007， 2.總配風(fēng)流量(m3/h)[2]袁振宏，吳創(chuàng )之，馬隆龍.生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)原料產(chǎn)氣率隨配風(fēng)流量的變化趨勢[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.配風(fēng)流量在550~680m2/h為第一-階段 ，這一-區域氣化裝 備[3]馬隆龍，吳創(chuàng )之，孫立.生物質(zhì)氣化技術(shù)及其應用.北產(chǎn)氣率較低，氣體中可燃氣體含量較低，燃氣質(zhì)量較差。配風(fēng)京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2003. .↑↑<上接第152頁(yè))↑↑↑↑<.上接第157頁(yè))↑↑3結論總的來(lái)說(shuō),鑒于小型水庫的病險情況普遍亞重、病險因素煤礦機電和提升運輸作為煤礦生產(chǎn)中最主要的一個(gè)環(huán)節，繁多、加固工作任務(wù)中，建議各地方都要根據不同的條件和經(jīng)它的安全問(wèn)題關(guān)系著(zhù)我國的煤炭產(chǎn)業(yè)能否有更高的發(fā)展空間。驗，針對不同壩型、險情,開(kāi)展病害排除工作,針對不同的病現階段，煤炭事故不斷的發(fā)生,已經(jīng)給我國的煤炭產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了害進(jìn)行不同類(lèi)別的加固工作，以便做好安全保護工作。而且，嚴重的影響。只有加強對于煤礦機電和提升運輸安全問(wèn)題的重在前期排查工作中,小型水庫要提高標準化管理水平，在設計、視，才能夠保證我國煤炭產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn),促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)的不施工階段就可以對壩頂寬度、路面形式和管理房等進(jìn)行統一-格斷發(fā)展。式，以使得后期的修護保養更加有效果、簡(jiǎn)便。[1]鄭昭.煤礦機電運輸安全問(wèn)題評價(jià)研究[].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009 (15).[1]申海蓮，張華，許力.我國小型水庫現狀及整治對策[2]宋文,黃強,樊榮，王飛，戴劍波.預防煤礦機電和提[J].節水灌溉，2007 (8).升運輸事故的安全策略與關(guān)鍵技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，[2]顧群.全國病險水庫除險加固一期項目績(jì)效評估分析2009 (S1). ;[J].海河水利，2006 (5).[3]靳聰有效避免煤礦機電運輸事故的策略[J].中國科技[3]高大水.國內巖土預應力錨固技術(shù)應用及錨固技術(shù)參數信息，201022).統計[J].長(cháng)江科學(xué)院院報，2004 (6).[4]周妮.淺談煤礦機電運輸安全評價(jià)及相關(guān)建議[J].江西[4]杜雷功.全國病險水庫除險加因專(zhuān)項規劃綜述[J].水利煤炭科技，2011 (4). .水電工程設計，2003(3).[5]董偉.煤礦機電運輸常見(jiàn)事故及控制措施[J].中國新技[5]付磊潮河土壩抗震加固設計[J].水利學(xué)報，200(8).術(shù)新產(chǎn)品，2013(23).