南方地區秸稈氣化技術(shù)應用特點(diǎn)

地方視角南方地區秸稈氣化技術(shù)應用特點(diǎn)楊亞平蔡崧(東南大學(xué),南京210018)[摘要]通過(guò)稻草在兩種型號的氣化爐中的試驗，分析了稻草的氣化射性和下吸式空氣發(fā)生爐應用于稻草氣化場(chǎng)合的不利因素,提出了技術(shù)選擇建議。[關(guān)鍵詞]秸稈氣化;下吸式空氣發(fā)生爐;燃料特性;灰渣特性[中圖分類(lèi)號] TK6 [文獻標識碼]B [文獻編號] 1003-2355(2001 )06-0031-03Applied Features of Gasification Technology For The strawproduced in South of ChinaYang Yaping, Cai song( Southeast University Narnjing 210018)Abstract: By the tests of gasification rice straw in two different gas generators, the gasification characteristics ofrice straw and the unfavored factors of applied downdraft gas generators to the situation of straw gasification havebeen analyzed. Some suggestions for techology choice have been proposed.Key words: straw gasification; downdraft gas generatos; fuel characterstics; slag characteristics生物質(zhì)是世界第四大能源，它們對全世界一次1.國內農村常用生物質(zhì)燃料的某些特性比較能源的貢獻占14%。在我國，生物質(zhì)占一次能源總目前，我國所開(kāi)展的生物質(zhì)能源的利用其主要量的339% ,是僅次于煤的第二大能源。同時(shí),我國是目的是解決農村能源問(wèn)題。在農村中常用的氣化燃農業(yè)大國,作為農業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品,農作物秸稈是生料多為農作物廢棄物，其中最常見(jiàn)的是以下三大類(lèi)物資源的重要組成部分。從可持續發(fā)展的角度看，秸稈。它們在燃料特性和灰渣特性上有著(zhù)很大的差秸稈是可再生而且潔凈的能源資源，將在未來(lái)的能別。源結構中起到重要作用。由表1可見(jiàn)稻草的灰份含量最高，其固定碳較據聯(lián)合國環(huán)境規劃署(UNEP)報道,世界上種植少 ,燃料所含的發(fā)熱值是三者中最小的,相比較之下的各種谷物每年可提供秸稈17億t。我國各類(lèi)農作物玉米稈的燃料特性較好,稻草最次。秸稈資源十分豐富,總產(chǎn)量達7億多t,其中稻草2.3一般而言，生長(cháng)快的生物質(zhì)燃料其堿土金屬含億t,玉米稈2. 2億t,豆類(lèi)和秋雜糧作物稈1億t,花量高;尤其是鉀、鈉元素含高,灰渣熔點(diǎn)低,容易產(chǎn)生和薯類(lèi)藤蔓,甜草葉等1億t。我國南方地區因地生結渣等問(wèn)題。理和氣候的原因,農作物秸稈主要是稻草。另外,灰的酸、堿氧化物含量比是決定燒結溫度采用氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)農作物秸稈類(lèi)的再生能源的的一 -個(gè)主要因素, AL2Q3有抑制燒結產(chǎn)生的作用。利用;秸稈的種類(lèi)和特性對于生產(chǎn)工藝、設備和運行綜合考慮上述因素，可看出稻草的燒結特性比參數的選擇是-一個(gè)至關(guān)重要的因素。玉米稈要差。不少學(xué)者的研究也證實(shí)了這一現象。地方視角表1稻草、玉米稈、高梁稈的燃料特性(分析基)燃料種類(lèi)水份(%)|灰份(%) 揮發(fā)份(%)固定碳(%)[ H(%) C(%)[ N(%)S(%) P(%) Qar(Keal/kg)稻草4.97 .13.8665.1116.065.0538.32 0.630.11 0.1463338玉米稈4.875.9371.4517.755.4542.17 0.740.122.63714高梁稈4.718.9168.917.485.2541.23 .0.590.101.123612表2稻草、玉米稈、高梁稈的灰渣特性種類(lèi)灰中鉀(%)灰中鈉(%)灰中鋁(%)變形溫度(4C)軟化溫度(t2C)熔化溫度(C)0.510.460.09490010401120高粲稈33.170.470.096-24.75 _0.80.172.稻草在下吸式氣化爐中的燃燒試驗草作為氣化燃料時(shí),這一-設計意圖不易實(shí)現。下吸式氣化爐在北方地區應用很普及，已獲得|燃料了很好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。但是，近幾年在向南方地區的推廣應用中遇到了比較多的問(wèn)題?，F將, 儲料倉我們在引進(jìn)消化和改進(jìn)過(guò)程中的一些體會(huì )介紹如下。生物質(zhì)氣化過(guò)程是生物質(zhì)原料在缺氧狀態(tài)下加氣體己噴嘴熱反應的能量轉換過(guò)程。其原理可概述如下:生物空氣質(zhì)燃料與煤等- -般礦物燃料的工業(yè)分析成份相似，包括揮發(fā)份、固定碳和灰份三個(gè)部分。但- -般揮發(fā)喉口-份含量較多,固定碳相對較少。揮發(fā)份主要由水份、爐柵-十一灰一氧化碳、二氧化碳氫、甲烷和一部分焦油組成,其間比例會(huì )隨著(zhù)加熱溫度和加熱速率的不同而不同。圖1下吸式氣化爐結構簡(jiǎn)圄在氣化過(guò)程中隨著(zhù)燃料被加熱揮發(fā)份將析出,剩余在xxx-1000型和由我校改進(jìn)設計的的半焦在空氣供應不足和高溫條件下進(jìn)行燃料氣化SA-200型兩種下吸式氣化爐上的試驗所獲得的各反應,生成二氧化碳和一-氧化碳空氣煤氣;即由揮發(fā)項性能參數匯于表3之中。份和氣化反應生成的- -氧化碳、二氧化碳共同組由上表可見(jiàn)，雖然我校設計的SA-200型氣化爐成?？諝庵械牡獨馕磪⒓託饣磻?，仍然余留于煤已在xxx系列氣化爐的基礎上進(jìn)行了增加爐內反氣之中。在下吸式氣化爐中由于揮發(fā)份將通過(guò)高溫應時(shí)間等方面的改造，使得燃氣的熱值有了較大的氣化反應層,其中部分焦油被裂解生成CH4、H2、CO提高。但是,由于這兩種爐型的工藝流程完全相同;等燃氣成份。均為下吸式空氣發(fā)生爐，它們所產(chǎn)生的燃氣是空氣下吸式氣化爐的結構如圖1所示，其工藝特點(diǎn)煤氣。在采用燃料發(fā)熱值低的條件下，這種制氣工是氣體與固體順向流動(dòng)，物料由上部?jì)α蟼}向下移藝不可避免地會(huì )使制得燃氣中含有較多的氮氣(通動(dòng)，在爐內傳來(lái)的熱量作用下邊移動(dòng)邊進(jìn)行干燃與常氮氣含量高達50%左右)。這樣就決定了此種氣熱分解;空氣由噴嘴進(jìn)人，與下移的燃料首先發(fā)生燃化方法所得到的氣體熱值不高，屬低熱值煤氣。因料反應:生成的氣體包括上層干躁熱分解產(chǎn)物與炭此兩種型號的氣化爐在采用低熱值的稻稈作為氣化-起經(jīng)縮口向下流動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行裂解和還原反應。燃料時(shí)所反應出的問(wèn)題是-致的:其裂解程度主要受反應層溫度和停留時(shí)間的控制。(1)燃氣熱值上不去，均小于4187kJ/m',致使該爐型的原設計意圖是焦油經(jīng)高溫區裂解，使燃氣的應用范圍和層次較低。生成煤氣中焦油含量減少，同時(shí)原料中的水份參加(2)爐出口焦油含量大;每立方米燃氣焦油量水煤氣反應,使氣體中H2含量增加。但是在使用稻達2000mg以上，使得生產(chǎn)中后續的凈化難度顯著(zhù)地方視角復3兩種型號下吸式氣化爐性能參數表燃氣成份分析(%)氣化爐型號低位發(fā)熱量Q(KT/m)|爐出口焦油(mg/m2)|爐內反應區溫度(C)_C2CH02 CO2SA-20019.7812.21| 0.68| 0.69 10.734073.52622850~ 910x x x一100014.3 I 10.22| 2.091.9 14.13668.062011.4930- 1030增加。用安全。3.氣化工藝中問(wèn)題的分析引起稻草在下吸式空氣發(fā)生爐工藝過(guò)程中所表由兩種爐型多次試驗中所反映出的工藝特性里現出的有別于其它種類(lèi)秸稈氣化特性的主要因素是具有共性的問(wèn)題歸納起來(lái)大約有這樣幾點(diǎn):稻草的灰渣特性,其次是它的燃料特性。(1)爐內反應溫度水平低反應時(shí)間短，燃氣中稻草的含灰量是玉米稈的近3倍?；抑械拟浐虲O2的還原度小鈉含量雖不及玉米稈，但是鋁含量?jì)H只有玉米稈的燃用稻草時(shí)爐內反應區的溫度- -般在800~二分之一;氧化反應中AL2Q,抑制燒結的作用明顯900C范圍之內,繼續升高爐溫反應區即出現成塊的較弱。且稻草灰的燒結形成的化學(xué)機理與玉米稈和粘連燒結現象，陰斷氣路。此外由于稻草秸稈較細高梁稈等有所不同;稻草灰中SiQ2含量很高，- -般反應層厚度薄也使燃氣在反應區的停留時(shí)間縮短。在700 ~ 8009條件下，體積結構就向面結構轉化，爐溫提高不上去反應時(shí)間短，不僅使燃氣中在此過(guò)程中,碳原子成為填充原子,形成牢固的碳硅CO2的還原度下降，尤其是焦油中的有效成份得不結合。這種結合不僅使碳無(wú)法氧化，降低了可燃質(zhì)到利用，燃氣的熱值上不去。而且該爐型的原始設的氣化率，而且使稻草灰連接在一起，形成的燒結計意圖在高溫區將焦油進(jìn)行裂解的目的難以實(shí)現。塊，破壞床料的透氣性，阻斷了燃氣和氧化劑的通據試驗分析表明;稻草的焦油須在1000 ~ 1200C以路，致使生產(chǎn)過(guò)程的破壞?？梢?jiàn)這才是限制該型式上的條件下才能得到較好的裂解。所以氣化爐出口氣化爐反應溫度水平提高的主要原因，稻草燃料的焦油含量高的問(wèn)題癥結就在于此原因。發(fā)熱值低應在次位。(2)爐內反應層薄，熱穩定性能差4.結論試驗中測得爐內中心高溫區床層一般只有1.下吸式空氣發(fā)生爐使用稻草為燃料時(shí)的氣50mm左右的厚度，整個(gè)氧化還原區的床層高度也化效果要明顯差于使用玉米稈、高梁稈。只有400多mm。這種情況對氣化工藝的要求是很2.引起使用效果大幅下降的主要因素是爐內不利的。反應區的溫度水平低，提高的可能性受到工藝條件它一方面會(huì )因床層薄得使工質(zhì)在高溫區的反應的限制。時(shí)間縮短,其可燃質(zhì)成份沒(méi)有足夠的時(shí)間轉化,致使3.稻草的灰渣特性是造成其有別于其它秸稈氣化率進(jìn)一步下降。另一方面床層薄,經(jīng)不起操作氣化特性的主要原因，燃料特性居次位。擾動(dòng),使得整個(gè)爐子的熱穩定性下降,從而致使對維4.南北地區秸稈種類(lèi)差別,選擇氣化工藝應該持連續穩定生產(chǎn)的控制難度增加。有所不同。稻草氣化選用下吸式空氣發(fā)生爐是很不(3)生成的燃氣中CO含量大,使用安全性差合適的,稻草氣化技術(shù)應該另辟新徑。由于該工藝過(guò)程中反應溫度上不去，生成的燃參考文獻:氣熱值主要依靠秸稈燃料中固定碳與空氣發(fā)生作用而產(chǎn)生的CO是主要份額,而氫和烷的份額很少。[1] 卞有生，生態(tài)農業(yè)中廢棄物的處理與再利用. 北京:這種燃氣在民間作燃料使用時(shí)，對人身安全構化學(xué)工業(yè)出版社.成較大的威脅。一般城市燃氣的一氧化碳含量指標[2] Salour D. Jenking B M. Vafaeim, etal. Control of in-bed均控制在8% ~ 10%。由表3數據可見(jiàn)稻草氣化氣agglomeration by fuel blending in a Pilot Scale straw and的Co含量達到了這個(gè)指標的兩倍。不能不引起人Wood fueled AFBC Biomass.1993(2): 117-133.們在使用中對其安全性的高度警惕。建議有關(guān)部門(mén)[3] 楊勵丹等.生物質(zhì)在流化床燃燒時(shí)的燒結現象.新能及時(shí)采取措施,開(kāi)發(fā)使用示警技術(shù)研究,以確保其使源,1997(8):13-17. .