生物質(zhì)固體廢物熱解爐的研究開(kāi)發(fā)

2010年5綠乞科技Journal of green Science and Technology第5期生物質(zhì)固體廢物熱解爐的研究開(kāi)發(fā)田仁祝,薛勇,秦楊,陳科仲(西南科技大學(xué)固體廢物處理與資源化省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,四川綿陽(yáng)621010)摘要:生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)和利用可緩解當今常規能源短缺和環(huán)境污染所帶來(lái)的壓力,熱解氣化技術(shù)可以大大提高生物質(zhì)能的利用效率。在目前,一般生產(chǎn)可燃氣的民用型生物質(zhì)熱解爐主要存在下述問(wèn)題:產(chǎn)氣率低、熱值低、焦油含量高、可靠性低、運行參教待優(yōu)化、燃氣安全性低、環(huán)境污染等。為克服這些問(wèn)題,通過(guò)熱解爐模型試驗研究,優(yōu)化現有生物質(zhì)熱解笮王工藝的結構及非結構參數,以提高其熱解產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);熱解爐;產(chǎn)氣率;熱值中圖分類(lèi)號:7Q545文獻標識碼:A文章編號:1005-569X(2010)05-0126-031引言能源與環(huán)境是當今社會(huì )發(fā)展的兩大主題,經(jīng)濟2熱解爐的工作原理社會(huì )的發(fā)展以能源為重要動(dòng)力,在可持續發(fā)展觀(guān)點(diǎn)熱解爐內燃料層自上而下可以分為3層:干燥不斷深人人心的時(shí)代背景下,可再生能源逐步受到層、熱解層和氣化層(包括氧化層和還原層),運行穩人們的高度關(guān)注,而生物質(zhì)能作為可再生能源家族定時(shí),一定粒度的生物質(zhì)原料進(jìn)入氣化裝置后首先中的一員,因其存儲量大、可再生、利用方式多元化在干燥層被干燥,隨著(zhù)料層的下落,伴隨溫度的升等可持續發(fā)展特性在當今社會(huì )能源領(lǐng)域占據了重要高析出揮發(fā)分,并在高溫下裂解(熱解)7。裂解的地位。從20世紀80年代初開(kāi)始,經(jīng)過(guò)近20后的氣體和炭在氧化層與供入的氣化介質(zhì)(空氣)發(fā)年的努力,我國生物質(zhì)氣化技術(shù)已逐步發(fā)展起來(lái)。生氧化反應并燃燒燃燒放出的熱量用于維持干燥我國自行研制的集中供氣和戶(hù)用氣化爐產(chǎn)品已進(jìn)入熱解和還原反應。氧化后的氣體含有一些不可燃氣實(shí)用化試驗及示范階段,形成了多個(gè)系列的爐型,體,如:CO2、H2O等,經(jīng)還原反應減少其含量。最可滿(mǎn)足多種物料的氣化要求,在生產(chǎn)、生活用能、發(fā)終生成了含有一定量的CO、H2、CH,及部分不飽和電、干燥、供暖等領(lǐng)域得到利用。但與國外先進(jìn)水平烴CmH的混合氣體凈化后即可燃用。干燥的相比,仍有較大差距。目前我國生物質(zhì)熱解氣化燃料在熱解過(guò)程中產(chǎn)生COCO2、H2,焦油蒸氣及技術(shù)存在的主要問(wèn)題有:①燃氣熱值偏低。一般約少量的CH4CmH等氣體以及固體焦。隨后,固為4500~5000kJ/m3;②焦油含量偏高。一般均超體焦發(fā)生如下的氧化還原反應0過(guò)國家有關(guān)標準的數倍之多,影響居民正常使用;③氧化階段:C+O2=CO2+408.84kJ燃氣中含氧量較高,安全隱患大。有的熱解氣含氧2C+O2=2CO+246.44k量高達近3.5~4.0%,非常接近發(fā)生爐煤氣的爆炸還原階段:C+CO2=2CO-162.41kJ下限;④污水排放引起環(huán)境污染。目前的熱解氣凈H2O+C=CO+H2-118.82kJ化多采用水洗,這不僅會(huì )溶解可燃氣造成浪費,吸附H2O+C=CO2+2H2-75.24kJ的焦油還會(huì )造成水體污染;⑤缺乏對氣化、凈化設備H2O+CO=CO2+H2 -43. 58kJ技術(shù)性能參數的系統測試等3-1總之,我國的生物質(zhì)氣化技術(shù)水平仍處于初級3上吸式生物質(zhì)固體廢物熱解爐的設計階段,其氣化產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、氣化設備的性能和3.1熱解氣化爐氣化劑需要量的計算可靠性、運行參數的合理確定、燃氣的安全使用、環(huán)3.1.1秸稈完全燃燒所需的空氣量境污染問(wèn)題等,均是影響該技術(shù)推廣使用的問(wèn)題,亟碳氫氫氮硫簽元素,由于氮和硫待進(jìn)行研究解決。的含中國煤化工慮氮、硫與氧的燃收稿日期:2010-05-04CNMHG作者簡(jiǎn)介:田仁祝(1986-),女,主要從事環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)研究126田仁祝等:生物質(zhì)固體廢物熱解爐的研究開(kāi)發(fā)燒反應,只考慮碳、氫與氧的燃燒反應山。所用原料的含水率W=7.37%較低,所以可碳完全燃燒的反應以取當量比的下限值,取當量比a0=0.25,則氣化c t 0=cO所需要的空氣量v。=a×V=0.25×4.143=1.12.000kg22.400m3036m3/kglkg碳完全燃燒需要1.866m3氧氣3.2試驗用氣化爐的爐體結構氫燃燒的反應:試驗用氣化爐的爐體結構如圖2。4H+O2=2H2O4.032kg2.400m21kg氫燃燒需要5.550m3氧氣lkg原料中已經(jīng)含有氧[O],相當于已經(jīng)供給法蘭盤(pán)水密封槽可燃氣[O]×22.4/32=0.700[O]m3氧氣,氧氣占空氣的21%,所以玉米秸稈完全燃燒所需的空氣量v(m3測溫孔kg)=(1.866C]+5.55H]-0.T[O])/0.21保溫層1玉米秸稈的元囊分析(干燥基)內膛元素[C][H]O][N][S]灰分量/%45.436.2446.360.920.170.88由表1可知,玉米秸稈所含主要元素的含量為[C]=45.43%[H]=6.24%,[O]=46.36%,[N]圖2試驗用氣化爐爐體結構示意=0.92%玉米秸稈完全燃燒所需的空氣量2v=(1.8664548+5.5624%-07004536%6)0.214熱解爐的性能試驗研究及其結果=4.143m3/kg原料是生物質(zhì)中典型的玉米稈,物料稱(chēng)重采3.1.2秸稈氣化所需的空氣量用TGT-100型臺秤,秸稈破碎用9FQ-20多用圖1中的曲線(xiàn)為生物質(zhì)氣化時(shí)空氣的當量比與粉碎機,氣體采樣用100mL全玻璃注射器,供風(fēng)采產(chǎn)出氣成分之間的關(guān)系曲線(xiàn)。由圖1可以得出當量用CZR型120W離心式交流鼓風(fēng)機,管道風(fēng)速測比為0.00時(shí),沒(méi)有氧氣輸入,直接加熱原料的反應定采用QDF-2A型熱球式電風(fēng)速儀,爐內溫度測屬于熱分解反應,雖然可以產(chǎn)生H2、CO、CH,等可定用WRN型熱電偶和電子式溫度指示控制儀氣燃成分,但產(chǎn)出氣中焦油含量很高,且約占物料質(zhì)量體成分分析采用QF型1901-1904型奧式氣體分的30%的炭不能同時(shí)轉變?yōu)榭扇細怏w;當量比為1.析儀,00時(shí),原料與氧氣完全燃燒,不能產(chǎn)生可燃氣;只有試驗步驟:首先檢查試驗裝置的氣密性,保證氣在當量比為0.25~0.30,產(chǎn)出氣成分較理想,即氣化爐和管道系統的密閉性,檢查各↑儀器能正常使化反應所需的氧僅為完全燃燒時(shí)耗氧量的25%~用將原料破碎到粒徑<1cm。然后,加入爐體一些30%。當生物質(zhì)物料中水分較大或揮發(fā)成分較小時(shí)引燃物(0.5kg原料燃燒),升高氣化爐的溫度然后取上限,反之取下將4kg原料填入爐體內部,并壓實(shí),同時(shí)將兩個(gè)熱電偶從下到上依次從測溫孔(圖2)插入爐體內部,記錄熱電偶的初始溫度。打開(kāi)鼓風(fēng)機,調節風(fēng)速儀Platm閥門(mén),使風(fēng)速保持在一定值(根據進(jìn)風(fēng)管徑換算成流量),將空氣送入爐體內部。,此后,每5min記錄熱電偶的數值,每10min收集氣體一次,并進(jìn)行分析。圖3、圖4、圖5反映了在不同的氣化劑量的情況下怕內部下沮度翻與林的成分在開(kāi)始試000x0406o08010120驗1h中國煤化工CNMHG圖1燃氣成分和空氣量的關(guān)系1272010年5月綠色科技第5期以升至較高的溫度,但是空氣過(guò)量容易形成局部燒穿現象,影響傳熱,使得熱解過(guò)程不能持續進(jìn)行,也造成可燃氣成分含量較低。.含因此氣化劑量是熱解氣化的關(guān)鍵因素,它直接影響到爐內的溫度和升溫速率,并影響爐體不同位置的溫度變化情況,而溫度和升溫速率是熱解氣化的關(guān)鍵因素,溫度的提高和升溫速率的加快促進(jìn)了氣化的過(guò)程。05115202530354045505結語(yǔ)圖3風(fēng)量為18m/h時(shí),溫度、氣體含量和成分隨時(shí)間的變化在當前進(jìn)度條件下,通過(guò)模型試驗,研究了影響生物質(zhì)熱解可燃氣產(chǎn)量及質(zhì)量的主要因素,獲得了→溫度Co→含量固定床熱解裝置的合理結構的工作參數。通過(guò)試驗研究,提高了固定床生物質(zhì)(主要是農林廢物)熱解14工藝的產(chǎn)氣率及產(chǎn)品(主要是熱解可燃氣)的質(zhì)量;提高了生物質(zhì)熱解裝置的生產(chǎn)穩定性;降低熱解產(chǎn)品的生產(chǎn)成本;探討了降低熱解可燃氣中粉塵及焦油含量的途徑?？偟膩?lái)說(shuō),該熱解爐可廣泛使用于l00我國生物質(zhì)固體廢物的處理和利用領(lǐng)域,有較廣闊511520253354045555的應用前圖4風(fēng)量為24m/h時(shí),溫度、氣體含置和成分隨時(shí)間的變化參考文獻[]股福珊.中國生物質(zhì)能源的發(fā)展現狀及趨勢[J].日用化學(xué)品科亠二[2]杜瑛胡常偉.生物質(zhì)熱解前景研究[].山西師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007(2)[3]張無(wú)敵,宋洪川,夏朝風(fēng),等.高熱值生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)的探討16[].新能源,19921(1):19~1260014[4]田成民我國生物質(zhì)氣化技術(shù)研究概況[.化工時(shí)刊,200410翻[5] ENCINAR J M, BELTRAN F], RAMIRO A, et al. Pyrolysisgasification of agricultural residues by carbon dioxide in thepresence of different additives t influence of variables [J].FuelProcessing Technology, 1998, 55( 3): 219.0510152025303540455556[6]李鵬,王維新,吳杰,等.生物質(zhì)氣化及氣化爐的研究進(jìn)展時(shí)間/min[].新疆農機化,2007(3)圖5風(fēng)量為.3m/h時(shí)溫度氣體含量和成分隨時(shí)間的變化[7]邱鐘明陳礪生物質(zhì)氣化技術(shù)研究現狀及發(fā)展前景[.可再生能源,2002,104(4):16~19[8]馬隆龍,吳創(chuàng )之,孫立生物質(zhì)氣化技術(shù)及其應用[M].北京:從圖3、圖4圖5可知,①在低的氣化劑流量化學(xué)工業(yè)出版社,2003下,需要達到最高溫度的時(shí)間較長(cháng)影響熱解氣化效[9羅凱陳漢平,王賢華,等,物質(zhì)焦及其特性[門(mén)可再生能源果;②氣化劑的流量對升溫速率影響比較大,升溫速2007,25(1)率隨氣化劑流量的增多而增大,然而氣化劑量過(guò)大[10徐慶賢謝建,張無(wú)敵等云南省生物質(zhì)氣化技術(shù)研究現狀會(huì )使得試驗后期溫度下降較快,同樣影響了熱解氣[.可再生能源,2004(4):66~68[11] XIU SN, YI WM, LIBM. Flash pyrolysis of agricuitural resi化效果;③氣化劑的流量大小對其最高溫度也有影dues using aplasm a heated laminar entrained flow reactor[J]響氣化劑量大,達到的最高溫度也高;④氣化劑量中國煤化工141小,造成燃燒不充分,溫度升高慢使得爐內溫度較12]朱生與應用[].污染防治低,熱解氣可燃成分含量低;⑤氣化劑量大,雖然可CNMHG田仁祝等:生物質(zhì)固體廢物熱解爐的研究開(kāi)發(fā)執術(shù)Research and Development on Pyrolytic Oven of Biomass Solid WasteTianrenzhu, Xueyong, Qinyang, ChenkezhongSouthwest University of science and Techenology Education priority key laboratory of solidwaste treatment and the resource -rization of province Ministry build together, Sichuandianyang 621010, China)Abstract: The biomass energy development and the use may alleviate the pressure which now the conventional energy source decreasing and the environmental pollution brings, pyrolytic gasification technologymay greatly enhance the using efficiency of the biomass energy. At present, Civil biomass pyrolytic oven ofproducing the combustible gas mainly existence following question, such as low gas- produced rate, lowcalorific value was, high tar content, low reliability not a tunable movement parameter low, the fuel gassecurity, the environmental pollution and so on. In order to overcome these questions, through the pyrolytic oven model experiment, the existing biomass installment craft structure and the non-design parameterwas optimized, the output and the quality enhances its thermal pyrolytic production, the production costwas decreasedKey word: biomass: pyrolytic oven; gas-produced; calorific value(上接第121頁(yè))的防效最好,但要應用于生產(chǎn)實(shí)際,還需通過(guò)加大藥施,物理防治方法,生物防治方法,化學(xué)防治方法等量或濃度等進(jìn)一步的試驗,最終確立其最佳藥量或綜合治理。濃度。于苗期100倍液,大田期300倍液進(jìn)行葉面噴施的HNS也有一定的應用價(jià)值,可以通過(guò)進(jìn)一參考文獻:步的試驗研究。本試驗中用清水稀釋10倍進(jìn)行葉[1雷呂英防治煙草花葉病的藥劑試驗J中國煙草科學(xué),2002面噴施的保健驅蚜劑、凈土靈、康福多和菌克毒克對煙草花葉病的防效均較差,而有報道說(shuō),菌克毒克[2]易克幾種抗煙葉普通花葉病毒病藥劑的大田防效對比試驗50倍液防治煙草花葉病效果顯著(zhù),本試驗中的3]王彥亭,程多福,無(wú)公害煙葉生產(chǎn)技術(shù)探討[門(mén)]煙草科技,2001結果也可能與調查當年氣候或其他因素有關(guān),有待(12):3~5.通過(guò)進(jìn)一步的試驗研究[4]夏振遠煙草生物農藥的研制及應用進(jìn)展[門(mén)].云南農業(yè)大學(xué)學(xué)加大生物農藥的研究與應用力度,研制高效的報,2004,19(1):110~115.生物農藥,是當前國際農藥研發(fā)的一個(gè)重要方向[5]陳意春,常劍波楊方.菌克毒克防治煙草花葉病藥效初報[J.煙草科技,2001(8):44~45生物農藥研究和應用速度的加快,為無(wú)公害煙葉的[6]徐廠(chǎng)陳德鑫幾種防治煙草病毒病生物制劑的研究進(jìn)展[J生產(chǎn)提供了有利的植保措施保證。但是也不能忽安徽農業(yè)科學(xué),2009,37(28):13673~13674視,目前在植物上使用的抗病毒藥劑的防效一般在7]嚴占勇微生物農藥在煙草生產(chǎn)上的應用現狀分析與建議植物保護,2009,35(4):24~28要從根本上解決煙草花葉病的問(wèn)題,還要靠加強田6面的發(fā)生與治情計代農業(yè)科技間管理,選用抗病品種,采用無(wú)毒苗,適宜的栽培措中國煤化工CNMHG