下吸式氣化爐中幾種物料的產(chǎn)氣分析

可再生能源2005.3(總第 121期)實(shí)用技術(shù)下吸式氣化爐中幾種物料的產(chǎn)氣分析趙勇,任永志， 崔亨哲，肖艷京，劉洪剛(遼寧省能源研究所，遼寧營(yíng)口115000)摘要:根據試驗測試數據分析得知， 下吸式氣化爐產(chǎn)出氣的質(zhì)量與數量與物料的種類(lèi)、干濕程度及操作運行方式有較大關(guān)系，通過(guò)對不同物料進(jìn)行不同的操作調節，可以得到較優(yōu)質(zhì)的氣化氣。關(guān)鍵詞:堆積密度;熱值;下吸式中圖分類(lèi)號: S216.2; TK6文獻標識碼: B文章編號: 1671-5292(2005)03-0051-03Analysis on downdraft gasifier produce gas with differentmaterial as feedstocksZHAO Yong, REN Yong- -zhi, CUI Heng- -ze, XIAO Yan-jing, LIU Hong- gang(Liaoning Institute of Energy Resources, Yingkou 115000， China )Abstract: Analyzed according to test data,it is found that producer gas quality of down-draft gasifier is influenced by the kind,moisture of feedstock as well as the operation,higher quality producer gas can be obtained by operation controlling according to differ-ent feedstock characteristics.Key words: bulk density; heat value; downdraft根據國家“十五”科技攻關(guān)計劃項目《小型生氣化站(采用遼寧省能源研究所開(kāi)發(fā)研制的下吸.物質(zhì)氣化發(fā)電系統系列化開(kāi)發(fā)子課題一-50 kW式生物質(zhì)氣化系統,型號FGAS3-300)進(jìn)行了各生物質(zhì)氣化氣發(fā)電機組研制》(項目編號:項測試試驗，對氣化爐采用不同物料所得到的氣2001BA403B0305)的研究計劃安排,遼寧省能源化氣成分、熱值等數據進(jìn)行了測試分析,測試結果研究所課題組成員于2004年10月末到2004年見(jiàn)表1~3。12月初,在遼寧省丹東市寬甸縣下河口村生物質(zhì)通過(guò)對表1~3中所列數據及實(shí)際操作經(jīng)驗表1氣化機組測 試數據序號采樣時(shí)間熱值爐出口溫度風(fēng)機入口溫度 風(fēng)機入口壓力氣體成分(%)(kJ/MP)(C)(PaCO2 CH+CHCH。H20V2 CH cO14:00 4 422.48402392016.70 0.410 14.47 049.11 1.51 16.2314:35 4 757.551505 88(5.70 0.420 17.89 0.83 46.45 1.41 16.1915:35 4 114.614.16 00 4.59 0.42 56.64 0.19 28.1816:36 .5 133.3716196043.93 2.15 15.2516:54 4 477.42050.2940.中國煤化工14 50.76 1.42 18.87測試日期:2004年11月6日;產(chǎn)氣原料:玉米芯;熱值:16762 kJ/M';序TYHCNMHG收稿日期: 2005-02-22基金項目:“十五”科技攻關(guān)項目(2001 BA403B0305 )作者簡(jiǎn)介:趙勇(1960-),男,副研究員,主要從事生物質(zhì)能利用的研究。51實(shí)用技術(shù)RENEWABLE ENERGY No.3 2005 (121 Issue in AlI)表2氣化機組測 試數據序號采樣時(shí)間熱值爐出口溫度風(fēng)機入口溫度 風(fēng)機入口壓力氣體成分(%)(kJ/M3)(C)CO2CH4+CH2CH6H2 02 NCH4 CO14:093056.6120323 92016.55 0.4211.6 2.66 52.58 1.2 8.6814:154 142.51455 88015.38 0.5012.29 0.77 50.4514:223250.517058807.99 0.1809.27 3.65 56.20.52 15.4214:264 238.11857 84016.02 0.5013.79 0.69 48.66 1.28 15.5314:32 4 874.120016.28 0.5218.28 0.57 42.64 1.39 16.3 I15:13358114.66 0.369.94 1.47 53.44 1 3214. 24測試日期:2004年11月19 日;產(chǎn)氣原料:玉米秸稈;熱值:15 840 kJ/M;序號6為氣柜出口測試數據。表3 氣化機組測試數據(kJ/M')(Pa)CO2 CH4+C.H2 CH。H2 O2 N2 CH4 CO_10:1(4 601.3820539201.03 0.26(13.190.69 47.79 1.32 20.0810:16 4 177.7526490022.42 0.560.28 12.07 0.39 47.85 2.27 11.9110:334 200.03215882012.38 0.3413.45 2.14 49.13 1.19 16.6210:394511.572102712.96 0.2413.140.37 47.35 1.15 20.0010:444 357.312819.03 0.49 ;0.2 11.02 0.19 47.23 196 15.9110:59 4 179.415 880 17.03 0.390.1811.44 0.51 49.52 1.42 16.315:233 738.4515.63 0.3910.15 0.75 52.26 1.38 14.98測試日期:2004年11月18日;產(chǎn)氣原料:豆稈;熱值:15 026 kJ/M';序號7為氣柜出口測試數據。的分析,我們可以得出如下結論。由于玉米芯堆積密度大，能很快地建立較穩定的(1)不同種類(lèi)物料的氣化氣成分及其熱值差氧化還原層，所以點(diǎn)爐后很快就可以產(chǎn)出合格氣別較大體(盡管此時(shí)氣化氣中一氧化碳含量還比較低)。從表1~3中可以看出,玉米芯的氣化氣熱值由于玉米秸稈堆積密度小，在點(diǎn)爐后相對較長(cháng)時(shí)最高,平均可達4 700 kJ/m3 左右,玉米秸稈氣間內，氧化反應強度一直大于還原反應強度,導致化氣熱值最低,平均不到4 000 kJ/m2。 造成如氣化爐出口的氣化氣溫度上升較快，要建立較穩此大差別的主要原因是幾種物料的堆積密度不定的氧化還原層，即產(chǎn)出合格的氣化氣需要較長(cháng)同，玉米芯及豆稈的堆積密度為300 kg/m3 以時(shí)間，即初始產(chǎn)氣時(shí)間延長(cháng),消耗物料較多。上，而玉米秸稈的堆積密度還不到100 kg/m'。從表3可以看出，雖然豆稈的堆積密度與玉.物料的堆積密度越大，在氣化爐內形成的氧化還米芯相似，但其產(chǎn)出氣的質(zhì)量卻比玉米芯的要差原層就越穩定，就越有利于氣化反應的進(jìn)行,對很多,尤其是在氣柜出口處測得的數值相差更大。負荷變化的適應性越好，產(chǎn)出的氣化氣熱值越這是由于我們所采用的豆稈為機制豆稈，長(cháng)度較高,運行過(guò)程穩定性越好。相反,像玉米秸稈這種長(cháng),大約為200 mm,其中夾雜大量的豆莢,而豆堆積密度小的物料種類(lèi)，在加入到氣化爐后,葉莢在氣化爐內比豆稈更易于燃燒，并且豆稈碳化子被迅速燒掉，從而在氧化層形成較大空隙,使后的機械強度比玉米芯還高，所以在氧化還原層.部分未參與氧化反應的氧氣得以進(jìn)入到還原層中要留下很多較大間隙，使得氧化還原反應很不繼續氧化反應,也就是增大了氧化層厚度,減少充分,從而使其氣化氣質(zhì)量較差。雖然經(jīng)過(guò)-段時(shí)了還原層厚度,從而造成還原不充分,氣化氣中間后可以建立一個(gè)較穩定的氧化還原反應區,但一氧化碳含量偏低，因此玉米秸稈氣化氣熱值也在負荷變化、加料撥火不及時(shí)等情況下,仍會(huì )出很低。在氣化爐運行過(guò)程中,玉米秸稈物料還容現中國煤化工降的現象,并且波動(dòng)易出現“燒穿”等不穩定的運行現象,也會(huì )影響氣較大YHCNMHG有及時(shí)切換進(jìn)氣柜化氣質(zhì)量。和排空閥門(mén)時(shí)，質(zhì)量不合格的氣體，就會(huì )進(jìn)入氣另外,如上述各表所示,采用的物料不同,其柜，與氣柜中的合格氣體混合后成為品質(zhì)較低的初始產(chǎn)出合格氣化氣的氣化爐出口溫度也不同。生物質(zhì)氣化氣(從表1~3可以看出氣柜出口處氣可再生能源2005.3(總第 121期)實(shí)用技術(shù)體熱值較運行取樣時(shí)低，表明運行過(guò)程還不穩離設備增加負擔,使分離設備發(fā)生堵塞,造成系統定,閥門(mén)切換不及時(shí)的情況還較嚴重)。阻力增加,易發(fā)生氣化爐“噴火”現象,也使系統維(2)物料的種類(lèi)與氣化爐產(chǎn)氣量的關(guān)系不大護工作量加大,最終影響系統的正常運行。因此,遼寧省能源研究所研制生產(chǎn)的生物質(zhì)氣化在正常情況下，我們推薦羅茨風(fēng)機入口處壓力保爐通過(guò)羅茨風(fēng)機進(jìn)出口處的回流閥來(lái)調節其持在1 960~3 920 Pa, 就可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。產(chǎn)氣量。當需要高產(chǎn)氣量時(shí),通過(guò)關(guān)小回流閥(3)下吸式氣化爐對物料的基本要求來(lái)實(shí)現。觀(guān)察羅茨風(fēng)機進(jìn)口處真空壓力表的數物料的含水量是影響產(chǎn)氣質(zhì)量的--個(gè)主要因值變化來(lái)控制調節量,也就是說(shuō)風(fēng)機進(jìn)口處負素，一般要求在10%以?xún)?。如果物料的含水量過(guò)壓越高,進(jìn)入氣化爐的空氣量也就越多,此時(shí)高,則物料在反應過(guò)程中要吸收大量的熱量,使爐的產(chǎn)氣量也就越大，若要降低產(chǎn)氣量則需反向膛內溫度升不上去,使氧化還原反應難以進(jìn)行,就操作。通過(guò)表1~3中所反映的風(fēng)機入口壓力值很難生產(chǎn)出合格的生物質(zhì)氣化氣。特別是在冬天,與熱值數據結果來(lái)看，對同一種物料來(lái)講,產(chǎn)如果使用未曬干的物料，就會(huì )看到氣化爐產(chǎn)生的氣量的變化對氣化氣熱值的影響不大，這是因濃濃的白色煙霧，很長(cháng)時(shí)間不能產(chǎn)出合格的氣化為當氣化爐內在建立起較穩定的氧化還原反氣。物料的粒徑對產(chǎn)氣質(zhì)量的影響也較大。由于機應區后,這時(shí)的氧化還原反應之間存在著(zhù)自動(dòng)制玉米芯堆積密度大。流動(dòng)性好，所以各反應層次平衡機制,即在加大進(jìn)入氣化爐的空氣導致氧穩定，在操作中只要注意及時(shí)填料就可以產(chǎn)出合化反應強烈時(shí),要釋放出較多的熱量,這不僅.格氣體。機制豆稈雖然堆積密度大,但尺寸過(guò)長(cháng)，提高了反應區溫度，還加快了還原反應的速流動(dòng)性不好，碳化后的機械強度高，物料間隙大,率。同時(shí)強烈的氧化反應還產(chǎn)出更多的二氧化反應不充分。在操作中需勤撥火,通過(guò)撥火把碳化碳和水蒸氣，在還原區被還原為一氧化碳、氬后的豆稈打碎，減少物料間的間隙,保持一個(gè)相對氣、甲烷并吸收較多的熱量,使反應區進(jìn)入到致密的還原層,有利于生產(chǎn)出好的氣化氣。但應注一個(gè)新的平衡區間。因此,加大進(jìn)風(fēng)量只能提意撥火不能太用力，不要把碳化后的物料搗得過(guò)高產(chǎn)氣量,而并不能顯著(zhù)地影響產(chǎn)出氣的氣化碎,使還原層間隙過(guò)小,導致氣流阻力增大,這樣成分和氣體熱值。反而不利于氧化還原反應的順利進(jìn)行。玉米秸稈雖然氣化爐產(chǎn)氣負荷的變化不能顯著(zhù)地影不論是否帶葉，其鍘制長(cháng)度都要求在30 mm以.響產(chǎn)出氣的氣體成分和氣體熱值，但是如果不內,而且由于其碳化的機械強度低,對撥火的技術(shù)能很好地保持氧化還原反應層區的相對穩定,要求更高一些,在保證不出現“搭橋”、“燒穿”的前則非常容易出現“燒穿”現象,即氧化還原反應提下,其反應層上部的物料層可以厚實(shí)一些,或采.層區遭到顯著(zhù)破壞，使得一部分空氣未能充分用低負荷生產(chǎn)方式來(lái)保證生產(chǎn)出高質(zhì)量的氣化參與反應而導致氣化質(zhì)量下降。這種現象特別氣。容易出現在堆積密度低或者雖然堆積密度較總之，物料種類(lèi)對下吸式氣化爐的產(chǎn)氣質(zhì)量大,但碳化機械強度也大的物料上。為了避免出有較大影響，針對不同的物料采用不同的操作方現這種情況，就要在操作運行過(guò)程中,勤投料、式,就可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的氣化氣。勤撥火，始終保持-個(gè)較穩定的氧化還原反應層區參考文獻:雖然如此操作可以獲得高品質(zhì)、高產(chǎn)氣量的氣化氣,但在實(shí)際運行過(guò)程中,氣化爐不可能保[1]吳創(chuàng )之，馬隆龍.生物質(zhì)能現代化利用技術(shù)[M].北京:持較長(cháng)時(shí)間的高負荷運行狀態(tài)。因為在高負荷運2]中國煤化工氣化技術(shù)及其應用[M].行狀態(tài)下,通過(guò)氣化爐的氣體流量大速度快,會(huì )IHCNMHG將灰分和未完全還原的微小碳顆粒隨氣流帶入[3]趙勇,任永志,崔亨哲.影響下吸式生物質(zhì)氣化爐運到下一級的氣體分離器中,而且負荷越大帶入的行的因素及其對策[J].可再生能源,2003,(4):31-32.量越大,這不僅造成物料浪費,也給下一級的分53