氣化爐中生物質(zhì)-煤共同氣化的模擬研究

16應用能源技術(shù)200年第7期(總第39期氣化爐中生物質(zhì)一煤共同氣化的模擬研究韓玉杰(青島農業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,青島266109)摘要:在氣化爐內采用煤粉和生物質(zhì)共氣化可解決生物質(zhì)不易穩定流化和生成焦油兩大難題,采用流程模擬軟件PROⅡ對爐內的氣化過(guò)程進(jìn)行了模擬計算,得到了汽氧比和氧碳比和生物質(zhì)/煤比對氣化過(guò)程的影響。氣化爐內優(yōu)化的反應條件為:反應溫度1350℃,[H2OJ[O20.32,[OJ[]=1.06,氣化得到的合成氣的高位熱值Q=715 OkJ/Nm2,有效氣產(chǎn)率為1.59Nm}/k關(guān)鍵詞:氣化爐,共同氣化,PROⅡ中圖分類(lèi)號:TK29.92文獻標識碼:B文章編號:100-3230(2009)07-0016-03Preliminary Analysis of CO2 Emission Reduction in ChinaHAN Yu-jieQingdao agriculation University, Resource and Environment College Qingdao 266109, ChinaAbstract: Co-gasification of woody biomass and coal in entrained flow gasifier can improve the fluidiztion of biomass and prohibit the production of tar. a comprehensive gasification model is developed for cogasification of biomass and coal in an entrained flow gasifier using the PRo l simulator and the effect of[HO][O,] and [o][c] on the gasification condition is obtained. The optimized operation conditions ofhe gasifier were at the reacting temperature of 1350C, at [H,0]/[0]of 0.32 and [o]/[C]of 1.05Finally, the high calorific value of syngas is 7150kJ/Nm, and the yield of the effective syngas is1.59Nm3/kgKey words: gasifier; co-gasification; PRO I0引言1生物質(zhì)一煤共氣化氣化爐的反應去除燃氣中含有的焦油等污染物和如何改善機理氣化爐內生物質(zhì)的流化特性是生物質(zhì)氣化發(fā)電技在氣化爐內,由于反應溫度很高生物質(zhì)和煤術(shù)應用的兩大難點(diǎn)。生物質(zhì)容重小灰分少、含固粉的受熱速度極快,可以認為兩種燃料發(fā)生快速定碳少在其氣化過(guò)程中不易形成穩定的料層;固的熱分解脫除揮發(fā)分生成半焦和氣體產(chǎn)物。氣定床和流化床氣化爐內氣化溫度低于00℃,導體產(chǎn)物中的可燃成分(包括COH2、CH和其他碳致合成氣中焦油含量較高,焦油的存在不僅降低氫化合物CnH)在富含氧氣的條件下迅速與O2了氣化爐氣化效率,而且在低溫下能凝結堵塞輸氣管道使氣化設備運行困難。在氣化爐內采用燃燒放出的熱量使粉煤和夾帶它的氣體溫度急煤粉和生物質(zhì)共氣化,即可改善生物質(zhì)的流化特性和氣化特性,也可有效去除焦油提高碳轉化半焦中的固定碳高溫下同氣化介質(zhì)(O2和率近幾年得到了國內外的廣泛關(guān)注H2O)進(jìn)行著(zhù)氣化反應本文借助于PROⅡ流程模擬軟件,對氣化爐C+O2→CO內的反應機理進(jìn)行了研究建立了生物質(zhì)一煤共2C+02→200氣化氣化爐的計算模型,進(jìn)行數值模擬計算,為試C+H2O→CO+H2(3)驗研究提供理論基礎和參考數據。中國煤化工生成氣也存在氣化收稿日期:20005-19修訂稿日期:2000-06-21YHCNMHG(4)作者簡(jiǎn)介:韓玉杰(1980-),女,助教,畢業(yè)于中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè),現在主要從事資源利用與污染控制方C+2H2→CH向的研究氣化反應生成的氣體在高溫條件下活性很2094第7期(總第13期)應用能源技術(shù)強在它們自身被生成的同時(shí),相互之間也存在著(zhù)整個(gè)氣化流程主要包括產(chǎn)率反應器和平衡反可逆反應應器兩個(gè)模塊。生物質(zhì)和煤粉兩種物料首先在產(chǎn)Co+H2O→CO2+H2(6)率反應器內被分解成碳、氫、氧、氮、硫等基本元2生物質(zhì)一煤共氣化氣化爐的模型素。這些元素物流被送到平衡反應器內,與氣化建立介質(zhì)進(jìn)行反應,通過(guò)最小Gibs自由能原理獲得生物質(zhì)一煤共氣化氣化爐模型如圖1所示,反應設定溫度下氣化產(chǎn)物的平衡組分。并作如下假設6(1)整個(gè)反應系統處于穩定運行狀態(tài)(2)燃料中的HO、NS全部轉化為氣相,而C的轉化率因條件的不同發(fā)生變化;BiomassDECOMPIN-GASIFY(3)氣化爐中燃料顆粒溫度均勻不存在溫度梯度;(4)流程中物流的組成除氣體成分外,還定義了Col、Boms和Ash三種非常規組分;圖1生物質(zhì)—煤共氣化氣化爐模塊流程示意圖(5)然料中的A出為惰性物質(zhì),氣化過(guò)程中不3生物質(zhì)及煤粉組成參與反應生物質(zhì)取用木粉,通過(guò)粉碎機粉碎;煤粉也通過(guò)(6)氣化爐中溫度較高所有氣相反應很快達粉碎機粉碎兩者的工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表1,由到化學(xué)平衡。元素分析可得木粉的化學(xué)表征式為CH1s2Oo木粉和煤粉的工業(yè)分析和元囊分析Mad%Aad Vad FCad%木粉8552875.1913454.4761943.840.%0.94煤粉247木粉進(jìn)料量為90kgh,煤粉進(jìn)料為60kg/h,氣41不同汽氧比對干基氣化合成氣組分含量和化劑選用空氣,空氣被預熱,氣化爐中氣化壓力為氣化溫度的影響05MPa。干基產(chǎn)出燃氣的高位熱值Q。(kJ/m3)定從圖2中看到隨著(zhù)汽氧比值的增大氣化溫義為:度降低,這是因為水分進(jìn)入氣化爐要消耗氣化潛Qn1000×(C0%×12.64+H2%x1274+熱,平衡氣化合成氣的組成向CO2增加的方向進(jìn)CH%x3982)行,H2含量單調增高,C0含量單調降低,合成氣式中,CO%,H%,CH%一分別為干基燃氣有效組成(H2+CO)含量降低中CO,H2和CH的體積分數4模擬結果及討論汽氧比氧碳比和生物質(zhì)煤比是影響氣化爐氣化性能的主要參數分別以[H2O[02]和[0]/[C]表示定義式如下:[H,O]/[O2]=7(ke/Nm);-0212+G.M[oy(c]=-24Gan Mcbi+Ga' Mcme式中圖2[H2O][O2]對燃氣成分摩爾分數和氣化溫度的影響G空氣中氧氣的體積流量Nm3/h;中國煤化工6位熱值和蒸汽Cwm-生物質(zhì)的質(zhì)量流量kgh;分觚M0-生物質(zhì)中氧元素的濕基含量,%;,1刊比的增高,氣化G。煤粉的質(zhì)量流量kgh;合成氣的熱值單調減小蒸汽分解率單調增大,但M。。煤粉中氧元素的濕基含量,%。增大的速率逐漸減小。在汽氧比增大到14kg/№n應用能源技術(shù)2009年第7期(總第139期)時(shí)蒸汽分解率開(kāi)始由負值變?yōu)檎?。這說(shuō)明,在值為7150k/Nm3。較低的汽氧比條件下,由于氣化溫度較高,抑制了反應(1.3)和(1.6)的進(jìn)行,導致煤中的氫與CO反應生成了C0和H2O,使蒸汽分解率出現負值。由于氣化爐中干法進(jìn)料時(shí)一般是液態(tài)排渣,氣化操作溫度較高。因此在氣化過(guò)程中蒸汽的加入氯量主要用于調節氣化操作溫度,蒸汽加入量過(guò)多反而造成蒸汽浪費。ol/IC. mol/ mol圖5[o]/[C]對氣化合成氣高位熱值的影響∞5結論本文通過(guò)PROⅡ軟件,對氣化爐內生物質(zhì)煤共同氣化過(guò)程進(jìn)行了模擬計算,得到如下結論:(1)隨著(zhù)汽氧比值的增大,氣化爐內的反應溫度降低合成氣有效組成(H2+CO)含量降低,氣Ho/ok/№m化合成氣的熱值單調減小,蒸汽分解率單調增大。圖3[H2OQ2對氣化合成氣高位熱值和蒸汽分解率的影響蒸汽的加入主要是調節氣化操作溫度和滿(mǎn)足氣化不同氧碳比對氣化合成氣組分含量和氣化需求蒸汽加入量過(guò)多反而造成蒸汽浪費溫度的影響(2)隨著(zhù)氧碳比的增加,氣化溫度單調增大從圖4中可以看到隨著(zhù)氧碳比的增加,氣化在氧碳比達到0.92左右冷煤氣效率可達最大值溫度單調增大,這是因為,在進(jìn)料量不變的條件97.9%,碳轉化率也可達9%,當氣化溫度達到下氧碳比增加意味著(zhù)氧氣量增加,更多的碳燃燒13530℃時(shí),進(jìn)料的最佳氧碳比約為1.05,此時(shí)合生成CO2釋放熱量,是導致溫度升高的主要原成氣的高位熱值為750JNm(3)隨著(zhù)氧碳比的增加,氣化溫度單調增大,CH的含量單調下降,在氧碳比增大為1時(shí),CH1N的含量迅速增大,H的含量迅速下降,CH的的含量接近于零CO的含量先增加后降低,C2含量單調下降在氧碳比增大為1時(shí),CH的含量的含量先降低后增加,這都是由于氧碳比的增加接近于零,CO的含量先增加后降低,CO2的含量即氧氣量增加使爐內反應進(jìn)行更加完整的原因先降低后增加。參考文獻[1] Deng KY. 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