研究與探討戶用型生物質(zhì)氣化爐主要技術(shù)性能的試驗(yàn)研究段玉燕(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,廣州510663)摘要:在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上針對(duì)改進(jìn)型戶用生物質(zhì)氣化爐進(jìn)行了主要技術(shù)性能的試驗(yàn)研究,其中包括生物質(zhì)原料、鼓風(fēng)量、氣化強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)氣化性能的影響,凈化裝置的脫除效果研究以及焦油回流裝置對(duì)氣化指標(biāo)的影響等。實(shí)驗(yàn)表明,生物質(zhì)原料的有關(guān)參數(shù)對(duì)氣化性能有明顯影響;鼓風(fēng)量是氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷最簡(jiǎn)單迅速的調(diào)節(jié)手段之一，鼓風(fēng)量存在一個(gè)最佳運(yùn)行的鼓風(fēng)量范圍;戶用型氣化爐設(shè)計(jì)的凈化裝置脫除效果顯著;焦油回流裝置設(shè)計(jì)合理,提高了燃?xì)馄焚|(zhì)和氣化效果。關(guān)鍵詞:生物質(zhì);戶用型;氣化;焦油Abstract: On the self -built biomass gasification platform, the relevant studies for the maintechnical performance are arried out, including biomass materials, air volume, gasification intensityand other parameters. Removal efectiveness of the purification devices insalld and the infection togasification performance caused by the tar returm are also researched. The following conclusions aregained: the relevant parameters of biomass raw materials have a significant effect on gasificationperformance; air volume can immediately and easily control the production of gasifier, and a rightrange exists; removal of the purification devices installed works significantly; the design for tar re-tum is reasonable, which can improve the quality of gas and gasification.Key words:biomass; home - use; gasification; tar中圖分類號(hào):TK6文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào): 1001-5523(2010 )05- 0006-05我國(guó)生物質(zhì)資源蘊(yùn)藏特別豐富,近年來(lái),隨著自建的氣化實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括主體反應(yīng)器戶用型生物農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,生物質(zhì)氣化技術(shù)得到了推廣和使質(zhì)氣化爐 、供風(fēng)系統(tǒng)測(cè)溫系統(tǒng)氣體采樣系統(tǒng)焦油用,但是在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)焦油的處理方法和效果不取樣系統(tǒng) 儲(chǔ)氣裝置燃?xì)馊紵?灶頭)等裝置,見(jiàn)理想、氣化站“欠戶"現(xiàn)象嚴(yán)重、設(shè)備利用率低、燃?xì)鈭D 1。能成本增加等諸多問(wèn)題11,因此開(kāi)發(fā)和推廣戶用型生1.2 氣化實(shí)驗(yàn)爐物質(zhì)氣化爐具有重大意義。本實(shí)驗(yàn)使用的氣化反應(yīng)器為自行設(shè)計(jì)的改進(jìn)本文在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上針對(duì)改進(jìn)型氣化爐進(jìn)行了主型戶用生物質(zhì)氣化爐,它采用上吸式固定床,應(yīng)用前要技術(shù)性能的試驗(yàn)研究,在獲得氣化爐氣化性能運(yùn)了爐膛集中燃燒和尾部配風(fēng)的專利技術(shù)以及爐膛用_行規(guī)律的同時(shí),也論證了其設(shè)計(jì)的合理性以及氣化口徑漸縮的獨(dú)特爐型，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。凈化裝置采用氣爐改進(jìn)的效果。中國(guó)煤化工串聯(lián)的形式,并在1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法介紹氣CHCN M H C圖2和圖39。1.3 實(shí)驗(yàn)方法●6●1.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體布局實(shí)驗(yàn)以空氣作為氣化劑，采用兩路產(chǎn)氣路線，段玉燕.戶用型生物質(zhì)氣化爐主要技術(shù)性能的試驗(yàn)研究研究與探討↑排空P回中e-自啊中8中國(guó)口口]圈1實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體流程圖, 進(jìn)料口. 出氣口氣化爐外簡(jiǎn)干工過(guò)濾裝置.. 爐膛內(nèi)筒風(fēng)機(jī)保溫層氣水分離器一風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口、-配風(fēng)口回流裝置灰渣層 .噴嘴除清口氣流方向污水方向圖2戶用型上吸式氣化爐總體結(jié)構(gòu)示意圖圈3戶用型生物質(zhì)氣化凈化裝置示意圖- -路為實(shí)用路線，另一路為帶有測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)路線。我們?cè)跔t體至上而下每隔10 cm的位置安裝了6個(gè)熱電偶測(cè)溫孔，通過(guò)抽拉熱電偶改變其深人爐;4膛的深度，以測(cè)量爐體不同高度爐膛軸心至爐壁的溫度。利用氣囊收集部分燃?xì)?通過(guò)氣相色譜分析,得到燃?xì)獬煞?。燃?xì)庵薪褂秃康臏y(cè)量方法采用《城0510152025303540市燃?xì)庵薪褂秃突覊m含量的測(cè)量方法》間。原料的含水率/%圖4燃?xì)鉄嶂蹬c原料含水率的關(guān)系圖2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析發(fā)造成熱量散失,大大降低了氣化爐的效率,焦油的冷卻凝結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，妨礙燃?xì)饬魍?破壞氣化反應(yīng)，2.1生物質(zhì)原料對(duì)氣化性能的影響嚴(yán)重影響氣化爐的正常工作。因此,必須嚴(yán)格控制原2.1.1原料的含 水率料的含水率,這對(duì)氣化爐的正常工作,氣化管路的維本實(shí)驗(yàn)以某家具加工廠的紅櫸刨花為氣化原護(hù)具有重要的作用。料,通過(guò)調(diào)整其含水量進(jìn)行氣化試驗(yàn),以氣化燃?xì)獾?.1.2料層的高度熱值為指標(biāo),繪制曲線,其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。原料在上吸式氣化爐中的料層結(jié)構(gòu)至下而上分從圖4中可以看出，當(dāng)含水量較低時(shí),原料含水中國(guó)煤化工”層,為了形成這率的變化對(duì)燃?xì)獾臒嶂涤绊懖淮?物料的含水率控樣的物fMH的高度。干燥層制在7%~ 15%之間時(shí),燃?xì)獾臒嶂底顬槔硐?熱值可的存在_CNMHG熱量，以及過(guò)濾以達(dá)到6 MJ/Nm2'以上;隨著含水率的升高,熱值下“粗燃?xì)狻敝薪褂秃突覊m等雜質(zhì),減少凈化系統(tǒng)負(fù)擔(dān)期降,燃?xì)馄焚|(zhì)明顯變差,同時(shí),物料中較多的水分蒸等具有重要作用。現(xiàn)以紅櫸刨花為原料,對(duì)不同高度. 7.段玉善、戶用型生物質(zhì)年化爐主要技術(shù)工基片生荷第盤研究與探討-的物料層進(jìn)行氣化試驗(yàn),以出口燃?xì)鉁囟取⒔褂秃突液蟮膬艋幚頊p輕了負(fù)擔(dān)，充分體現(xiàn)了上吸式氣化塵的含量,以及氣化效率等為指標(biāo),研究料層高度對(duì)爐的優(yōu)點(diǎn)。氣化性能的影響。2.2鼓風(fēng)量對(duì)氣化性能的影響B(tài)0r對(duì)固定床來(lái)說(shuō)，調(diào)節(jié)氣化爐最簡(jiǎn)單迅速的手0fs0段之一就是調(diào)節(jié)它的鼓風(fēng)量，也就是供入氣化爐中的空氣量;調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量,可以控制氣化爐的生產(chǎn)能力,氧化層的反應(yīng)溫度,從而影響氣化爐的氣化性能。of2004060802.2.1氣化爐的生產(chǎn)能力和氣化強(qiáng)度生物質(zhì)料層病度/mm仍以紅櫸刨花為實(shí)驗(yàn)原料，一次性滿爐加料約圄5氣化效率隨料層高度的變化曲線圄6000為5.1 kg,改變鼓人的空氣量,其運(yùn)行時(shí)間單位時(shí)5000間的原料消耗量及氣化強(qiáng)度見(jiàn)表1。.表1氣化爐的運(yùn)行參數(shù).4000: 3000原料量/kg空氣量運(yùn)行時(shí)間Mh單位時(shí)間原料消耗量/kg.h+20002.62.002.55i 0005.12.22.312.211.82.801.8200800生物質(zhì)料層高度/m由表1中數(shù)據(jù)可知，在相同原料投人量的情況圖6燃?xì)獬隹跍囟入S料層高度的變化曲線圉下，氣化爐的運(yùn)行時(shí)間隨著通人氣化空氣量的增加00廠而變短;通人空氣量增大,供氧充足,爐內(nèi)氧化層放50 t00 F出熱量增多,爐膛反應(yīng)溫度升高，整體反應(yīng)速度加快,單位時(shí)間的原料消耗量也變大;即可以通過(guò)調(diào)節(jié)200上s0 t鼓風(fēng)量的大小改變氣化爐的生產(chǎn)能力。當(dāng)然為了保證氣化反應(yīng)的品質(zhì)和合理的運(yùn)行時(shí)間,通人的空氣0量也是有一定范圍的。400600生物質(zhì)料層高度/mm2.2.2爐膛溫度氣化強(qiáng)度與燃?xì)馄焚|(zhì)圍7焦油和灰塵含量隨料層高度的變化曲線圉爐內(nèi)溫度和氣化強(qiáng)度是上吸式氣化爐重要的性從圖5~圖7中我們可以看出，當(dāng)料層高度在能參數(shù),因此,研究爐內(nèi)反應(yīng)溫度、氣化強(qiáng)度與鼓風(fēng)100~200 mm之間時(shí)，加人的物料幾乎全部進(jìn)行氧量之間的關(guān)系是十分必要的。實(shí)驗(yàn)采用紅櫸刨花,以化反應(yīng),沒(méi)有形成良好的還原層和熱解層,因此出口燃?xì)鉄嶂岛蜌饣蕿橹笜?biāo)，圖8~圖11是各物理能的燃?xì)鉁囟群芨?品質(zhì)很差,幾乎不能點(diǎn)燃，氣化效量與鼓風(fēng)量之間的變化曲線圖。海率基本為0,出口的燃?xì)庵须s質(zhì)含量也很高。隨著物1 100料層高度的提高,氣化燃?xì)獾钠焚|(zhì)逐漸變好,可燃成1000分增多，出口燃?xì)獾臏囟纫搽S著物料層的增高而降90低。當(dāng)物料層高度在600~700mm時(shí),此時(shí)基本上是用氣化爐滿爐運(yùn)行的情況,燃?xì)馄焚|(zhì)較好,上面新鮮的出物料層可以過(guò)濾焦油和飛灰，氣化效率穩(wěn)定達(dá)到中國(guó)煤化工-第: 65%以上,同時(shí)焦油和灰塵的含量也大大降低,燃?xì)釿HCNMHG,-13期:出口的溫度在 60C左右。不僅降低了燃?xì)獾某?口溫鼓風(fēng)量/m'●h-l8●度,提高了氣化效率,同時(shí)提高了燃?xì)獾钠焚|(zhì),為以圖8氧化層溫度隨鼓風(fēng)的變化曲線圄段主燕戶用負(fù)生執(zhí)所能化爐主勇技術(shù)性能的話驗(yàn)研究_研究與探討40「效率也較高。二12首10;80H60 t毅4201.2一1.6224283.23.61.21.62242.83.323.鼓風(fēng)最/m3●hrI鼓風(fēng)鼉/m3 .h-l圄9氣化強(qiáng)度隨鼓風(fēng)量的變化曲線圖10燃?xì)鉄嶂惦S鼓風(fēng)量的變化曲線由圖8可知，上吸式氣化爐爐內(nèi)氧化層溫度隨鼓風(fēng)量的提高而提高,當(dāng)爐溫較低時(shí),氧化層的反應(yīng)溫度隨著鼓風(fēng)量的增加有顯著提高，但隨著鼓風(fēng)量的增大,這種提高的趨勢(shì)變緩,而氣化強(qiáng)度(圖9)的P40變化趨勢(shì)隨著鼓風(fēng)量的增大不斷增強(qiáng)。這是因?yàn)楫?dāng)鼓風(fēng)量大到一定程度的時(shí)候，原料幾乎都在發(fā)生有121.:22273.23.7氧燃燒反應(yīng)，而完全燃燒反應(yīng)放出的熱量與本身的鼓風(fēng)量/m3●h-1物料性質(zhì)有關(guān)，此時(shí)的爐內(nèi)溫度便不再會(huì)有較大的圖11氣化效率隨鼓風(fēng)的變化曲線變化。圖10和圖11中可以看出,燃?xì)鉄嶂惦S著鼓風(fēng)2.3凈化裝置的性能試驗(yàn)研究量的增大而減小，氣化效率隨鼓風(fēng)量的增大先是增2.3.1過(guò)濾裝置的凈化性能大然后逐漸減小。這是因?yàn)?當(dāng)鼓風(fēng)量較小時(shí),氣化本實(shí)驗(yàn)戶用型氣化爐采用氣水分離器和干式顆爐內(nèi)是缺氧的環(huán)境,有些物料層(尤其是熱解層)甚粒層相串聯(lián)的過(guò)濾裝置,前者用于除去“粗燃?xì)狻敝兄潦菬o(wú)氧的環(huán)境,因此，更多的物料發(fā)生了熱解反的水分,降低燃?xì)鉁囟?后者用于進(jìn)- -步干燥燃?xì)?應(yīng)，揮發(fā)分在氧化層的熱量之下直接揮發(fā)成為燃?xì)獬ソ褂秃突覊m等。干式顆粒層過(guò)濾器中采用的濾流出,由于鼓風(fēng)量很小,氣化出來(lái)的燃?xì)庵械暮苛峡梢允歉鞣N具有吸附性的物質(zhì),實(shí)驗(yàn)選取棉花刨較少,可燃?xì)獾某煞州^多,因此熱值自然較高;但是花.顆粒狀泥棒、活性碳等作為過(guò)濾材料。焦油和灰由于產(chǎn)氣量很少，總體的氣化效率并不會(huì)很高。相塵的取樣和測(cè)量方法如前所述,由圖12可見(jiàn),氣水反，當(dāng)鼓風(fēng)量過(guò)大時(shí)，氣化爐中的物料多半發(fā)生了燃分離器對(duì)焦油和灰塵的過(guò)濾效率大約在45%左右，燒反應(yīng),產(chǎn)生了過(guò)多的二氧化碳,破壞了氣化氛圍,說(shuō)明在分離燃?xì)夂退值耐瑫r(shí)可以對(duì)“粗煤氣”做到影響了燃?xì)馄焚|(zhì);過(guò)大的鼓風(fēng)量甚至?xí)谷細(xì)鉄o(wú)法初步的凈化效果。由圖13看出,棉花.刨花、泥棒和點(diǎn)燃,或是火焰熄滅;這時(shí)候盡管產(chǎn)氣量很大,但是活性碳四種過(guò)濾物料中，活性碳的過(guò)濾效果比較顯可燃?xì)獬煞趾苌?，燃?xì)鉄嶂递^低，氣化效率還是很著,這與過(guò)濾物料本身的吸附性能有很大的關(guān)系,但低。因此,存在一個(gè)較佳的鼓風(fēng)量范圍,使氣化爐可是活性碳的價(jià)格較貴,相對(duì)來(lái)說(shuō)，棉花刨花、泥棒等以在最佳的運(yùn)行狀態(tài)下工作，而且這個(gè)范圍會(huì)隨著原料的過(guò)濾效率雖然不如活性碳高,但是也在60%!我物料的變化而有所差異，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的原料紅櫸刨以上,同樣起到了凈化作用,并且比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。實(shí)花,最佳的鼓風(fēng)量范圍大約在1.8-~2.2 m'/h左右。驗(yàn)證明，該干式過(guò)濾裝置的濾料選擇廣泛,過(guò)濾效果|用通過(guò)以上分析和多次試驗(yàn)表明，氣化爐氧化層良好,I鄉(xiāng)次使用之后需的溫度一般不會(huì)超過(guò)1 200C,在800心以上時(shí)便可要定期中國(guó)煤化工反復(fù)使用,對(duì)于以達(dá)到較好的氣化品質(zhì);氣化強(qiáng)度在60 kg/(m2*h)左生物質(zhì)161+，也可以且?jiàn)y云八CNMH爐中氣化,從而 面右時(shí),產(chǎn)氣量和運(yùn)行時(shí)間比較合適,燃?xì)鉄嶂岛蜌饣瘻p少污染。9●段玉燕，戶用型生物質(zhì)氣化爐主要技術(shù)性能的試驗(yàn)研憲研究與探討影響,-般物料的含水率控制在7%~15%時(shí),燃?xì)獾臒嶂底顬槔硐?。of(2)氣化時(shí),要形成穩(wěn)定的料層結(jié)構(gòu),物料層必45.7645.2345.9244.32須達(dá)到- -定的高度。當(dāng)物料層高度在600~700 mm .時(shí),此時(shí)基本上是氣化爐滿爐運(yùn)行的情況,燃?xì)馄焚|(zhì)較好,氣化效率可穩(wěn)定達(dá)到65%以上,同時(shí)焦油和灰塵的含量也大大降低,燃?xì)獬隹诘臏囟仍?0C圖12氣水分離器的脫除效率左右。86.27(3)改變鼓風(fēng)量是氣化爐最簡(jiǎn)單迅速的調(diào)節(jié)手1079.347313段之一,綜合各項(xiàng)性能指標(biāo)來(lái)看,存在一個(gè)較佳的0K61.34鼓風(fēng)量范圍,當(dāng)然這個(gè)范圍會(huì)隨著物料的不同有所60個(gè)差異。40(4)選取棉花、刨花、顆粒狀泥棒、活性碳等作為過(guò)濾材料,氣水分離器和干式顆粒層過(guò)濾器的脫棉花泥棒活性碳除效果均在40%和60%以上,其中以活性碳的脫除圖13干式過(guò)濾器的脫除效率效果最佳;由此說(shuō)明,改進(jìn)型氣化爐設(shè)計(jì)的凈化裝2.3.2焦油回流裝置對(duì)燃?xì)馄焚|(zhì)的影響置簡(jiǎn)單可靠,合理適用。為了減少污水排放,實(shí)驗(yàn)爐采用了焦油回流裝(5)結(jié)合理論分析和多次實(shí)驗(yàn)得到,焦油回流置,將氣水分離器和過(guò)濾器中流下的含有焦油和灰裝置的回流口設(shè)在灰渣層最為合適,燃?xì)馄焚|(zhì)和熱塵的污水回流到氣化爐中,實(shí)現(xiàn)了氣化爐對(duì)外界的值也有所提高,充分說(shuō)明了該設(shè)計(jì)的可取性?！傲阄廴尽迸欧?。為了盡量減少對(duì)氣化爐氣化反應(yīng)的影響，我們將回流口選擇在噴嘴下方的灰渣層,由參考文獻(xiàn):于焦油無(wú)法經(jīng)歷氧化層的高溫區(qū),不能分解成小分[1] Cheng G, Andries J, Splenhoff H, et al. Biomass Gasifica-子氣體,能量沒(méi)有得到很好的利用,但是可以固留tion Integrated with Pyrolysis in A Circulating Fluidized Bed在灰渣層中,至少減少了污染。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),回流裝置[] Solar Energy, 2004, (76); 345-349.的存在還可以提高燃?xì)獾钠焚|(zhì)和熱值,具體的原因[2] 張瑞芹,張長(zhǎng)森，尹輔印.流化床反應(yīng)器中生物質(zhì)空氣氣還有待于進(jìn)一步的研究和論證。化試驗(yàn)研究[].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版), 2006, 38(2): 76.[3]邱鐘明,陳礪.生物質(zhì)氣化技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展前最[].3結(jié)論可再生能源, 2002.(4) : 16.[4] 袁振宏,吳創(chuàng)之,馬隆龍，等.生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)在自行搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上針對(duì)改進(jìn)型戶用生物[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.能質(zhì)氣化爐進(jìn)行了主要技術(shù)性能的試驗(yàn)研究,其中包[5]段玉燕改進(jìn)型戶用生物質(zhì)氣化爐的設(shè)計(jì)與研究[J].中國(guó)括生物質(zhì)原料、鼓風(fēng)量、氣化強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)氣化性新能源, 2010(57):38- 41.究能的影響,凈化裝置的脫除效果研究以及焦油回流[6] CB/12208-1990, 城市燃?xì)庵薪褂秃突覊m含量的測(cè)量方裝置對(duì)氣化指標(biāo)的影響等。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn),我們得法[S].用_到以下相關(guān)結(jié)論:(1)原料的含水率對(duì)氣化爐的氣化性能有顯著收稿 日期:2010-07-30，中國(guó)煤化工YHCNMHG.10.