研究與探討戶用型生物質氣化爐主要技術性能的試驗研究段玉燕(廣東省電力設計研究院,廣州510663)摘要:在實驗臺上針對改進型戶用生物質氣化爐進行了主要技術性能的試驗研究,其中包括生物質原料、鼓風量、氣化強度等參數對氣化性能的影響,凈化裝置的脫除效果研究以及焦油回流裝置對氣化指標的影響等。實驗表明,生物質原料的有關參數對氣化性能有明顯影響;鼓風量是氣化爐生產負荷最簡單迅速的調節(jié)手段之一，鼓風量存在一個最佳運行的鼓風量范圍;戶用型氣化爐設計的凈化裝置脫除效果顯著;焦油回流裝置設計合理,提高了燃氣品質和氣化效果。關鍵詞:生物質;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:TK6文獻標志碼:A文章編號: 1001-5523(2010 )05- 0006-05我國生物質資源蘊藏特別豐富,近年來,隨著自建的氣化實驗臺包括主體反應器戶用型生物農村經濟的發(fā)展,生物質氣化技術得到了推廣和使質氣化爐 、供風系統測溫系統氣體采樣系統焦油用,但是在此過程中發(fā)現焦油的處理方法和效果不取樣系統 儲氣裝置燃氣燃燒器(灶頭)等裝置,見理想、氣化站“欠戶"現象嚴重、設備利用率低、燃氣圖 1。能成本增加等諸多問題11,因此開發(fā)和推廣戶用型生1.2 氣化實驗爐物質氣化爐具有重大意義。本實驗使用的氣化反應器為自行設計的改進本文在實驗臺上針對改進型氣化爐進行了主型戶用生物質氣化爐,它采用上吸式固定床,應用前要技術性能的試驗研究,在獲得氣化爐氣化性能運了爐膛集中燃燒和尾部配風的專利技術以及爐膛用_行規(guī)律的同時,也論證了其設計的合理性以及氣化口徑漸縮的獨特爐型，結構見圖2。凈化裝置采用氣爐改進的效果。中國煤化工串聯的形式,并在1實驗系統和方法介紹氣CHCN M H C圖2和圖39。1.3 實驗方法●6●1.1實驗臺總體布局實驗以空氣作為氣化劑，采用兩路產氣路線，段玉燕.戶用型生物質氣化爐主要技術性能的試驗研究研究與探討↑排空P回中e-自啊中8中國口口]圈1實驗臺總體流程圖, 進料口. 出氣口氣化爐外簡干工過濾裝置.. 爐膛內筒風機保溫層氣水分離器一風道進風口、-配風口回流裝置灰渣層 .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構示意圖圈3戶用型生物質氣化凈化裝置示意圖- -路為實用路線，另一路為帶有測量系統的實驗路線。我們在爐體至上而下每隔10 cm的位置安裝了6個熱電偶測溫孔，通過抽拉熱電偶改變其深人爐;4膛的深度，以測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氣,通過氣相色譜分析,得到燃氣成分。燃氣中焦油含量的測量方法采用《城0510152025303540市燃氣中焦油和灰塵含量的測量方法》間。原料的含水率/%圖4燃氣熱值與原料含水率的關系圖2實驗數據和分析發(fā)造成熱量散失,大大降低了氣化爐的效率,焦油的冷卻凝結現象嚴重，妨礙燃氣流通,破壞氣化反應，2.1生物質原料對氣化性能的影響嚴重影響氣化爐的正常工作。因此,必須嚴格控制原2.1.1原料的含 水率料的含水率,這對氣化爐的正常工作,氣化管路的維本實驗以某家具加工廠的紅櫸刨花為氣化原護具有重要的作用。料,通過調整其含水量進行氣化試驗,以氣化燃氣的2.1.2料層的高度熱值為指標,繪制曲線,其試驗結果見圖4。原料在上吸式氣化爐中的料層結構至下而上分從圖4中可以看出，當含水量較低時,原料含水中國煤化工”層,為了形成這率的變化對燃氣的熱值影響不大;物料的含水率控樣的物fMH的高度。干燥層制在7%~ 15%之間時,燃氣的熱值最為理想,熱值可的存在_CNMHG熱量，以及過濾以達到6 MJ/Nm2'以上;隨著含水率的升高,熱值下“粗燃氣”中焦油和灰塵等雜質,減少凈化系統負擔期降,燃氣品質明顯變差,同時,物料中較多的水分蒸等具有重要作用?，F以紅櫸刨花為原料,對不同高度. 7.段玉善、戶用型生物質年化爐主要技術工基片生荷第盤研究與探討-的物料層進行氣化試驗,以出口燃氣溫度、焦油和灰后的凈化處理減輕了負擔，充分體現了上吸式氣化塵的含量,以及氣化效率等為指標,研究料層高度對爐的優(yōu)點。氣化性能的影響。2.2鼓風量對氣化性能的影響B(tài)0r對固定床來說，調節(jié)氣化爐最簡單迅速的手0fs0段之一就是調節(jié)它的鼓風量，也就是供入氣化爐中的空氣量;調節(jié)鼓風量,可以控制氣化爐的生產能力,氧化層的反應溫度,從而影響氣化爐的氣化性能。of2004060802.2.1氣化爐的生產能力和氣化強度生物質料層病度/mm仍以紅櫸刨花為實驗原料，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,其運行時間單位時5000間的原料消耗量及氣化強度見表1。.表1氣化爐的運行參數.4000: 3000原料量/kg空氣量運行時間Mh單位時間原料消耗量/kg.h+20002.62.002.55i 0005.12.22.312.211.82.801.8200800生物質料層高度/m由表1中數據可知，在相同原料投人量的情況圖6燃氣出口溫度隨料層高度的變化曲線圉下，氣化爐的運行時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,爐內氧化層放50 t00 F出熱量增多,爐膛反應溫度升高，整體反應速度加快,單位時間的原料消耗量也變大;即可以通過調節(jié)200上s0 t鼓風量的大小改變氣化爐的生產能力。當然為了保證氣化反應的品質和合理的運行時間,通人的空氣0量也是有一定范圍的。400600生物質料層高度/mm2.2.2爐膛溫度氣化強度與燃氣品質圍7焦油和灰塵含量隨料層高度的變化曲線圉爐內溫度和氣化強度是上吸式氣化爐重要的性從圖5~圖7中我們可以看出，當料層高度在能參數,因此,研究爐內反應溫度、氣化強度與鼓風100~200 mm之間時，加人的物料幾乎全部進行氧量之間的關系是十分必要的。實驗采用紅櫸刨花,以化反應,沒有形成良好的還原層和熱解層,因此出口燃氣熱值和氣化效率為指標，圖8~圖11是各物理能的燃氣溫度很高,品質很差,幾乎不能點燃，氣化效量與鼓風量之間的變化曲線圖。海率基本為0,出口的燃氣中雜質含量也很高。隨著物1 100料層高度的提高,氣化燃氣的品質逐漸變好,可燃成1000分增多，出口燃氣的溫度也隨著物料層的增高而降90低。當物料層高度在600~700mm時,此時基本上是用氣化爐滿爐運行的情況,燃氣品質較好,上面新鮮的出物料層可以過濾焦油和飛灰，氣化效率穩(wěn)定達到中國煤化工-第: 65%以上,同時焦油和灰塵的含量也大大降低,燃氣YHCNMHG,-13期:出口的溫度在 60C左右。不僅降低了燃氣的出 口溫鼓風量/m'●h-l8●度,提高了氣化效率,同時提高了燃氣的品質,為以圖8氧化層溫度隨鼓風的變化曲線圄段主燕戶用負生執(zhí)所能化爐主勇技術性能的話驗研究_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.鼓風最/m3●hrI鼓風鼉/m3 .h-l圄9氣化強度隨鼓風量的變化曲線圖10燃氣熱值隨鼓風量的變化曲線由圖8可知，上吸式氣化爐爐內氧化層溫度隨鼓風量的提高而提高,當爐溫較低時,氧化層的反應溫度隨著鼓風量的增加有顯著提高，但隨著鼓風量的增大,這種提高的趨勢變緩,而氣化強度(圖9)的P40變化趨勢隨著鼓風量的增大不斷增強。這是因為當鼓風量大到一定程度的時候，原料幾乎都在發(fā)生有121.:22273.23.7氧燃燒反應，而完全燃燒反應放出的熱量與本身的鼓風量/m3●h-1物料性質有關，此時的爐內溫度便不再會有較大的圖11氣化效率隨鼓風的變化曲線變化。圖10和圖11中可以看出,燃氣熱值隨著鼓風2.3凈化裝置的性能試驗研究量的增大而減小，氣化效率隨鼓風量的增大先是增2.3.1過濾裝置的凈化性能大然后逐漸減小。這是因為,當鼓風量較小時,氣化本實驗戶用型氣化爐采用氣水分離器和干式顆爐內是缺氧的環(huán)境,有些物料層(尤其是熱解層)甚粒層相串聯的過濾裝置,前者用于除去“粗燃氣”中至是無氧的環(huán)境,因此，更多的物料發(fā)生了熱解反的水分,降低燃氣溫度,后者用于進- -步干燥燃氣,應，揮發(fā)分在氧化層的熱量之下直接揮發(fā)成為燃氣除去焦油和灰塵等。干式顆粒層過濾器中采用的濾流出,由于鼓風量很小,氣化出來的燃氣中氮的含量料可以是各種具有吸附性的物質,實驗選取棉花刨較少,可燃氣的成分較多,因此熱值自然較高;但是花.顆粒狀泥棒、活性碳等作為過濾材料。焦油和灰由于產氣量很少，總體的氣化效率并不會很高。相塵的取樣和測量方法如前所述,由圖12可見,氣水反，當鼓風量過大時，氣化爐中的物料多半發(fā)生了燃分離器對焦油和灰塵的過濾效率大約在45%左右，燒反應,產生了過多的二氧化碳,破壞了氣化氛圍,說明在分離燃氣和水分的同時可以對“粗煤氣”做到影響了燃氣品質;過大的鼓風量甚至會使燃氣無法初步的凈化效果。由圖13看出,棉花.刨花、泥棒和點燃,或是火焰熄滅;這時候盡管產氣量很大,但是活性碳四種過濾物料中，活性碳的過濾效果比較顯可燃氣成分很少，燃氣熱值較低，氣化效率還是很著,這與過濾物料本身的吸附性能有很大的關系,但低。因此,存在一個較佳的鼓風量范圍,使氣化爐可是活性碳的價格較貴,相對來說，棉花刨花、泥棒等以在最佳的運行狀態(tài)下工作，而且這個范圍會隨著原料的過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，對于本實驗的原料紅櫸刨以上,同樣起到了凈化作用,并且比較經濟實用。實花,最佳的鼓風量范圍大約在1.8-~2.2 m'/h左右。驗證明，該干式過濾裝置的濾料選擇廣泛,過濾效果|用通過以上分析和多次試驗表明，氣化爐氧化層良好,I鄉(xiāng)次使用之后需的溫度一般不會超過1 200C,在800心以上時便可要定期中國煤化工反復使用,對于以達到較好的氣化品質;氣化強度在60 kg/(m2*h)左生物質161+，也可以且妝云八CNMH爐中氣化,從而 面右時,產氣量和運行時間比較合適,燃氣熱值和氣化減少污染。9●段玉燕，戶用型生物質氣化爐主要技術性能的試驗研憲研究與探討影響,-般物料的含水率控制在7%~15%時,燃氣的熱值最為理想。of(2)氣化時,要形成穩(wěn)定的料層結構,物料層必45.7645.2345.9244.32須達到- -定的高度。當物料層高度在600~700 mm .時,此時基本上是氣化爐滿爐運行的情況,燃氣品質較好,氣化效率可穩(wěn)定達到65%以上,同時焦油和灰塵的含量也大大降低,燃氣出口的溫度在60C圖12氣水分離器的脫除效率左右。86.27(3)改變鼓風量是氣化爐最簡單迅速的調節(jié)手1079.347313段之一,綜合各項性能指標來看,存在一個較佳的0K61.34鼓風量范圍,當然這個范圍會隨著物料的不同有所60個差異。40(4)選取棉花、刨花、顆粒狀泥棒、活性碳等作為過濾材料,氣水分離器和干式顆粒層過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干式過濾器的脫除效率效果最佳;由此說明,改進型氣化爐設計的凈化裝2.3.2焦油回流裝置對燃氣品質的影響置簡單可靠,合理適用。為了減少污水排放,實驗爐采用了焦油回流裝(5)結合理論分析和多次實驗得到,焦油回流置,將氣水分離器和過濾器中流下的含有焦油和灰裝置的回流口設在灰渣層最為合適,燃氣品質和熱塵的污水回流到氣化爐中,實現了氣化爐對外界的值也有所提高,充分說明了該設計的可取性?！傲阄廴尽迸欧?。為了盡量減少對氣化爐氣化反應的影響，我們將回流口選擇在噴嘴下方的灰渣層,由參考文獻:于焦油無法經歷氧化層的高溫區(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。實驗發(fā)現,回流裝置[] Solar Energy, 2004, (76); 345-349.的存在還可以提高燃氣的品質和熱值,具體的原因[2] 張瑞芹,張長森，尹輔印.流化床反應器中生物質空氣氣還有待于進一步的研究和論證?；囼炑芯縖].鄭州大學學報(理學版), 2006, 38(2): 76.[3]邱鐘明,陳礪.生物質氣化技術研究現狀及發(fā)展前最[].3結論可再生能源, 2002.(4) : 16.[4] 袁振宏,吳創(chuàng)之,馬隆龍，等.生物質能利用原理與技術在自行搭建的實驗臺上針對改進型戶用生物[M]北京:化學工業(yè)出版社, 2005.能質氣化爐進行了主要技術性能的試驗研究,其中包[5]段玉燕改進型戶用生物質氣化爐的設計與研究[J].中國括生物質原料、鼓風量、氣化強度等參數對氣化性新能源, 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, 城市燃氣中焦油和灰塵含量的測量方裝置對氣化指標的影響等。經過多次實驗,我們得法[S].用_到以下相關結論:(1)原料的含水率對氣化爐的氣化性能有顯著收稿 日期:2010-07-30，中國煤化工YHCNMHG.10.