地方視角南方地區(qū)秸稈氣化技術(shù)應(yīng)用特點楊亞平蔡崧(東南大學(xué),南京210018)[摘要]通過稻草在兩種型號的氣化爐中的試驗，分析了稻草的氣化射性和下吸式空氣發(fā)生爐應(yīng)用于稻草氣化場合的不利因素,提出了技術(shù)選擇建議。[關(guān)鍵詞]秸稈氣化;下吸式空氣發(fā)生爐;燃料特性;灰渣特性[中圖分類號] TK6 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文獻(xiàn)編號] 1003-2355(2001 )06-0031-03Applied Features of Gasification Technology For The strawproduced in South of ChinaYang Yaping, Cai song( Southeast University Narnjing 210018)Abstract: By the tests of gasification rice straw in two different gas generators, the gasification characteristics ofrice straw and the unfavored factors of applied downdraft gas generators to the situation of straw gasification havebeen analyzed. Some suggestions for techology choice have been proposed.Key words: straw gasification; downdraft gas generatos; fuel characterstics; slag characteristics生物質(zhì)是世界第四大能源，它們對全世界一次1.國內(nèi)農(nóng)村常用生物質(zhì)燃料的某些特性比較能源的貢獻(xiàn)占14%。在我國，生物質(zhì)占一次能源總目前，我國所開展的生物質(zhì)能源的利用其主要量的339% ,是僅次于煤的第二大能源。同時,我國是目的是解決農(nóng)村能源問題。在農(nóng)村中常用的氣化燃農(nóng)業(yè)大國,作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品,農(nóng)作物秸稈是生料多為農(nóng)作物廢棄物，其中最常見的是以下三大類物資源的重要組成部分。從可持續(xù)發(fā)展的角度看，秸稈。它們在燃料特性和灰渣特性上有著很大的差秸稈是可再生而且潔凈的能源資源，將在未來的能別。源結(jié)構(gòu)中起到重要作用。由表1可見稻草的灰份含量最高，其固定碳較據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)報道,世界上種植少 ,燃料所含的發(fā)熱值是三者中最小的,相比較之下的各種谷物每年可提供秸稈17億t。我國各類農(nóng)作物玉米稈的燃料特性較好,稻草最次。秸稈資源十分豐富,總產(chǎn)量達(dá)7億多t,其中稻草2.3一般而言，生長快的生物質(zhì)燃料其堿土金屬含億t,玉米稈2. 2億t,豆類和秋雜糧作物稈1億t,花量高;尤其是鉀、鈉元素含高,灰渣熔點低,容易產(chǎn)生和薯類藤蔓,甜草葉等1億t。我國南方地區(qū)因地生結(jié)渣等問題。理和氣候的原因,農(nóng)作物秸稈主要是稻草。另外,灰的酸、堿氧化物含量比是決定燒結(jié)溫度采用氣化技術(shù)開發(fā)農(nóng)作物秸稈類的再生能源的的一 -個主要因素, AL2Q3有抑制燒結(jié)產(chǎn)生的作用。利用;秸稈的種類和特性對于生產(chǎn)工藝、設(shè)備和運行綜合考慮上述因素，可看出稻草的燒結(jié)特性比參數(shù)的選擇是-一個至關(guān)重要的因素。玉米稈要差。不少學(xué)者的研究也證實了這一現(xiàn)象。地方視角表1稻草、玉米稈、高梁稈的燃料特性(分析基)燃料種類水份(%)|灰份(%) 揮發(fā)份(%)固定碳(%)[ H(%) C(%)[ N(%)S(%) P(%) Qar(Keal/kg)稻草4.97 .13.8665.1116.065.0538.32 0.630.11 0.1463338玉米稈4.875.9371.4517.755.4542.17 0.740.122.63714高梁稈4.718.9168.917.485.2541.23 .0.590.101.123612表2稻草、玉米稈、高梁稈的灰渣特性種類灰中鉀(%)灰中鈉(%)灰中鋁(%)變形溫度(4C)軟化溫度(t2C)熔化溫度(C)0.510.460.09490010401120高粲稈33.170.470.096-24.75 _0.80.172.稻草在下吸式氣化爐中的燃燒試驗草作為氣化燃料時,這一-設(shè)計意圖不易實現(xiàn)。下吸式氣化爐在北方地區(qū)應(yīng)用很普及，已獲得|燃料了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。但是，近幾年在向南方地區(qū)的推廣應(yīng)用中遇到了比較多的問題?，F(xiàn)將, 儲料倉我們在引進消化和改進過程中的一些體會介紹如下。生物質(zhì)氣化過程是生物質(zhì)原料在缺氧狀態(tài)下加氣體己噴嘴熱反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換過程。其原理可概述如下:生物空氣質(zhì)燃料與煤等- -般礦物燃料的工業(yè)分析成份相似，包括揮發(fā)份、固定碳和灰份三個部分。但- -般揮發(fā)喉口-份含量較多,固定碳相對較少。揮發(fā)份主要由水份、爐柵-十一灰一氧化碳、二氧化碳?xì)?、甲烷和一部分焦油組成,其間比例會隨著加熱溫度和加熱速率的不同而不同。圖1下吸式氣化爐結(jié)構(gòu)簡圄在氣化過程中隨著燃料被加熱揮發(fā)份將析出,剩余在xxx-1000型和由我校改進設(shè)計的的半焦在空氣供應(yīng)不足和高溫條件下進行燃料氣化SA-200型兩種下吸式氣化爐上的試驗所獲得的各反應(yīng),生成二氧化碳和一-氧化碳空氣煤氣;即由揮發(fā)項性能參數(shù)匯于表3之中。份和氣化反應(yīng)生成的- -氧化碳、二氧化碳共同組由上表可見，雖然我校設(shè)計的SA-200型氣化爐成?？諝庵械牡獨馕磪⒓託饣磻?yīng)，仍然余留于煤已在xxx系列氣化爐的基礎(chǔ)上進行了增加爐內(nèi)反氣之中。在下吸式氣化爐中由于揮發(fā)份將通過高溫應(yīng)時間等方面的改造，使得燃?xì)獾臒嶂涤辛溯^大的氣化反應(yīng)層,其中部分焦油被裂解生成CH4、H2、CO提高。但是,由于這兩種爐型的工藝流程完全相同;等燃?xì)獬煞?。均為下吸式空氣發(fā)生爐，它們所產(chǎn)生的燃?xì)馐强諝庀挛綒饣癄t的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工藝特點煤氣。在采用燃料發(fā)熱值低的條件下，這種制氣工是氣體與固體順向流動，物料由上部儲料倉向下移藝不可避免地會使制得燃?xì)庵泻休^多的氮氣(通動，在爐內(nèi)傳來的熱量作用下邊移動邊進行干燃與常氮氣含量高達(dá)50%左右)。這樣就決定了此種氣熱分解;空氣由噴嘴進人，與下移的燃料首先發(fā)生燃化方法所得到的氣體熱值不高，屬低熱值煤氣。因料反應(yīng):生成的氣體包括上層干躁熱分解產(chǎn)物與炭此兩種型號的氣化爐在采用低熱值的稻稈作為氣化-起經(jīng)縮口向下流動，同時進行裂解和還原反應(yīng)。燃料時所反應(yīng)出的問題是-致的:其裂解程度主要受反應(yīng)層溫度和停留時間的控制。(1)燃?xì)鉄嶂瞪喜蝗?，均小?187kJ/m',致使該爐型的原設(shè)計意圖是焦油經(jīng)高溫區(qū)裂解，使燃?xì)獾膽?yīng)用范圍和層次較低。生成煤氣中焦油含量減少，同時原料中的水份參加(2)爐出口焦油含量大;每立方米燃?xì)饨褂土克簹夥磻?yīng),使氣體中H2含量增加。但是在使用稻達(dá)2000mg以上，使得生產(chǎn)中后續(xù)的凈化難度顯著地方視角復(fù)3兩種型號下吸式氣化爐性能參數(shù)表燃?xì)獬煞莘治?%)氣化爐型號低位發(fā)熱量Q(KT/m)|爐出口焦油(mg/m2)|爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)溫度(C)_C2CH02 CO2SA-20019.7812.21| 0.68| 0.69 10.734073.52622850~ 910x x x一100014.3 I 10.22| 2.091.9 14.13668.062011.4930- 1030增加。用安全。3.氣化工藝中問題的分析引起稻草在下吸式空氣發(fā)生爐工藝過程中所表由兩種爐型多次試驗中所反映出的工藝特性里現(xiàn)出的有別于其它種類秸稈氣化特性的主要因素是具有共性的問題歸納起來大約有這樣幾點:稻草的灰渣特性,其次是它的燃料特性。(1)爐內(nèi)反應(yīng)溫度水平低反應(yīng)時間短，燃?xì)庵械静莸暮伊渴怯衩锥挼慕?倍?；抑械拟浐虲O2的還原度小鈉含量雖不及玉米稈，但是鋁含量僅只有玉米稈的燃用稻草時爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)的溫度- -般在800~二分之一;氧化反應(yīng)中AL2Q,抑制燒結(jié)的作用明顯900C范圍之內(nèi),繼續(xù)升高爐溫反應(yīng)區(qū)即出現(xiàn)成塊的較弱。且稻草灰的燒結(jié)形成的化學(xué)機理與玉米稈和粘連燒結(jié)現(xiàn)象，陰斷氣路。此外由于稻草秸稈較細(xì)高梁稈等有所不同;稻草灰中SiQ2含量很高，- -般反應(yīng)層厚度薄也使燃?xì)庠诜磻?yīng)區(qū)的停留時間縮短。在700 ~ 8009條件下，體積結(jié)構(gòu)就向面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，爐溫提高不上去反應(yīng)時間短，不僅使燃?xì)庵性诖诉^程中,碳原子成為填充原子,形成牢固的碳硅CO2的還原度下降，尤其是焦油中的有效成份得不結(jié)合。這種結(jié)合不僅使碳無法氧化，降低了可燃質(zhì)到利用，燃?xì)獾臒嶂瞪喜蝗?。而且該爐型的原始設(shè)的氣化率，而且使稻草灰連接在一起，形成的燒結(jié)計意圖在高溫區(qū)將焦油進行裂解的目的難以實現(xiàn)。塊，破壞床料的透氣性，阻斷了燃?xì)夂脱趸瘎┑耐〒?jù)試驗分析表明;稻草的焦油須在1000 ~ 1200C以路，致使生產(chǎn)過程的破壞?？梢娺@才是限制該型式上的條件下才能得到較好的裂解。所以氣化爐出口氣化爐反應(yīng)溫度水平提高的主要原因，稻草燃料的焦油含量高的問題癥結(jié)就在于此原因。發(fā)熱值低應(yīng)在次位。(2)爐內(nèi)反應(yīng)層薄，熱穩(wěn)定性能差4.結(jié)論試驗中測得爐內(nèi)中心高溫區(qū)床層一般只有1.下吸式空氣發(fā)生爐使用稻草為燃料時的氣50mm左右的厚度，整個氧化還原區(qū)的床層高度也化效果要明顯差于使用玉米稈、高梁稈。只有400多mm。這種情況對氣化工藝的要求是很2.引起使用效果大幅下降的主要因素是爐內(nèi)不利的。反應(yīng)區(qū)的溫度水平低，提高的可能性受到工藝條件它一方面會因床層薄得使工質(zhì)在高溫區(qū)的反應(yīng)的限制。時間縮短,其可燃質(zhì)成份沒有足夠的時間轉(zhuǎn)化,致使3.稻草的灰渣特性是造成其有別于其它秸稈氣化率進一步下降。另一方面床層薄,經(jīng)不起操作氣化特性的主要原因，燃料特性居次位。擾動,使得整個爐子的熱穩(wěn)定性下降,從而致使對維4.南北地區(qū)秸稈種類差別,選擇氣化工藝應(yīng)該持連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的控制難度增加。有所不同。稻草氣化選用下吸式空氣發(fā)生爐是很不(3)生成的燃?xì)庵蠧O含量大,使用安全性差合適的,稻草氣化技術(shù)應(yīng)該另辟新徑。由于該工藝過程中反應(yīng)溫度上不去，生成的燃參考文獻(xiàn):氣熱值主要依靠秸稈燃料中固定碳與空氣發(fā)生作用而產(chǎn)生的CO是主要份額,而氫和烷的份額很少。[1] 卞有生，生態(tài)農(nóng)業(yè)中廢棄物的處理與再利用. 北京:這種燃?xì)庠诿耖g作燃料使用時，對人身安全構(gòu)化學(xué)工業(yè)出版社.成較大的威脅。一般城市燃?xì)獾囊谎趸己恐笜?biāo)[2] Salour D. Jenking B M. Vafaeim, etal. Control of in-bed均控制在8% ~ 10%。由表3數(shù)據(jù)可見稻草氣化氣agglomeration by fuel blending in a Pilot Scale straw and的Co含量達(dá)到了這個指標(biāo)的兩倍。不能不引起人Wood fueled AFBC Biomass.1993(2): 117-133.們在使用中對其安全性的高度警惕。建議有關(guān)部門[3] 楊勵丹等.生物質(zhì)在流化床燃燒時的燒結(jié)現(xiàn)象.新能及時采取措施,開發(fā)使用示警技術(shù)研究,以確保其使源,1997(8):13-17. .