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(jù)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)分析得知， 下吸式氣化爐產(chǎn)出氣的質(zhì)量與數(shù)量與物料的種類(lèi)、干濕程度及操作運(yùn)行方式有較大關(guān)系，通過(guò)對(duì)不同物料進(jìn)行不同的操作調(diào)節(jié)，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(hào): S216.2; TK6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 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(jù)國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)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(tǒng)系列化開(kāi)發(fā)子課題一-50 kW式生物質(zhì)氣化系統(tǒng),型號(hào)FGAS3-300)進(jìn)行了各生物質(zhì)氣化氣發(fā)電機(jī)組研制》(項(xiàng)目編號(hào):項(xiàng)測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)氣化爐采用不同物料所得到的氣2001BA403B0305)的研究計(jì)劃安排,遼寧省能源化氣成分、熱值等數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試分析,測(cè)試結(jié)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(duì)表1~3中所列數(shù)據(jù)及實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)表1氣化機(jī)組測(cè) 試數(shù)據(jù)序號(hào)采樣時(shí)間熱值爐出口溫度風(fēng)機(jī)入口溫度 風(fēng)機(jī)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(guó)煤化工14 50.76 1.42 18.87測(cè)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(xiàng)目:“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)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(jī)組測(cè) 試數(shù)據(jù)序號(hào)采樣時(shí)間熱值爐出口溫度風(fēng)機(jī)入口溫度 風(fēng)機(jī)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(cè)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(hào)6為氣柜出口測(cè)試數(shù)據(jù)。表3 氣化機(jī)組測(cè)試數(shù)據(jù)(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(cè)試日期:2004年11月18日;產(chǎn)氣原料:豆稈;熱值:15 026 kJ/M';序號(hào)7為氣柜出口測(cè)試數(shù)據(jù)。的分析,我們可以得出如下結(jié)論。由于玉米芯堆積密度大，能很快地建立較穩(wěn)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(duì)較長(zhǎng)時(shí)最高,平均可達(dá)4 700 kJ/m3 左右,玉米秸稈氣間內(nèi)，氧化反應(yīng)強(qiáng)度一直大于還原反應(yīng)強(qiáng)度,導(dǎo)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(wěn)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(zhǎng)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(zhǎng),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(nèi)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(wěn)定，就越有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行,對(duì)很多,尤其是在氣柜出口處測(cè)得的數(shù)值相差更大。負(fù)荷變化的適應(yīng)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(jī)制豆稈，長(zhǎng)度較高,運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定性越好。相反,像玉米秸稈這種長(zhǎng),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(nèi)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(jī)械強(qiáng)度比玉米芯還高，所以在氧化還原層.部分未參與氧化反應(yīng)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(yīng)很不繼續(xù)氧化反應(yīng),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(wěn)定的氧化還原反應(yīng)區(qū),但一氧化碳含量偏低，因此玉米秸稈氣化氣熱值也在負(fù)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(yùn)行過(guò)程中,玉米秸稈物料還容現(xiàn)中國(guó)煤化工降的現(xiàn)象,并且波動(dòng)易出現(xiàn)“燒穿”等不穩(wěn)定的運(yùn)行現(xiàn)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(yùn)行取樣時(shí)低，表明運(yùn)行過(guò)程還不穩(wěn)離設(shè)備增加負(fù)擔(dān),使分離設(shè)備發(fā)生堵塞,造成系統(tǒng)定,閥門(mén)切換不及時(shí)的情況還較嚴(yán)重)。阻力增加,易發(fā)生氣化爐“噴火”現(xiàn)象,也使系統(tǒng)維(2)物料的種類(lèi)與氣化爐產(chǎn)氣量的關(guān)系不大護(hù)工作量加大,最終影響系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jī)入口處壓力保爐通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)出口處的回流閥來(lái)調(diào)節(jié)其持在1 960~3 920 Pa, 就可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。產(chǎn)氣量。當(dāng)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(duì)物料的基本要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。觀察羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)口處真空壓力表的數(shù)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(diào)節(jié)量,也就是說(shuō)風(fēng)機(jī)進(jìn)口處負(fù)素，一般要求在10%以?xún)?nèi)。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(yīng)過(guò)程中要吸收大量的熱量,使?fàn)t的產(chǎn)氣量也就越大，若要降低產(chǎn)氣量則需反向膛內(nèi)溫度升不上去,使氧化還原反應(yīng)難以進(jìn)行,就操作。通過(guò)表1~3中所反映的風(fēng)機(jī)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(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看，對(duì)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(duì)氣化氣熱值的影響不大，這是因濃濃的白色煙霧，很長(zhǎng)時(shí)間不能產(chǎn)出合格的氣化為當(dāng)氣化爐內(nèi)在建立起較穩(wěn)定的氧化還原反氣。物料的粒徑對(duì)產(chǎn)氣質(zhì)量的影響也較大。由于機(jī)應(yīng)區(qū)后,這時(shí)的氧化還原反應(yīng)之間存在著自動(dòng)制玉米芯堆積密度大。流動(dòng)性好，所以各反應(yīng)層次平衡機(jī)制,即在加大進(jìn)入氣化爐的空氣導(dǎo)致氧穩(wěn)定，在操作中只要注意及時(shí)填料就可以產(chǎn)出合化反應(yīng)強(qiáng)烈時(shí),要釋放出較多的熱量,這不僅.格氣體。機(jī)制豆稈雖然堆積密度大,但尺寸過(guò)長(zhǎng)，提高了反應(yīng)區(qū)溫度，還加快了還原反應(yīng)的速流動(dòng)性不好，碳化后的機(jī)械強(qiáng)度高，物料間隙大,率。同時(shí)強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)還產(chǎn)出更多的二氧化反應(yīng)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(qū)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(duì)氣、甲烷并吸收較多的熱量,使反應(yīng)區(qū)進(jìn)入到致密的還原層,有利于生產(chǎn)出好的氣化氣。但應(yīng)注一個(gè)新的平衡區(qū)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,而并不能顯著地影響產(chǎn)出氣的氣化碎,使還原層間隙過(guò)小,導(dǎo)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(yīng)的順利進(jìn)行。玉米秸稈雖然氣化爐產(chǎn)氣負(fù)荷的變化不能顯著地影不論是否帶葉，其鍘制長(zhǎng)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(nèi),而且由于其碳化的機(jī)械強(qiáng)度低,對(duì)撥火的技術(shù)能很好地保持氧化還原反應(yīng)層區(qū)的相對(duì)穩(wěn)定,要求更高一些,在保證不出現(xiàn)“搭橋”、“燒穿”的前則非常容易出現(xiàn)“燒穿”現(xiàn)象,即氧化還原反應(yīng)提下,其反應(yīng)層上部的物料層可以厚實(shí)一些,或采.層區(qū)遭到顯著破壞，使得一部分空氣未能充分用低負(fù)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(yīng)而導(dǎo)致氣化質(zhì)量下降。這種現(xiàn)象特別氣。容易出現(xiàn)在堆積密度低或者雖然堆積密度較總之，物料種類(lèi)對(duì)下吸式氣化爐的產(chǎn)氣質(zhì)量大,但碳化機(jī)械強(qiáng)度也大的物料上。為了避免出有較大影響，針對(duì)不同的物料采用不同的操作方現(xiàn)這種情況，就要在操作運(yùn)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(wěn)定的氧化還原反應(yīng)層區(qū)參考文獻(xiàn):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(yùn)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(xiàn)代化利用技術(shù)[M].北京:持較長(zhǎng)時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。因?yàn)樵诟哓?fù)荷運(yùn)2]中國(guó)煤化工氣化技術(shù)及其應(yīng)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(yùn)到下一級(jí)的氣體分離器中,而且負(fù)荷越大帶入的行的因素及其對(duì)策[J].可再生能源,2003,(4):31-32.量越大,這不僅造成物料浪費(fèi),也給下一級(jí)的分53