16應(yīng)用能源技術(shù)2009年第7期(總第139期)氣化爐中生物質(zhì)- -煤共同氣化的模擬研究韓玉杰(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,青島266109)摘要:在氣化爐 內(nèi)采用煤粉和生物質(zhì)共氣化可解決生物質(zhì)不易穩(wěn)定流化和生成焦油兩大難題,采用流程模擬軟件PROI對爐內(nèi)的氣化過程進(jìn)行了模擬計算,得到了汽氧比和氧碳比和.生物質(zhì)/煤比對氣化過程的影響。氣化爐內(nèi)優(yōu)化的反應(yīng)條件為:反應(yīng)溫度1350C,[H20]/[O2]=0.32,[0][C]= 1.06,氣化得到的合成氣的高位熱值Q =7150kJ/Nm2' ,有效氣產(chǎn)率為1.9Nnm'/kgo關(guān)鍵詞:氣化爐,共同氣化,PROII中國分類號:TK229.92文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號 :1009 - 3230(2009)07 - 0016 - 03Preliminary Analysis of CO2 Emission Reduction in ChinaHAN Yu- jie .(Qingdao Agriculation University,Resource and Environment College, Qingdao 266109 , China)Abstract: Co- gasifcation of woody biomass and coal in entrained flow gasifer can improve the fluidiza-tion of biomnass and prohibit the production of tar. A comprehensive gasification model is developed for co- gasifcation of biomass and coal in an entrained flow gasifier using the PRO I simulator and the efect of[H20]/[O2] and [0]/[C] on the gasification condition is obtained. The optimized operation conditions ofthe gasifer were at the reacting temperature of 1350C，at [H,0]/[O2] of0.32 and [0]/[C] of1.05.Finally, the high calonific value of syngas is 7150kJ/Nm', and the yield of the efective syngas is1.59Nm /kg.Key words: gasifer; co- gaifcatin; PROII0引言1生物質(zhì)一煤共氣化氣化爐的反應(yīng)去除燃?xì)庵泻械慕褂偷任廴疚锖腿绾胃纳茩C(jī)理氣化爐內(nèi)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(nèi)，由于反應(yīng)溫度很高,生物質(zhì)和煤術(shù)應(yīng)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(rèn)為兩種燃料發(fā)生快速定碳少,在其氣化過程中不易形成穩(wěn)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(nèi)氣化溫度低于1000C,導(dǎo)體產(chǎn)物中的可燃成分(包括CO、H,、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C.H,)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(jié),堵塞輸燃燒,放出的熱量使粉煤和夾帶它的氣體溫度急氣管道,使氣化設(shè)備運(yùn)行困難。在氣化爐內(nèi)采用劇升高,維持了氣化反應(yīng)的進(jìn)行。煤粉和生物質(zhì)共氣化,即可改善生物質(zhì)的流化特半焦中的固定碳高溫下同氣化介質(zhì)(O2和性和氣化特性,也可有效去除焦油，提高碳轉(zhuǎn)化H20)進(jìn)行著氣化反應(yīng):率,近幾年得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注1-51。C+02→CO2(1)本文借助于PROI流程模擬軟件,對氣化爐內(nèi)的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了生物質(zhì)-煤共2C+ 02→2C0氣化氣化爐的計算模型,進(jìn)行數(shù)值模擬計算,為試C+ H20->C0+ H(3)驗(yàn)研究提供理論基礎(chǔ)和參考數(shù)據(jù)。另外,高溫的半焦顆粒與反應(yīng)生成氣也存在氣化反應(yīng):收璃日期: 209-05-019 修訂稿日期: 2009-06-21C+ CO2 +2C0(4)作者簡介:韓玉杰( 1980-).女.助教，畢業(yè)于中山大學(xué)環(huán)境C+ 2H,+CH4(5)科學(xué)專業(yè),現(xiàn)在主要從事資源利用與污染控制方向的研究。氣化反應(yīng)生成的氣體在高溫條件下活性很2009年第7期(總第139期)應(yīng)用能源技術(shù)I7強(qiáng),在它們自身被生成的同時,相互之間也存在著整個氣化流程主要包括產(chǎn)率反應(yīng)器和平衡反可逆反應(yīng):應(yīng)器兩個模塊。生物質(zhì)和煤粉兩種物料首先在產(chǎn)CO+ H0→CO2 +H .率反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)器內(nèi)，與氣化建立介質(zhì)進(jìn)行反應(yīng),通過最小Gibbs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(yīng)設(shè)定溫度 下氣化產(chǎn)物的平衡組分。并作如下假設(shè)'6):0-DECOMP(1)整個反應(yīng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài);(2)燃料中的H、0、N、S全部轉(zhuǎn)化為氣相,而C的轉(zhuǎn)化率因條件的不同發(fā)生變化;DECOMP IN-CASIFY 》GASIFERRO-OAS(3)氣化爐中燃料顆粒溫度均勻,不存在溫度梯度;A; QLOST(4)流程中物流的組成除氣體成分外,還定義圖1生物質(zhì)煤共氣化氣化爐模塊流程示意圖了Coal 、Bionasss和Ash三種非常規(guī)組分;(5)燃料中的Ash為惰性物質(zhì),氣化過程中不3生物質(zhì)及煤粉組成參與反應(yīng);生物質(zhì)取用木粉,通過粉碎機(jī)粉碎;煤粉也通過(6)氣化爐中溫度較高,所有氣相反應(yīng)很快達(dá)粉碎機(jī)粉碎, 兩者的工業(yè)分析和元素分析見表l,由到化學(xué)平衡。元素分析可得木粉的化學(xué)表征式為CHsham.木粉和煤粉的工業(yè)分析和元素分析Mad%Aad% Vad% FCd%_C%H%_S%N%Qnet,v,ar(k/kg)木粉8.552.8175.1913.4548.476.1943.840.560.9417870煤粉2.3020.48 29.3547.8781.835.4110.321.011.4324690木粉進(jìn)料量為90kg/h,煤粉進(jìn)料為60kg/h,氣4.1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(yù)熱,氣化爐中氣化壓力為氣化溫度的影響0.5MPa。干基產(chǎn)出燃?xì)獾母呶粺嶂礠。(kJ/m2' )定從圖2中看到:隨著汽氧比值的增大,氣化溫義為:度降低,這是因?yàn)樗诌M(jìn)人氣化爐要消耗氣化潛Q。= 100x (CO% x 12.64+H2%x12.74+熱,平衡氣化合 成氣的組成向CO2增加的方向進(jìn)CH % x39.82)行,H2含量單調(diào)增高,C0含量單調(diào)降低，合成氣式中，C0%，H%，CH.%-分別為干基燃?xì)庥行ЫM成(H2 + C0)含量降低。中CO,H2和CH4的體積分?jǐn)?shù)。4模擬結(jié)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(shù)，分別以[H2O][Q,]和[0]/-co,.1∞0[C]表示,定義式如下:[H20][O2]= ;Cm(/hm");G.g(c0212+2[or(C]-2.4(nmn/m);08122式中:圖2 [H20][02 ]對燃?xì)獬煞帜柗址蠛蜌饣瘻囟鹊挠绊慓.a一空氣中氧氣的體積流量,Nm/h;4.2不同汽氧比對氣化合 成氣高位熱值和蒸汽Gu一生物質(zhì)的質(zhì)量流量, kg/h;分解率的影響Mo.w -生物質(zhì)中氧元素的濕基含量, %;從圖3中可以看到,隨著汽氧比的增高,氣化G煤粉的質(zhì)量流量, kg/h;合成氣的熱值單調(diào)減小，蒸汽分解率單調(diào)增大,但Mo.n-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1.4g/N/m’18應(yīng)用能源技術(shù)2009年第7期(總第139期)時,蒸汽分解率開始由負(fù)值變?yōu)檎?。這說明,在值為7150kJ/Nm'。較低的汽氧比條件下,由于氣化溫度較高,抑制了反應(yīng)(1.3)和(1.6)的進(jìn)行,導(dǎo)致煤中的氫與CO2反應(yīng)生成了C0和H,0,使蒸汽分解率出現(xiàn)負(fù)值。由于氣化爐中干法進(jìn)料時一般是液態(tài)排渣,氣化-反應(yīng)溫度600 P操作溫度較高。因此在氣化過程中,蒸汽的加入量主要用于調(diào)節(jié)氣化操作溫度,蒸汽加入量過多反而造成蒸汽浪費(fèi)。一的心商位熱值201/I, mol/mal圖5 [0][C]對氣化合成氣高位熱值的影響5結(jié)論本文通過PROII軟件,對氣化爐內(nèi)生物質(zhì)一煤共同氣化過程進(jìn)行了模擬計算得到如下結(jié)論:(1)隨著汽氧比值的增大,氣化爐內(nèi)的反應(yīng)溫106。度降低合成氣有效組成(H + C0)含量降低,氣(H0/IO1 lw/emn’化合成氣的熱值單調(diào)減小，蒸汽分解率單調(diào)增大。圖3 [H0]/[O2 ]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(diào)節(jié)氣化操作溫度和滿足氣化4.3不同氧碳比對氣化合 成氣組分含量和氣化需求,蒸汽加入量過多反而造成蒸汽浪費(fèi)。溫度的影響(2)隨著氧碳比的增加，氣化溫度單調(diào)增大，從圖4中可以看到，隨著氧碳比的增加，氣化在氧碳比達(dá)到0.92左右,冷煤氣效率可達(dá)最大值溫度單調(diào)增大，這是因?yàn)?在進(jìn)料量不變的條件97.9% ,碳轉(zhuǎn)化率也可達(dá)99% ,當(dāng)氣化溫度達(dá)到下,氧碳比增加意味著氧氣量增加,更多的碳燃燒1350 C時,進(jìn)料的最佳氧碳比約為1.05,此時合生成CO2釋放熱量,是導(dǎo)致溫度升高的主要原.成氣的高位熱值為7150kJ/Nm'。因。N2的含量迅速增大，H的含量迅速下降,(3)隨著氧碳比的增加,氣化溫度單調(diào)增大，CH4的含量單調(diào)下降,在氧碳比增大為1時,CHN2的含量迅速增大，H的含量迅速下降,CH4的的含量接近于零,CO的含量先增加后降低,CO2含量單調(diào)下降,在氧碳比增大為1時,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?fàn)t內(nèi)反應(yīng)進(jìn)行更加完整的原因。先降低后增加。參考文獻(xiàn)[1] Deng KY. 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Bio-料的最佳氧碳比約為1.05, 此時合成氣的高位熱mas and Bioenergy, 2008,32(12):1245- 1254.