户用型生物质气化炉主要技术性能的试验研究 户用型生物质气化炉主要技术性能的试验研究

户用型生物质气化炉主要技术性能的试验研究

  • 期刊名字:能源研究与利用
  • 文件大小:305kb
  • 论文作者:段玉燕
  • 作者单位:广东省电力设计研究院
  • 更新时间:2020-07-12
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论文简介

研究与探讨户用型生物质气化炉主要技术性能的试验研究段玉燕(广东省电力设计研究院,广州510663)摘要:在实验台上针对改进型户用生物质气化炉进行了主要技术性能的试验研究,其中包括生物质原料、鼓风量、气化强度等参数对气化性能的影响,净化装置的脱除效果研究以及焦油回流装置对气化指标的影响等。实验表明,生物质原料的有关参数对气化性能有明显影响;鼓风量是气化炉生产负荷最简单迅速的调节手段之一,鼓风量存在一个最佳运行的鼓风量范围;户用型气化炉设计的净化装置脱除效果显著;焦油回流装置设计合理,提高了燃气品质和气化效果。关键词:生物质;户用型;气化;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中图分类号:TK6文献标志码:A文章编号: 1001-5523(2010 )05- 0006-05我国生物质资源蕴藏特别丰富,近年来,随着自建的气化实验台包括主体反应器户用型生物农村经济的发展,生物质气化技术得到了推广和使质气化炉 、供风系统测温系统气体采样系统焦油用,但是在此过程中发现焦油的处理方法和效果不取样系统 储气装置燃气燃烧器(灶头)等装置,见理想、气化站“欠户"现象严重、设备利用率低、燃气图 1。能成本增加等诸多问题11,因此开发和推广户用型生1.2 气化实验炉物质气化炉具有重大意义。本实验使用的气化反应器为自行设计的改进本文在实验台上针对改进型气化炉进行了主型户用生物质气化炉,它采用上吸式固定床,应用前要技术性能的试验研究,在获得气化炉气化性能运了炉膛集中燃烧和尾部配风的专利技术以及炉膛用_行规律的同时,也论证了其设计的合理性以及气化口径渐缩的独特炉型,结构见图2。净化装置采用气炉改进的效果。中国煤化工串联的形式,并在1实验系统和方法介绍气CHCN M H C图2和图39。1.3 实验方法●6●1.1实验台总体布局实验以空气作为气化剂,采用两路产气路线,段玉燕.户用型生物质气化炉主要技术性能的试验研究研究与探讨↑排空P回中e-自啊中8中国口口]圈1实验台总体流程图, 进料口. 出气口气化炉外簡干工过滤装置.. 炉膛内筒风机保温层气水分离器一风道进风口、-配风口回流装置灰渣层 .喷嘴除清口气流方向污水方向图2户用型上吸式气化炉总体结构示意图圈3户用型生物质气化净化装置示意图- -路为实用路线,另一路为带有测量系统的实验路线。我们在炉体至上而下每隔10 cm的位置安装了6个热电偶测温孔,通过抽拉热电偶改变其深人炉;4膛的深度,以测量炉体不同高度炉膛轴心至炉壁的温度。利用气囊收集部分燃气,通过气相色谱分析,得到燃气成分。燃气中焦油含量的测量方法采用《城0510152025303540市燃气中焦油和灰尘含量的测量方法》间。原料的含水率/%图4燃气热值与原料含水率的关系图2实验数据和分析发造成热量散失,大大降低了气化炉的效率,焦油的冷却凝结现象严重,妨碍燃气流通,破坏气化反应,2.1生物质原料对气化性能的影响严重影响气化炉的正常工作。因此,必须严格控制原2.1.1原料的含 水率料的含水率,这对气化炉的正常工作,气化管路的维本实验以某家具加工厂的红榉刨花为气化原护具有重要的作用。料,通过调整其含水量进行气化试验,以气化燃气的2.1.2料层的高度热值为指标,绘制曲线,其试验结果见图4。原料在上吸式气化炉中的料层结构至下而上分从图4中可以看出,当含水量较低时,原料含水中国煤化工”层,为了形成这率的变化对燃气的热值影响不大;物料的含水率控样的物fMH的高度。干燥层制在7%~ 15%之间时,燃气的热值最为理想,热值可的存在_CNMHG热量,以及过滤以达到6 MJ/Nm2'以上;随着含水率的升高,热值下“粗燃气”中焦油和灰尘等杂质,减少净化系统负担期降,燃气品质明显变差,同时,物料中较多的水分蒸等具有重要作用。现以红榉刨花为原料,对不同高度. 7.段玉善、户用型生物质年化炉主要技术工基片生荷第盘研究与探讨-的物料层进行气化试验,以出口燃气温度、焦油和灰后的净化处理减轻了负担,充分体现了上吸式气化尘的含量,以及气化效率等为指标,研究料层高度对炉的优点。气化性能的影响。2.2鼓风量对气化性能的影响B0r对固定床来说,调节气化炉最简单迅速的手0fs0段之一就是调节它的鼓风量,也就是供入气化炉中的空气量;调节鼓风量,可以控制气化炉的生产能力,氧化层的反应温度,从而影响气化炉的气化性能。of2004060802.2.1气化炉的生产能力和气化强度生物质料层病度/mm仍以红榉刨花为实验原料,一次性满炉加料约圄5气化效率随料层高度的变化曲线圄6000为5.1 kg,改变鼓人的空气量,其运行时间单位时5000间的原料消耗量及气化强度见表1。.表1气化炉的运行参数.4000: 3000原料量/kg空气量运行时间Mh单位时间原料消耗量/kg.h+20002.62.002.55i 0005.12.22.312.211.82.801.8200800生物质料层高度/m由表1中数据可知,在相同原料投人量的情况图6燃气出口温度随料层高度的变化曲线圉下,气化炉的运行时间随着通人气化空气量的增加00厂而变短;通人空气量增大,供氧充足,炉内氧化层放50 t00 F出热量增多,炉膛反应温度升高,整体反应速度加快,单位时间的原料消耗量也变大;即可以通过调节200上s0 t鼓风量的大小改变气化炉的生产能力。当然为了保证气化反应的品质和合理的运行时间,通人的空气0量也是有一定范围的。400600生物质料层高度/mm2.2.2炉膛温度气化强度与燃气品质围7焦油和灰尘含量随料层高度的变化曲线圉炉内温度和气化强度是上吸式气化炉重要的性从图5~图7中我们可以看出,当料层高度在能参数,因此,研究炉内反应温度、气化强度与鼓风100~200 mm之间时,加人的物料几乎全部进行氧量之间的关系是十分必要的。实验采用红榉刨花,以化反应,没有形成良好的还原层和热解层,因此出口燃气热值和气化效率为指标,图8~图11是各物理能的燃气温度很高,品质很差,几乎不能点燃,气化效量与鼓风量之间的变化曲线图。海率基本为0,出口的燃气中杂质含量也很高。随着物1 100料层高度的提高,气化燃气的品质逐渐变好,可燃成1000分增多,出口燃气的温度也随着物料层的增高而降90低。当物料层高度在600~700mm时,此时基本上是用气化炉满炉运行的情况,燃气品质较好,上面新鲜的出物料层可以过滤焦油和飞灰,气化效率稳定达到中国煤化工-第: 65%以上,同时焦油和灰尘的含量也大大降低,燃气YHCNMHG,-13期:出口的温度在 60C左右。不仅降低了燃气的出 口温鼓风量/m'●h-l8●度,提高了气化效率,同时提高了燃气的品质,为以图8氧化层温度随鼓风的变化曲线圄段主燕户用负生执所能化炉主勇技术性能的话验研究_研究与探讨40「效率也较高。二12首10;80H60 t毅4201.2一1.6224283.23.61.21.62242.83.323.鼓风最/m3●hrI鼓风鼍/m3 .h-l圄9气化强度随鼓风量的变化曲线图10燃气热值随鼓风量的变化曲线由图8可知,上吸式气化炉炉内氧化层温度随鼓风量的提高而提高,当炉温较低时,氧化层的反应温度随着鼓风量的增加有显著提高,但随着鼓风量的增大,这种提高的趋势变缓,而气化强度(图9)的P40变化趋势随着鼓风量的增大不断增强。这是因为当鼓风量大到一定程度的时候,原料几乎都在发生有121.:22273.23.7氧燃烧反应,而完全燃烧反应放出的热量与本身的鼓风量/m3●h-1物料性质有关,此时的炉内温度便不再会有较大的图11气化效率随鼓风的变化曲线变化。图10和图11中可以看出,燃气热值随着鼓风2.3净化装置的性能试验研究量的增大而减小,气化效率随鼓风量的增大先是增2.3.1过滤装置的净化性能大然后逐渐减小。这是因为,当鼓风量较小时,气化本实验户用型气化炉采用气水分离器和干式颗炉内是缺氧的环境,有些物料层(尤其是热解层)甚粒层相串联的过滤装置,前者用于除去“粗燃气”中至是无氧的环境,因此,更多的物料发生了热解反的水分,降低燃气温度,后者用于进- -步干燥燃气,应,挥发分在氧化层的热量之下直接挥发成为燃气除去焦油和灰尘等。干式颗粒层过滤器中采用的滤流出,由于鼓风量很小,气化出来的燃气中氮的含量料可以是各种具有吸附性的物质,实验选取棉花刨较少,可燃气的成分较多,因此热值自然较高;但是花.颗粒状泥棒、活性碳等作为过滤材料。焦油和灰由于产气量很少,总体的气化效率并不会很高。相尘的取样和测量方法如前所述,由图12可见,气水反,当鼓风量过大时,气化炉中的物料多半发生了燃分离器对焦油和灰尘的过滤效率大约在45%左右,烧反应,产生了过多的二氧化碳,破坏了气化氛围,说明在分离燃气和水分的同时可以对“粗煤气”做到影响了燃气品质;过大的鼓风量甚至会使燃气无法初步的净化效果。由图13看出,棉花.刨花、泥棒和点燃,或是火焰熄灭;这时候尽管产气量很大,但是活性碳四种过滤物料中,活性碳的过滤效果比较显可燃气成分很少,燃气热值较低,气化效率还是很著,这与过滤物料本身的吸附性能有很大的关系,但低。因此,存在一个较佳的鼓风量范围,使气化炉可是活性碳的价格较贵,相对来说,棉花刨花、泥棒等以在最佳的运行状态下工作,而且这个范围会随着原料的过滤效率虽然不如活性碳高,但是也在60%!我物料的变化而有所差异,对于本实验的原料红榉刨以上,同样起到了净化作用,并且比较经济实用。实花,最佳的鼓风量范围大约在1.8-~2.2 m'/h左右。验证明,该干式过滤装置的滤料选择广泛,过滤效果|用通过以上分析和多次试验表明,气化炉氧化层良好,I乡次使用之后需的温度一般不会超过1 200C,在800心以上时便可要定期中国煤化工反复使用,对于以达到较好的气化品质;气化强度在60 kg/(m2*h)左生物质161+,也可以且妆云八CNMH炉中气化,从而 面右时,产气量和运行时间比较合适,燃气热值和气化减少污染。9●段玉燕,户用型生物质气化炉主要技术性能的试验研宪研究与探讨影响,-般物料的含水率控制在7%~15%时,燃气的热值最为理想。of(2)气化时,要形成稳定的料层结构,物料层必45.7645.2345.9244.32须达到- -定的高度。当物料层高度在600~700 mm .时,此时基本上是气化炉满炉运行的情况,燃气品质较好,气化效率可稳定达到65%以上,同时焦油和灰尘的含量也大大降低,燃气出口的温度在60C图12气水分离器的脱除效率左右。86.27(3)改变鼓风量是气化炉最简单迅速的调节手1079.347313段之一,综合各项性能指标来看,存在一个较佳的0K61.34鼓风量范围,当然这个范围会随着物料的不同有所60个差异。40(4)选取棉花、刨花、颗粒状泥棒、活性碳等作为过滤材料,气水分离器和干式颗粒层过滤器的脱棉花泥棒活性碳除效果均在40%和60%以上,其中以活性碳的脱除图13干式过滤器的脱除效率效果最佳;由此说明,改进型气化炉设计的净化装2.3.2焦油回流装置对燃气品质的影响置简单可靠,合理适用。为了减少污水排放,实验炉采用了焦油回流装(5)结合理论分析和多次实验得到,焦油回流置,将气水分离器和过滤器中流下的含有焦油和灰装置的回流口设在灰渣层最为合适,燃气品质和热尘的污水回流到气化炉中,实现了气化炉对外界的值也有所提高,充分说明了该设计的可取性。“零污染”排放。为了尽量减少对气化炉气化反应的影响,我们将回流口选择在喷嘴下方的灰渣层,由参考文献:于焦油无法经历氧化层的高温区,不能分解成小分[1] Cheng G, Andries J, Splenhoff H, et al. Biomass Gasifica-子气体,能量没有得到很好的利用,但是可以固留tion Integrated with Pyrolysis in A Circulating Fluidized Bed在灰渣层中,至少减少了污染。实验发现,回流装置[] Solar Energy, 2004, (76); 345-349.的存在还可以提高燃气的品质和热值,具体的原因[2] 张瑞芹,张长森,尹辅印.流化床反应器中生物质空气气还有待于进一步的研究和论证。化试验研究[].郑州大学学报(理学版), 2006, 38(2): 76.[3]邱钟明,陈砺.生物质气化技术研究现状及发展前最[].3结论可再生能源, 2002.(4) : 16.[4] 袁振宏,吴创之,马隆龙,等.生物质能利用原理与技术在自行搭建的实验台上针对改进型户用生物[M]北京:化学工业出版社, 2005.能质气化炉进行了主要技术性能的试验研究,其中包[5]段玉燕改进型户用生物质气化炉的设计与研究[J].中国括生物质原料、鼓风量、气化强度等参数对气化性新能源, 2010(57):38- 41.究能的影响,净化装置的脱除效果研究以及焦油回流[6] CB/12208-1990, 城市燃气中焦油和灰尘含量的测量方装置对气化指标的影响等。经过多次实验,我们得法[S].用_到以下相关结论:(1)原料的含水率对气化炉的气化性能有显著收稿 日期:2010-07-30,中国煤化工YHCNMHG.10.

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