南方地区秸秆气化技术应用特点

地方视角南方地区秸秆气化技术应用特点杨亚平蔡崧(东南大学,南京210018)[摘要]通过稻草在两种型号的气化炉中的试验，分析了稻草的气化射性和下吸式空气发生炉应用于稻草气化场合的不利因素,提出了技术选择建议。[关键词]秸秆气化;下吸式空气发生炉;燃料特性;灰渣特性[中图分类号] TK6 [文献标识码]B [文献编号] 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生物质是世界第四大能源，它们对全世界一次1.国内农村常用生物质燃料的某些特性比较能源的贡献占14%。在我国，生物质占一次能源总目前，我国所开展的生物质能源的利用其主要量的339% ,是仅次于煤的第二大能源。同时,我国是目的是解决农村能源问题。在农村中常用的气化燃农业大国,作为农业生产的副产品,农作物秸秆是生料多为农作物废弃物，其中最常见的是以下三大类物资源的重要组成部分。从可持续发展的角度看，秸秆。它们在燃料特性和灰渣特性上有着很大的差秸秆是可再生而且洁净的能源资源，将在未来的能别。源结构中起到重要作用。由表1可见稻草的灰份含量最高，其固定碳较据联合国环境规划署(UNEP)报道,世界上种植少 ,燃料所含的发热值是三者中最小的,相比较之下的各种谷物每年可提供秸秆17亿t。我国各类农作物玉米秆的燃料特性较好,稻草最次。秸秆资源十分丰富,总产量达7亿多t,其中稻草2.3一般而言，生长快的生物质燃料其碱土金属含亿t,玉米秆2. 2亿t,豆类和秋杂粮作物秆1亿t,花量高;尤其是钾、钠元素含高,灰渣熔点低,容易产生和薯类藤蔓,甜草叶等1亿t。我国南方地区因地生结渣等问题。理和气候的原因,农作物秸秆主要是稻草。另外,灰的酸、碱氧化物含量比是决定烧结温度采用气化技术开发农作物秸秆类的再生能源的的一 -个主要因素, AL2Q3有抑制烧结产生的作用。利用;秸秆的种类和特性对于生产工艺、设备和运行综合考虑上述因素，可看出稻草的烧结特性比参数的选择是-一个至关重要的因素。玉米秆要差。不少学者的研究也证实了这一现象。地方视角表1稻草、玉米秆、高梁秆的燃料特性(分析基)燃料种类水份(%)|灰份(%) 挥发份(%)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玉米秆4.875.9371.4517.755.4542.17 0.740.122.63714高梁秆4.718.9168.917.485.2541.23 .0.590.101.123612表2稻草、玉米秆、高梁秆的灰渣特性种类灰中钾(%)灰中钠(%)灰中铝(%)变形温度(4C)软化温度(t2C)熔化温度(C)0.510.460.09490010401120高粲秆33.170.470.096-24.75 _0.80.172.稻草在下吸式气化炉中的燃烧试验草作为气化燃料时,这一-设计意图不易实现。下吸式气化炉在北方地区应用很普及，已获得|燃料了很好的经济效益和社会效益。但是，近几年在向南方地区的推广应用中遇到了比较多的问题。现将, 储料仓我们在引进消化和改进过程中的一些体会介绍如下。生物质气化过程是生物质原料在缺氧状态下加气体己喷嘴热反应的能量转换过程。其原理可概述如下:生物空气质燃料与煤等- -般矿物燃料的工业分析成份相似，包括挥发份、固定碳和灰份三个部分。但- -般挥发喉口-份含量较多,固定碳相对较少。挥发份主要由水份、炉栅-十一灰一氧化碳、二氧化碳氢、甲烷和一部分焦油组成,其间比例会随着加热温度和加热速率的不同而不同。图1下吸式气化炉结构简圄在气化过程中随着燃料被加热挥发份将析出,剩余在xxx-1000型和由我校改进设计的的半焦在空气供应不足和高温条件下进行燃料气化SA-200型两种下吸式气化炉上的试验所获得的各反应,生成二氧化碳和一-氧化碳空气煤气;即由挥发项性能参数汇于表3之中。份和气化反应生成的- -氧化碳、二氧化碳共同组由上表可见，虽然我校设计的SA-200型气化炉成。空气中的氮气未参加气化反应，仍然余留于煤已在xxx系列气化炉的基础上进行了增加炉内反气之中。在下吸式气化炉中由于挥发份将通过高温应时间等方面的改造，使得燃气的热值有了较大的气化反应层,其中部分焦油被裂解生成CH4、H2、CO提高。但是,由于这两种炉型的工艺流程完全相同;等燃气成份。均为下吸式空气发生炉，它们所产生的燃气是空气下吸式气化炉的结构如图1所示，其工艺特点煤气。在采用燃料发热值低的条件下，这种制气工是气体与固体顺向流动，物料由上部储料仓向下移艺不可避免地会使制得燃气中含有较多的氮气(通动，在炉内传来的热量作用下边移动边进行干燃与常氮气含量高达50%左右)。这样就决定了此种气热分解;空气由喷嘴进人，与下移的燃料首先发生燃化方法所得到的气体热值不高，属低热值煤气。因料反应:生成的气体包括上层干躁热分解产物与炭此两种型号的气化炉在采用低热值的稻秆作为气化-起经缩口向下流动，同时进行裂解和还原反应。燃料时所反应出的问题是-致的:其裂解程度主要受反应层温度和停留时间的控制。(1)燃气热值上不去，均小于4187kJ/m',致使该炉型的原设计意图是焦油经高温区裂解，使燃气的应用范围和层次较低。生成煤气中焦油含量减少，同时原料中的水份参加(2)炉出口焦油含量大;每立方米燃气焦油量水煤气反应,使气体中H2含量增加。但是在使用稻达2000mg以上，使得生产中后续的净化难度显著地方视角复3两种型号下吸式气化炉性能参数表燃气成份分析(%)气化炉型号低位发热量Q(KT/m)|炉出口焦油(mg/m2)|炉内反应区温度(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.气化工艺中问题的分析引起稻草在下吸式空气发生炉工艺过程中所表由两种炉型多次试验中所反映出的工艺特性里现出的有别于其它种类秸秆气化特性的主要因素是具有共性的问题归纳起来大约有这样几点:稻草的灰渣特性,其次是它的燃料特性。(1)炉内反应温度水平低反应时间短，燃气中稻草的含灰量是玉米秆的近3倍。灰中的钾和CO2的还原度小钠含量虽不及玉米秆，但是铝含量仅只有玉米秆的燃用稻草时炉内反应区的温度- -般在800~二分之一;氧化反应中AL2Q,抑制烧结的作用明显900C范围之内,继续升高炉温反应区即出现成块的较弱。且稻草灰的烧结形成的化学机理与玉米秆和粘连烧结现象，阴断气路。此外由于稻草秸秆较细高梁秆等有所不同;稻草灰中SiQ2含量很高，- -般反应层厚度薄也使燃气在反应区的停留时间缩短。在700 ~ 8009条件下，体积结构就向面结构转化，炉温提高不上去反应时间短，不仅使燃气中在此过程中,碳原子成为填充原子,形成牢固的碳硅CO2的还原度下降，尤其是焦油中的有效成份得不结合。这种结合不仅使碳无法氧化，降低了可燃质到利用，燃气的热值上不去。而且该炉型的原始设的气化率，而且使稻草灰连接在一起，形成的烧结计意图在高温区将焦油进行裂解的目的难以实现。块，破坏床料的透气性，阻断了燃气和氧化剂的通据试验分析表明;稻草的焦油须在1000 ~ 1200C以路，致使生产过程的破坏。可见这才是限制该型式上的条件下才能得到较好的裂解。所以气化炉出口气化炉反应温度水平提高的主要原因，稻草燃料的焦油含量高的问题症结就在于此原因。发热值低应在次位。(2)炉内反应层薄，热稳定性能差4.结论试验中测得炉内中心高温区床层一般只有1.下吸式空气发生炉使用稻草为燃料时的气50mm左右的厚度，整个氧化还原区的床层高度也化效果要明显差于使用玉米秆、高梁秆。只有400多mm。这种情况对气化工艺的要求是很2.引起使用效果大幅下降的主要因素是炉内不利的。反应区的温度水平低，提高的可能性受到工艺条件它一方面会因床层薄得使工质在高温区的反应的限制。时间缩短,其可燃质成份没有足够的时间转化,致使3.稻草的灰渣特性是造成其有别于其它秸秆气化率进一步下降。另一方面床层薄,经不起操作气化特性的主要原因，燃料特性居次位。扰动,使得整个炉子的热稳定性下降,从而致使对维4.南北地区秸秆种类差别,选择气化工艺应该持连续稳定生产的控制难度增加。有所不同。稻草气化选用下吸式空气发生炉是很不(3)生成的燃气中CO含量大,使用安全性差合适的,稻草气化技术应该另辟新径。由于该工艺过程中反应温度上不去，生成的燃参考文献:气热值主要依靠秸秆燃料中固定碳与空气发生作用而产生的CO是主要份额,而氢和烷的份额很少。[1] 卞有生，生态农业中废弃物的处理与再利用. 北京:这种燃气在民间作燃料使用时，对人身安全构化学工业出版社.成较大的威胁。一般城市燃气的一氧化碳含量指标[2] Salour D. Jenking B M. Vafaeim, etal. Control of in-bed均控制在8% ~ 10%。由表3数据可见稻草气化气agglomeration by fuel blending in a Pilot Scale straw and的Co含量达到了这个指标的两倍。不能不引起人Wood fueled AFBC Biomass.1993(2): 117-133.们在使用中对其安全性的高度警惕。建议有关部门[3] 杨励丹等.生物质在流化床燃烧时的烧结现象.新能及时采取措施,开发使用示警技术研究,以确保其使源,1997(8):13-17. .