原料对生物质气化的影响

2010年2月农机化研究第2期原料对生物质气化的影响李海霞，朱跃钊，廖传华，徐吉富(南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)摘要:简要地说明生物质气化原理。由于生物质气化受多种因素影响,因此针对生物质原料对气化的影响进行分析,最后得出的结论为:气体热值随含水量的增加单调下降且变化显著;在气化过程中,物料的粒度与总反应面的大小有很重要意义，原料最大与最小粒度比一般不超过8。关键词:生物质气化;原料;热值:粒度中圈分类号: S216文献标识码: A文章编号: 1003 -188X(2010)02 -0213 -03气化装置运行稳定时,当一定粒度的生物质原料0引言进入气化装置后被干燥;随着料层的下落,伴随温度由温室气体引起的全球变暖，是当前也是未来能的升高,析出挥发分,并在高温下裂解(热解);裂解后源和环境问题中最引人关注的热点和难点。含碳化的气体和炭在氧化区与供人的气化介质(空气、氧气石燃料排放的CO2是主要的温室气体源。生物质能或水蒸汽等)发生氧化反应并燃烧;燃烧放出的热量来源于太阳能,在其生长过程中,由光合作用而吸收用于维持干燥、热解和还原反应[3-4)。.CO2 ,在其作为能源利用过程中,CO2的净排放又有效地被新的光合作用而吸收,使整个能源利用系统的CO2净排放为0,从而防止了CO2的释放对环境的危害”。本文仅就在固定床气化时原料对生物质气化↑↑的影响进行分析。1生物质气化还原层生物质气化就是利用空气中的氧气或含氧物质作空气入个氧化基个为气化剂,将固体燃料中的碳氧化物转化为可燃气体的过程。本试验采用上吸式固定床气化炉,如图1所示。生物质从上部加入，气化剂(空气)从底部吹入，整个反应过程包括固体燃料的干燥、热解、还原和氧图1上吸式固定床气化炉化反应4个阶段。生物质气化时,所产生气体的主要整个气化过程是一个复杂的热化学过程,受多种有效成分为CO,H2和CH.等可燃气体。在还原层和因素的影响。本文仅就生物质原料对气化产生的影氧化层的主要反应方程式2)为响进行分析。C + CO2 =2CO- 162.41 kJH20+C=C0+H2-118.82 kJ ' 还原反应2试验分析2H20 +C=CO2 +2H2 -75.24 kJ2.1物料含水 量对气化的影响H20 +CO=CO2 +2H2 -43. 58 kJ,生物质原料含水量是非常重要的特性参数,对气C +O2 = CO2 +408.8 kJ氧化反应化过程有重要影响。图2给出了原料含水量对产气热2C + 02 =2C0 =46.44 kJ值的影响。由图2可知,气体热值随含水量的增加单调下降,且变化显著。原料含水量为10%时,气体热收稿日期: 2009-04 -20作者简介:李海霞( 1984-),女,江苏盐城人,硕士研究生,(E - mail)值最高为4 645kJ/ Nm' ;当含水量增加到40%时,气体通讯作者:朱跃钊( 1958-).男.江苏靖江人,副教授硕士生导师,(E热值降为4 291kJ/Nm'。因为产气中可燃性气体组分- mail)zyz@ njut. edu. cn。2010年2月农机化研究第2期CO下降明显,而H2和CH,变化较小,气体热值总体不同浓度的硫酸和磷酸对甘蔗渣酸洗。研究表明,酸上是下降的。浓度的增加导致了生物质比表面积的增加。对比同一浓度酸洗前后的产品分布发现,气相组分减少,液00 t相组分增多,焦炭量几乎没有变化，但是焦炭中的固定碳含量增多,灰浓度减少。因为在甘蔗渣中的矿物2质溶解于酸溶液中,Claudio等用不同浓度的盐溶液4(盐溶液为NaC,C, KCI和NaCl,浓度为0.1,0.05,0. 01 ,0. 005 ,0.00g cm')浸渍松树碎片,盐的浸渍加强了脱挥发分和在低温下质量损失率的增加，焦的产48率有提高，初始分解温度降低。用不同的溶液浸渍，1015 2030350会产生不同的作用,这可能与盐的催化作用和水解进畲水量/%攻有关，也可能由于浸渍使固体基质溶胀,改变了固图2含水量对产气热值的影响体的结构,对气化产生影响')。同时,原料的反应性和原料含水量除对产气热值产生影响外,同时也影结渣性也对生物质气化产生- -定的影响。反应性好响着产气中H2的含量。这是因为含水量的增加给气的原料可以在较低温度下操作,气化过程不易结渣，化过程带来了两个方面的影响，即原料水分蒸发吸有利于操作,也有利于甲烷的生成。对于反应性和结热,一方面增加了气化区水蒸气(H2O(V))份额:另一焦性比较差的原料,应在较高的温度下操作,但不得方面则降低了反应层的温度。根据气化反应c0+超过生物质灰分的熔化温度,以促使二氧化碳还原反H20=CO2 +H-43.6k]/mol变换反应,C+H,O=Co应加强，提高水蒸气的分解率,从而增加气体中氢和+H2-118.8kJ/mol水煤气反应式可知,适当增加水一氧化碳的含量。蒸气对H的生成是有利的,但同时这两个反应又是3结论吸热反应,气化层温度降低不利于H,的生成。2.2物料粒度对气化的影响1)气体热值随物料含水量的增加而单调下降，且颗粒粒度分布的均匀性是影响气流分布的主要因变化显著。原料含水量为10%时，气体热值最高为素。如果将未筛分过的原料加入固定床内，会造成大4645kJ/Nm';当含水量增加到40%时，气体热值下降颗粒在床层中的分布不均，形成阻力不均的区域,导为4 291kJ/Nm'。致局部强烈燃烧,温度过高造成气化局部上移或烧结2)在气化过程中,物料的粒度与总反应面的大小形成“架空"现象。严重时，气化层可能越出原料层表有很重要意义,原料最大与最小粒度比-般不超过8。面,出现“烧穿"现象,使气化器处于不正常的操作状3)采用不同浓度的硫酸和磷酸对甘蔗渣酸洗,研态。因此，气化器用原料必须经过筛分。究表明:酸浓度的增加导致了生物质比表面积的增原料粒度对生物质气化过程影响较大。在气化过加。对比同一-浓度酸洗前后的产品分布发现，气相组程中,物料的粒度与总反应面的大小有很重要意义。分减少,液相组分增多,焦炭量几乎没有变化,但是焦从化学动力学角度分析,较小的物料粒度能够增加物炭中的固定碳含量增多,灰浓度减少。料的反应表面积,但通过气化器的压降大。反应表面参考文献:愈大,则热交换与扩散过程就愈强烈，因而气化反应[1]阴秀丽,吴创之， 徐冰燕，等生物质气化对减少co,排也愈快,反应更为完全;反之,较大粒度的物料不但降放的作用[J].太阳能学报2002(1) :40-45.低了总反应面,其本身温度梯度也较大,而且在炉内[2]马隆龙,吴创之.孙立 生物质气化技术及其应用[M].驻留时间变短,反应不够完全。因此，原料最大与最北京:化学工业出版社,2003.小粒度比一-般不超过8[4]。[3]邱钟明,陈砺。 生物质气化技术研究现状及发展前景2.3原料气化前处理对气化的影响[].可再生能源2002,104(4).16-19.生物质原料在进行热解气化之前，有些研究者对[4] 刘荣厚,牛卫生,张大雷.生物质热化学转换技术[M].原料用酸碱或盐进行前处理,研究实验前处理对反应北京:化学工业出版社,2005.产物的影响。Encinay等在600下用Co,气化时,用5] 杨国来,陈汉平,米铁,等不同因素对生物质气化产出气特性的影响[J].可再生能源2007(3);34-38.2010年2月农机化研究第2期Raw Materials on the Impact of Biomass GasificationLi Haixia, Zhu Yuezhao, Liao Chuanhua, Xu Jifu(School of Mechanical and Power Enginerng, Nanjing University of Technology，Nanjing 210009 ,China)Abstract: The principle of biomass gasifcation will be shown simply. For the reason of biomass gasification can beaffected by many factors, the efet that biomass material takes effect on biomass gasification will be analyzed in this pa-per, and finally we can get the fllowing results: the gas heat value will decrease with the increase of containing waterquantity, and the change is great. In the process of gasification, the granularity of material and the size of whole reactionarea are both very important. Moreover, the ratio between the biggest and least material granularity is no more than 8thcommonly.Key words: biomass gasification; biomass material; heat value granularity(上接第112页)Abstract ID :1003 - 188X( 2010)02 -0110 -EADesign of Wheel Mechanism with Double Shaft on Walking Belt onLarge Agricultural MachineLian Guanghe'，Liu Hongxin' ，W ang Xiaolin2(1. College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China ;2. Zhaodong Textile MachineryFactory, Zhaodong 151100 , China)Abstract: A new design of the wheel mechanismn with double shaft on walking belt has been accomplished aimed to solvethe extremely imporlant problem of insuffcient power of wheel on large agricultural equipment, unreasonableness of disti-bution location and structure form. The main structures include mechanism of depth contolled and differential speed be-tween shaft. The wheel mechanism was disposed on walking belt of tractor as two groups. Design scheme of simplysupported double shaft and diferential speed between shaft was adopted. Tilling depth was controlled by two - side Syn-chronous Hydraulic Cylinder. The research result shows that the mechanism has the characteristic of compact configura-tion, being convenient for adjusting depth of seeding, good profling, strong driving power.Key words: large equipment; driving wheel ; walking belt ; double shaft(. 上接第116页)Abstract ID :1003 - 188X(2010)02 -0113 - EAThe SMS - based Wireless Sensor Monitoring SystemHu Qiang, Zhang Haihui, Xu Qiaonian( Cllge of Mechanical and Electronic Engineering, Northwest A & F University , Yangling 712100,China)Abstract: It is an eective mean to use GSM network as information transportation platform for wireless monitring systemwith the advantages of simple principle, high security, wide spread and so on. Combined with family - based small -.scale agricultural production model, this paper analyzed the disadvantages of traditional environment information collectionmethods and the limitation of modem facility agriculture applications. Based on GSM Short Message Srvice, a wirelesssensor monitoring system is proposed. Integrated with Atmegal128L abundant peripheral resources, SCM, wireless sen-sor, GSM and short message notification services, the system would provide a low - cost solution for small - scale envi-ronnental factor monitoring.Key words; sensor; Atmegal128L; GSM; remote monitoring