下吸式气化炉中几种物料的产气分析

可再生能源2005.3(总第 121期)实用技术下吸式气化炉中几种物料的产气分析赵勇,任永志， 崔亨哲，肖艳京，刘洪刚(辽宁省能源研究所，辽宁营口115000)摘要:根据试验测试数据分析得知， 下吸式气化炉产出气的质量与数量与物料的种类、干湿程度及操作运行方式有较大关系，通过对不同物料进行不同的操作调节，可以得到较优质的气化气。关键词:堆积密度;热值;下吸式中图分类号: S216.2; TK6文献标识码: B文章编号: 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根据国家“十五”科技攻关计划项目《小型生气化站(采用辽宁省能源研究所开发研制的下吸.物质气化发电系统系列化开发子课题一-50 kW式生物质气化系统,型号FGAS3-300)进行了各生物质气化气发电机组研制》(项目编号:项测试试验，对气化炉采用不同物料所得到的气2001BA403B0305)的研究计划安排,辽宁省能源化气成分、热值等数据进行了测试分析,测试结果研究所课题组成员于2004年10月末到2004年见表1~3。12月初,在辽宁省丹东市宽甸县下河口村生物质通过对表1~3中所列数据及实际操作经验表1气化机组测 试数据序号采样时间热值炉出口温度风机入口温度 风机入口压力气体成分(%)(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.中国煤化工14 50.76 1.42 18.87测试日期:2004年11月6日;产气原料:玉米芯;热值:16762 kJ/M';序TYHCNMHG收稿日期: 2005-02-22基金项目:“十五”科技攻关项目(2001 BA403B0305 )作者简介:赵勇(1960-),男,副研究员,主要从事生物质能利用的研究。51实用技术RENEWABLE ENERGY No.3 2005 (121 Issue in AlI)表2气化机组测 试数据序号采样时间热值炉出口温度风机入口温度 风机入口压力气体成分(%)(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测试日期:2004年11月19 日;产气原料:玉米秸秆;热值:15 840 kJ/M;序号6为气柜出口测试数据。表3 气化机组测试数据(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测试日期:2004年11月18日;产气原料:豆秆;热值:15 026 kJ/M';序号7为气柜出口测试数据。的分析,我们可以得出如下结论。由于玉米芯堆积密度大，能很快地建立较稳定的(1)不同种类物料的气化气成分及其热值差氧化还原层，所以点炉后很快就可以产出合格气别较大体(尽管此时气化气中一氧化碳含量还比较低)。从表1~3中可以看出,玉米芯的气化气热值由于玉米秸秆堆积密度小，在点炉后相对较长时最高,平均可达4 700 kJ/m3 左右,玉米秸秆气间内，氧化反应强度一直大于还原反应强度,导致化气热值最低,平均不到4 000 kJ/m2。 造成如气化炉出口的气化气温度上升较快，要建立较稳此大差别的主要原因是几种物料的堆积密度不定的氧化还原层，即产出合格的气化气需要较长同，玉米芯及豆秆的堆积密度为300 kg/m3 以时间，即初始产气时间延长,消耗物料较多。上，而玉米秸秆的堆积密度还不到100 kg/m'。从表3可以看出，虽然豆秆的堆积密度与玉.物料的堆积密度越大，在气化炉内形成的氧化还米芯相似，但其产出气的质量却比玉米芯的要差原层就越稳定，就越有利于气化反应的进行,对很多,尤其是在气柜出口处测得的数值相差更大。负荷变化的适应性越好，产出的气化气热值越这是由于我们所采用的豆秆为机制豆秆，长度较高,运行过程稳定性越好。相反,像玉米秸秆这种长,大约为200 mm,其中夹杂大量的豆荚,而豆堆积密度小的物料种类，在加入到气化炉后,叶荚在气化炉内比豆秆更易于燃烧，并且豆秆碳化子被迅速烧掉，从而在氧化层形成较大空隙,使后的机械强度比玉米芯还高，所以在氧化还原层.部分未参与氧化反应的氧气得以进入到还原层中要留下很多较大间隙，使得氧化还原反应很不继续氧化反应,也就是增大了氧化层厚度,减少充分,从而使其气化气质量较差。虽然经过-段时了还原层厚度,从而造成还原不充分,气化气中间后可以建立一个较稳定的氧化还原反应区,但一氧化碳含量偏低，因此玉米秸秆气化气热值也在负荷变化、加料拨火不及时等情况下,仍会出很低。在气化炉运行过程中,玉米秸秆物料还容现中国煤化工降的现象,并且波动易出现“烧穿”等不稳定的运行现象,也会影响气较大YHCNMHG有及时切换进气柜化气质量。和排空阀门时，质量不合格的气体，就会进入气另外,如上述各表所示,采用的物料不同,其柜，与气柜中的合格气体混合后成为品质较低的初始产出合格气化气的气化炉出口温度也不同。生物质气化气(从表1~3可以看出气柜出口处气可再生能源2005.3(总第 121期)实用技术体热值较运行取样时低，表明运行过程还不稳离设备增加负担,使分离设备发生堵塞,造成系统定,阀门切换不及时的情况还较严重)。阻力增加,易发生气化炉“喷火”现象,也使系统维(2)物料的种类与气化炉产气量的关系不大护工作量加大,最终影响系统的正常运行。因此,辽宁省能源研究所研制生产的生物质气化在正常情况下，我们推荐罗茨风机入口处压力保炉通过罗茨风机进出口处的回流阀来调节其持在1 960~3 920 Pa, 就可以满足生产需要。产气量。当需要高产气量时,通过关小回流阀(3)下吸式气化炉对物料的基本要求来实现。观察罗茨风机进口处真空压力表的数物料的含水量是影响产气质量的--个主要因值变化来控制调节量,也就是说风机进口处负素，一般要求在10%以内。如果物料的含水量过压越高,进入气化炉的空气量也就越多,此时高,则物料在反应过程中要吸收大量的热量,使炉的产气量也就越大，若要降低产气量则需反向膛内温度升不上去,使氧化还原反应难以进行,就操作。通过表1~3中所反映的风机入口压力值很难生产出合格的生物质气化气。特别是在冬天,与热值数据结果来看，对同一种物料来讲,产如果使用未晒干的物料，就会看到气化炉产生的气量的变化对气化气热值的影响不大，这是因浓浓的白色烟雾，很长时间不能产出合格的气化为当气化炉内在建立起较稳定的氧化还原反气。物料的粒径对产气质量的影响也较大。由于机应区后,这时的氧化还原反应之间存在着自动制玉米芯堆积密度大。流动性好，所以各反应层次平衡机制,即在加大进入气化炉的空气导致氧稳定，在操作中只要注意及时填料就可以产出合化反应强烈时,要释放出较多的热量,这不仅.格气体。机制豆秆虽然堆积密度大,但尺寸过长，提高了反应区温度，还加快了还原反应的速流动性不好，碳化后的机械强度高，物料间隙大,率。同时强烈的氧化反应还产出更多的二氧化反应不充分。在操作中需勤拨火,通过拨火把碳化碳和水蒸气，在还原区被还原为一氧化碳、氬后的豆秆打碎，减少物料间的间隙,保持一个相对气、甲烷并吸收较多的热量,使反应区进入到致密的还原层,有利于生产出好的气化气。但应注一个新的平衡区间。因此,加大进风量只能提意拨火不能太用力，不要把碳化后的物料捣得过高产气量,而并不能显著地影响产出气的气化碎,使还原层间隙过小,导致气流阻力增大,这样成分和气体热值。反而不利于氧化还原反应的顺利进行。玉米秸秆虽然气化炉产气负荷的变化不能显著地影不论是否带叶，其铡制长度都要求在30 mm以.响产出气的气体成分和气体热值，但是如果不内,而且由于其碳化的机械强度低,对拨火的技术能很好地保持氧化还原反应层区的相对稳定,要求更高一些,在保证不出现“搭桥”、“烧穿”的前则非常容易出现“烧穿”现象,即氧化还原反应提下,其反应层上部的物料层可以厚实一些,或采.层区遭到显著破坏，使得一部分空气未能充分用低负荷生产方式来保证生产出高质量的气化参与反应而导致气化质量下降。这种现象特别气。容易出现在堆积密度低或者虽然堆积密度较总之，物料种类对下吸式气化炉的产气质量大,但碳化机械强度也大的物料上。为了避免出有较大影响，针对不同的物料采用不同的操作方现这种情况，就要在操作运行过程中,勤投料、式,就可以生产出高质量的气化气。勤拨火，始终保持-个较稳定的氧化还原反应层区参考文献:虽然如此操作可以获得高品质、高产气量的气化气,但在实际运行过程中,气化炉不可能保[1]吴创之，马隆龙.生物质能现代化利用技术[M].北京:持较长时间的高负荷运行状态。因为在高负荷运2]中国煤化工气化技术及其应用[M].行状态下,通过气化炉的气体流量大速度快,会IHCNMHG将灰分和未完全还原的微小碳颗粒随气流带入[3]赵勇,任永志,崔亨哲.影响下吸式生物质气化炉运到下一级的气体分离器中,而且负荷越大带入的行的因素及其对策[J].可再生能源,2003,(4):31-32.量越大,这不仅造成物料浪费,也给下一级的分53