生物质固定床气化炉异常工况的分析.doc

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1、生物质固定床气化炉异常工况的分析摘要：针对以空气为气化介质的径高比为0.32的下吸式固定床气化炉，当通风量为11m3/h时，分别研究了在正常运行、“搭桥”及“烧穿”情况下反应温度及气化燃气组分百分率变化规律。研究结果表明，在发生“搭桥”、“烧穿”的异常工况下，反应温度会偏离正常值且各燃气组分百分率会明显下降，并分析了产生此效果的原因。随着世界经济的快速发展，煤炭、石油天然气等化石能源的消耗量也越来越多。面对能源枯竭和环境污染问题的挑战，开发和利用可再生的清洁能源已迫在眉睫。作为可再生能源，生物质能因其产量丰富和对环境污染小等特点，越来越得到各个国家的重视和认可。我国生物质资源的特点是种类繁多、

2、分布较广、产量巨大，主要以秸秆和农林生物质废弃物等为主。在我国许多农村地区，还保留着直接焚烧的方式来利用生物质，其效率低，对环境也有一定的污染。生物质气化技术具有效率高、环境友好等特点，近些年被广大学者认可并推广。目前，国内主要对生物质通过上吸式固定床气化炉、下吸式固定床气化炉以及循环流化床气化炉等方式进行气化应用。其中，下吸式固定床气化炉由于其装置结构简单、坚固耐用、运行方便，而且对反应变化适应性强，气化燃气中焦油含量较少等特点被广泛应用。由于，我国生物质种类繁多，各生物质特性不一样，因此，生物质气化炉对不同种类生物质，其气化过程也有所不同，过程控制较为困难。此外，气化过程中易出现偏离正常气

3、化过程的工况，严重影响气化效率和燃气质量。因此，下吸式固定床气化炉在气化过程中要避免在这些工况下运行。针对径高比为0.32的下吸式固定床气化炉，以空气为气化介质，着重研究了在气化过程中反应区温度及气体组分百分率的变化规律，并分析比较了“搭桥”“烧穿”两种异常气化过程反应温度和气体组分的变化，进而对下吸式固定床气化炉异常情况有了深入研究，以得到下吸式气化炉最佳运行情况。1实验装置及方法1.1实验原料采用松木颗粒作为试验原料，其工业分析和元素分析结果如表1所示。1.2实验台结构整个实验工艺流程如图1所示，由下吸式固定床气化炉、燃气净化装置、送风系统等组成。1)送风系统由风机、阀门、风速测定仪等组成

4、。空气经风机通过管道送入气化室，为氧化层和还原层提供空气。2)下吸式固定床气化炉固定床气化炉内腔直径为410mm，总高为1740mm，燃烧室高度为1260mm，生物质原料由气化炉内腔顶部加料口投入炉内。在燃烧室炉身设置6个温度测量点，测量各反应区温度。3)燃气净化装置气化产生的燃气导出后，经过净化装置净化后，导入由武汉四方光电科技有限公司生产的GASBOAD3100P红外煤气分析仪进行燃气组分百分率检测。1.3实验方法在风量为11m3/h的情况下，研究气化炉正常气化运行及发生“搭桥”“烧穿”情况下气化温度、燃气组分百分率的变化。实验采用的下吸式气化炉为定时填料，在实验前将松木原料加入炉内。实验

5、采取人工点火方式，在气化燃烧稳定后，进行实验。实验过程中，每间隔5min，对各测温点温度进行记录，煤气分析仪设置5min时间间隔自动保存数据。2实验结果分析当通风量为11m3/h时，测定不同时间点气化炉各测点温度和各组分气体含量百分比，然后绘制氧化区和还原区温度随时间变化曲线，及对应各时间点各组分气体含量百分比曲线，如图2和图3所示。由图2和图3可知，氧化区反应温度和还原区反应温度分别维持在750和560左右时，各燃气组分的百分比分别为CO含量约为20%，H2含量约为10%，CH4含量约为3.5%，CnHm含量约为0.18%。此时，气化炉气化过程较为稳定，气化温度波动较小，气化燃气各组分含量也

6、较为理想。当气化炉出现“搭桥”形成架空和燃料突然下落工况时，3、4号测点温度和气体组分百分比变化情况如图4和图5所示。对比之前稳定工况，各燃气组分含量均有所降低且3、4号测点维持在较高温度。搭桥架空后，原料不能顺利落入还原区，并且火焰偏离还原区导致还原区反应剧烈程度下降，可燃气体含量百分率降低。在中间阶段，各个参数发生急剧的变化，3号测点温度急剧下降，燃气含量百分率急剧增加，此时烧结层被烧穿，燃料迅速下落，填充架空区域。燃料下落瞬间，氧化区火焰会随着下移，因此温度会骤降。可燃气体含量明显增加，其中一部分源于还原区气化，还有一部分生物质燃料温度升高，发生了热解。随着反应的进行，气体组分百分率维持

7、一定数值，接近稳定工况。当生物质燃料被烧穿时，1、2、3号测点温度和燃气组分百分率变化情况如图6和图7所示。生物质燃料被烧穿时，1号测点和2号测点温度急剧上升。在此过程中，1号测点温度迅速上升，偏离稳定工况很多，接近3号测点温度，最高为445，此时各气体百分比都有下降，偏离稳定工况燃烧的数值。当生物质燃料被烧穿时，氧化区火焰明显上移，偏离还原区，CO2含量升高，说明燃气质量降低。3结论反应温度对气化炉气化效果有重要的影响，而反应温度变化与诸多因素有关。当通风量为11m3/h时，炉内发生“搭桥”及“烧穿”情况下的反应温度变化明显，且燃气组分百分率有所降低。由此实验可知，生物质气化炉的“搭桥”现象会严重影响生物质气化效果。因此，在生物质气化研究及推广中，要注意原料粒度及粒度分布，及时调整燃烧，避免炉内生物质搭桥架空现象的出现。另外，气化炉用原料必须经过筛分，原料最大与最小粒度比一般不超过8，对于固定床气化炉要保证燃料充足，不发生烧穿现象。8