下吸式氣化爐氣化溫度的變化規(guī)律

傅玉棟+李洪濤+杜祖成+孫胡兵

摘要：本文主要研究了徑高比為0.32的下吸式氣化爐運行參數(shù)變化規(guī)律.通過定時測定風(fēng)速分別為5.1m/s，6.3m/s，7.4m/s，8.3m/s的反應(yīng)溫度，繪制溫度與時間曲線.分析曲線得出反應(yīng)溫度隨著風(fēng)速的增加而增加，最佳風(fēng)速為7.4m/s，穩(wěn)定運行的反應(yīng)溫度維持在910左右，達(dá)到峰值.此后，風(fēng)速的增加會導(dǎo)致反應(yīng)溫度降低.另外，“搭橋”及“搭橋”突然斷裂這種異常工況出現(xiàn)會導(dǎo)致反應(yīng)溫度突然下降.通過反應(yīng)溫度的這種變化可以判斷爐內(nèi)燃燒是否正常.

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；下吸式氣化爐；風(fēng)速；反應(yīng)溫度；搭橋

中圖分類號：TK6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

生物質(zhì)是指植物通過光合作用生成的有機(jī)物，它的能量最初來源于太陽能，所以生物質(zhì)能是太陽能的一種。它是唯一的碳基可再生能源，在其完整的生命周期內(nèi)，CO2排放為零，有利于減輕溫室效應(yīng)；且生物質(zhì)中的N、S 和灰分的含量較低，可以減少NOX、SOX及顆粒物排放。因此，生物質(zhì)能源是解決能源危機(jī)和降低環(huán)境污染有效的可再生能源之一。

本文主要研究下吸式氣化爐燃燒運行參數(shù)變化，著重研究了不同風(fēng)速對氣化爐氣化溫度、氣化效果及運行工況的影響。為下吸式氣化爐高效利用提供參考依據(jù)。

1 實驗裝置及方法

1.1 實驗原料

本實驗采用松木顆粒作為試驗原料。采用常州產(chǎn)ALT-1200 型馬費爐參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 212—1991 對原料進(jìn)行工業(yè)分析，元素分析數(shù)據(jù)采用德國產(chǎn)Vario EL II 元素分析儀。

1.2實驗臺結(jié)構(gòu)

（1）送風(fēng)系統(tǒng)

由風(fēng)機(jī)，閥門，風(fēng)速測定儀等組成?？諝饨?jīng)風(fēng)機(jī)通過管道進(jìn)入氣化室，為氧化層提供氧氣，使燃料燃燒放出熱量，為各個反應(yīng)層提供應(yīng)有的溫度。另外也作為還原層的氣化介質(zhì)。

（2）蒸汽發(fā)生系統(tǒng)

水蒸氣對生物質(zhì)熱解氣化具有活化作用。含有一定溫度的水通過蒸汽發(fā)生器變成蒸汽。產(chǎn)生的蒸汽送入氣化室，作為還原反應(yīng)的氣化介質(zhì)。

（3）氣化燃燒系統(tǒng)

生物質(zhì)燃料的氣化燃燒系統(tǒng)由3部分組成：

①燃?xì)鈱?dǎo)出室：氣化產(chǎn)生的燃?xì)庠诖藚^(qū)域?qū)С觯瑲饣铣蓺獬煞钟梦錆h四方光電科技有限公司生產(chǎn)的GASBOARD-3100P紅外煤氣分析儀測量；

②燃燒室：燃燒室為水套結(jié)構(gòu)，外徑為543mm，內(nèi)徑為403mm，總高為1740mm，在燃燒室高度1260mm，則該氣化爐徑高比為0.32；在燃燒室爐身1115mm，850mm，485mm，330mm，225mm，120mm處，設(shè)置六個溫度測量點，測量氣化爐各區(qū)域溫度；

③煙囪：燃燒室后部布置煙囪，用于燃?xì)馊紵笈艧煛?/p>

1.3 實驗方法

本實驗采用徑高比為0.32的下吸式固定床氣化爐，為定時填料，在實驗前將松木原料加入爐內(nèi)。實驗采取人工點火方式，在氣化燃燒穩(wěn)定后，進(jìn)行實驗。實驗中改變通入氣化爐內(nèi)空氣的風(fēng)速，氣化穩(wěn)定后，每間隔5分鐘，紅外煤氣分析儀自動檢測記錄燃?xì)饨M分和熱值，并手動記錄各溫度測點溫度。

2 實驗結(jié)果分析

隨著ER的增加，CO2的含量先增加后減少，CH4和H2先減少后逐漸增加再減小，而CnHm的含量基本保持不變，CO基本呈先減少后增大的趨勢。當(dāng)ER=0.27時，CO，CH4，H2含量達(dá)到較為理想水平，其熱值為1569kcal/m3，約合6561.56KJ/m3的熱量，并且熱值達(dá)到最大數(shù)值。此時，由于ER的增加，溫度增加，導(dǎo)致氧化反應(yīng)的加劇，不完全燃燒程度也加深，產(chǎn)生CO氣體增多，還原區(qū)溫度升高，致使各個還原反應(yīng)也加劇，化學(xué)反應(yīng)方程朝著可燃?xì)怏w產(chǎn)出的方向進(jìn)行，因此，此時氣體組分較好，擁有最大熱值。隨著ER繼續(xù)增大，CO含量增加，然而CH4，H2含量減少，由于CO低位發(fā)熱量低于CH4，H2，使熱值減少。因此，針對本下吸式固定床氣化爐，ER=0.27，可燃?xì)怏w有最佳熱值，可將此參數(shù)作為最佳運行工況參數(shù)。

徑高比為0.32的下吸式氣化爐在工況變化時，氣化燃燒需要40分鐘，系統(tǒng)燃燒穩(wěn)定。由此，可以得出該氣化爐在點火后運行的40分鐘內(nèi)為不穩(wěn)定工況，而在40分鐘之后基本進(jìn)入穩(wěn)定運行階段。在反應(yīng)初期反應(yīng)溫度為859，而在運行25分鐘后，反應(yīng)溫度突然降低到761，并隨著反應(yīng)進(jìn)行基本維持在741，這種溫度變化情況反映了下吸式氣化爐燃燒異常，即出現(xiàn)“搭橋”及“搭橋”突然斷裂。這種異常工況的出現(xiàn)主要由于生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的焦油將燃料顆粒粘接在一起，形成一層堅硬的燃料層，導(dǎo)致生物質(zhì)顆粒不能正常燃燒?！按顦颉边@種異常工況的出現(xiàn)直接導(dǎo)致氣化效果下降，燃?xì)鉄嶂到档停虼?，下吸式氣化爐運行時要避免此工況的出現(xiàn)。

3 結(jié)論

反應(yīng)溫度對氣化爐氣化效果有重要的影響，而反應(yīng)溫度的變化與風(fēng)速有著密切聯(lián)系。因此，本文進(jìn)行四組實驗，繪制了風(fēng)速分別為5.1m/s，6.3m/s，7.4m/s，8.3m/s條件下反應(yīng)溫度與時間變化曲線，對曲線分析得出以下結(jié)論：

1）徑高比為0.32的下吸式氣化爐風(fēng)速小于7.4m/s時，氣化反應(yīng)溫度隨著風(fēng)速的增加而增加；風(fēng)速大于7.4m/s時，氣化反應(yīng)溫度隨著風(fēng)速增加而降低。最佳風(fēng)速為7.4m/s，對應(yīng)的反應(yīng)溫度為910。

2）徑高比為0.32的下吸式氣化

爐工況變化時，進(jìn)入穩(wěn)定燃燒的時間為40分鐘。

3）氣化爐出現(xiàn)“搭橋”現(xiàn)象時氣化溫度會升高，而隨著反應(yīng)進(jìn)行，“搭橋”突然斷裂，反應(yīng)溫度會迅速下降，最終維持在一定溫度范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]李洪濤，徐有寧.生物質(zhì)空氣/水蒸汽氣化的綜合計算法模型[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2012，39（1）：70-75.

[2]吳創(chuàng)之，馬隆龍.生物質(zhì)能現(xiàn)代化利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：8-10.

[3]呂鵬梅，常杰，吳創(chuàng)之.生物質(zhì)快速催化裂解的反應(yīng)動力學(xué)[J].太陽能學(xué)報，2005，26（5）：647-653.

[4]林偉剛，宋文立.丹麥生物質(zhì)發(fā)電的現(xiàn)狀和研究發(fā)展趨勢[J].燃料化學(xué)學(xué)報，2005，33（6）：650-655.

[5]劉明.生物質(zhì)氣化及其燃?xì)馊紵囼炑芯颗c分析[D].天津：天津大學(xué)，2008.

[6]陳漢平，李斌.生物質(zhì)燃燒技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].工業(yè)鍋爐，2009（5）：1-6.

[7]宋旭.生物質(zhì)與煤共氣化機(jī)理試驗研究[D].蘇州：江蘇大學(xué)，2008.

[8]宋新朝，李克忠，王錦鳳.流化床生物質(zhì)與煤共氣化特性的初步研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報，2006，34：303-309.