生物質(zhì)成型燃料熱解氣化在鍋爐中的應(yīng)用實(shí)踐

周明智

【摘 ?要】本文主要研究供熱鍋爐內(nèi)部專用生物質(zhì)的成型燃料，其3室熱解氣化鍋爐實(shí)際運(yùn)行及輸出功能基本特點(diǎn)。針對(duì)3室氣化爐的底部中進(jìn)氣路排處安裝中、左右三個(gè)方向不同氣流通道，相關(guān)氣化劑通過爐排逐漸噴向至燃料期間，有3向的進(jìn)風(fēng)形成，擾動(dòng)并堆積燃料，氣化劑為水蒸氣-空氣（比例為3：7），熱解可燃性氣體當(dāng)中晴子實(shí)際含量相比較于空氣的凈化方式有所提高。針對(duì)試驗(yàn)當(dāng)中所應(yīng)用6t供熱鍋爐整個(gè)系統(tǒng)借助SNCR脫除NOx，在噴入質(zhì)量的分?jǐn)?shù)為15%尿素溶液時(shí)，煙氣當(dāng)中NOX含量逐漸從降低到114mg*m-3，實(shí)際脫硝率達(dá)85%，實(shí)際應(yīng)用效果可達(dá)到國(guó)家對(duì)于鍋爐排污專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)及要求。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì);成型;燃料;熱解氣化;鍋爐;應(yīng)用實(shí)踐;

前言

生物質(zhì)的熱解氣化，其屬于科學(xué)合理地運(yùn)用生物質(zhì)各項(xiàng)能源最佳手段或者方式方法，從當(dāng)前熱解氣化鍋爐實(shí)際研究進(jìn)展情況來分析，氣化爐整體二極管及氣化工藝改進(jìn)、優(yōu)化，提升產(chǎn)氣的熱值及清潔程度，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)，更多的技術(shù)專家及學(xué)者紛紛加入到此課題的實(shí)踐研究當(dāng)中。本文主要針對(duì)蒸汽產(chǎn)量為6t*h-1供熱鍋爐內(nèi)部配套3室架構(gòu)新型生物質(zhì)，其成型的燃料實(shí)際熱解氣化鍋爐實(shí)踐研究，3室熱解氣化鍋爐實(shí)際容量相對(duì)較大，效率高。因生物質(zhì)的燃料當(dāng)中只需少量硫，該氣化爐經(jīng)過熱解氣化之后便會(huì)有可燃?xì)猱a(chǎn)生，送到鍋爐膛內(nèi)充分地燃燒后，硫氧化物基本不復(fù)存在，煙氣經(jīng)布袋的除塵處理后，實(shí)際含的顆粒物較少。因此，需充分考慮到煙氣當(dāng)中脫除氮氧化物 NOx。

1、熱解氣化爐整體架構(gòu)

3室架構(gòu)熱解氣化鍋爐所在熱解氣、進(jìn)料室、熱解氣化處理室，其與1次混合式風(fēng)，均依據(jù)不同功能進(jìn)行合理布置，將其布置于3個(gè)分區(qū)位置上。如圖1所示，為3室生物質(zhì)的氣化爐架構(gòu)與外觀。圖中1（a）：3室架構(gòu)熱解氣化鍋爐總剖面圖;圖中1（b）：熱解氣化鍋爐機(jī)器配套的鍋爐。3室熱解氣化鍋爐進(jìn)料處理、熱解氣化處理及產(chǎn)氣等全過程均處于連通空間內(nèi)，氣化率提升，實(shí)際輸出可燃性氣體、旋流2次風(fēng)的混合，可促使燃料熱率提升。熱解氣化處理室，其下方位置屬于往返運(yùn)動(dòng)式爐排，氣化爐所在外部相連1次、2次的送風(fēng)系統(tǒng)模塊、動(dòng)力系統(tǒng)模塊、控制系統(tǒng)模塊等，氣化室其在相應(yīng)進(jìn)料室的下部處于連通狀態(tài)，熱解的氣化室及混合式上部處于連通狀態(tài)，3室可實(shí)現(xiàn)依次連通。進(jìn)料室的下方爐排間隙處為1次風(fēng)的進(jìn)口，氣化爐上方有燃燒裝置。對(duì)生物質(zhì)，它的熱解氣化鍋爐排世界大小、架構(gòu)等，均影響燃料的熱解氣化率。熱解氣化處理室內(nèi)活動(dòng)的爐排，其主要構(gòu)成包含著爐排架、推桿、定/動(dòng)的爐排等。定/動(dòng)的爐排，均安置于爐排的架子之上，一端推桿可與若干的動(dòng)爐排座密切聯(lián)系，爐排的架子上一般固定著氣化爐所在殼體的底部，定/動(dòng)的爐排均由爐排片組成，爐排片需嚴(yán)格按照實(shí)際位置合理劃分成左/右單爐的排片、中間爐排片，組合而成有著不同數(shù)量相應(yīng)爐排片，充分滿足熱負(fù)荷狀況下不同的蒸汽鍋爐中可燃行氣體實(shí)際用量的需求。爐排片之上存在著凹槽及凸臺(tái)，可配合生成一種圓弧狀的風(fēng)道，讓氣化劑逐漸從爐排間隙處進(jìn)入到熱解的氣化室內(nèi)，形成垂直進(jìn)風(fēng)、右斜度進(jìn)風(fēng)、左斜度進(jìn)風(fēng)等進(jìn)風(fēng)方式、3個(gè)方向的氣流擾動(dòng)，以免堆積大量生物質(zhì)類燃料。

2、基本運(yùn)行特點(diǎn)

熱解氣化鍋爐具體運(yùn)行進(jìn)程，成型的燃料一般由螺旋式的送料裝置完成送入動(dòng)作，下落到相應(yīng)活動(dòng)爐排，爐排受著動(dòng)力系統(tǒng)模塊各種控制作用，受推桿影響被逐漸推動(dòng)到了排向前處并處于持續(xù)移動(dòng)狀態(tài)，燃料往往會(huì)因受爐排的推動(dòng)作用，自進(jìn)料室內(nèi)部緩緩地進(jìn)入至該熱解氣化的處理室內(nèi)，氣化劑會(huì)從相應(yīng)爐排間隙位置逐漸從風(fēng)道當(dāng)中吹出去，促使燃料在其室內(nèi)處于熱解氣化狀態(tài)，熱解氣化的處理操作全部完成之后，生物質(zhì)逐漸成為燃料的灰渣，而活動(dòng)的爐排受推動(dòng)的作用緩緩進(jìn)至排灰的區(qū)域內(nèi)部，因推桿作用所影響爐排實(shí)施往返運(yùn)動(dòng)操作，新物質(zhì)的燃料被送到熱解氣化處理室，生物質(zhì)經(jīng)熱解氣化處理后會(huì)形成了灰燼，推移到相應(yīng)排灰處理區(qū)域。種類不同生物質(zhì)的燃料，其揮發(fā)分析的速度也往往不同若爐排往返的速度相對(duì)較快，處于燃料并未熱解氣化充分條件下，被爐排逐漸推送到排灰的區(qū)域內(nèi)，浪費(fèi)情況較為明顯。若爐排往返的速度相對(duì)較慢，便極易有成型燃料在完成了熱解氣化處理后會(huì)形成相應(yīng)灰渣，并堆積在該爐排之上，往往會(huì)影響大氣化爐穩(wěn)定安全運(yùn)行。如圖2，圖2（a）即為經(jīng)分解氣化處理后燃料灰渣，圖2（b）為熱解氣化并未完成燃料的灰渣。若排運(yùn)動(dòng)的速度相對(duì)較快，燃料揮發(fā)之后會(huì)送排灰區(qū)。故依種類不同的生物質(zhì)各種燃料的調(diào)整操作，爐排實(shí)際往返運(yùn)動(dòng)操作頻率，可高效利用成型燃料。進(jìn)到氣化爐最中間位置的氣化室，爐排的生物質(zhì)相應(yīng)成型的燃料，其厚度參數(shù)值往往會(huì)影響著熱解氣化。若燃料層厚度較低，可燃性氣體的產(chǎn)氣速度慢，合理調(diào)整料層的厚度，加快產(chǎn)氣實(shí)際速度。3室的熱解汽化處理爐，其實(shí)際運(yùn)行基本特征論述分析可證明，熱解氣化處理室內(nèi)，成型的燃料其料層的厚度位置400-500mm以內(nèi)。成型燃料處于熱解的氣化室中，溫度環(huán)境為300-500℃。經(jīng)揮發(fā)后，熱解的氣化劑、產(chǎn)氣、焦炭等，會(huì)有各種反應(yīng)狀況出現(xiàn)，釋放著大量的熱，維持燃料最佳干燥的狀態(tài)，熱解及后續(xù)的反應(yīng)，氣化劑通常由高壓頭將輸送操作完成，爐排的間隙進(jìn)至熱解氣化處理室內(nèi)，生物質(zhì)類燃料經(jīng)熱解氣化處理后，逐漸形成了可燃性的氣體，并與所在2次風(fēng)相應(yīng)旋流燃燒的裝置內(nèi)混合地燃燒，致燃?xì)獗怀浞值厝紵?，熱力?NOx的生成量得以有效減少。

3、輸出功率

熱解氣化鍋爐實(shí)際運(yùn)行期間所使用的生物質(zhì)為2種，如圖3所示，為燃料工業(yè)基本元素具體分析。處于標(biāo)準(zhǔn)條件下，1kg燃料完全燃燒期間所修理論的空氣量列式：V0=0.0879（Cax+0.367Sax）+0.264Hax-0.00342oax;生物質(zhì)實(shí)際燃料氣化所需要空氣量列式為VL=aV0。VL代表氣化實(shí)際所需的空氣量（m5*kg-1）;a代表氣化的當(dāng)量比值，當(dāng)量比值為0.25，生物質(zhì)的燃料實(shí)際進(jìn)料量為11.74kg*h-1，計(jì)算分析所得氣化實(shí)際需求風(fēng)量即為1235m5*kg-1，與3室熱解氣化鍋爐實(shí)際氣化劑的流量即為1280m5*kg-1，二者相吻合，這就足可證明具體運(yùn)行期間氣化劑的力量對(duì)熱解氣化有效進(jìn)行可起到保障作用。氣化過程，有水蒸氣加入，致使氣化溫度逐漸減低。經(jīng)分析后可知曉，通至3室的熱解氣化，相比該爐氣化劑世界體積，組分的空氣70%，而水蒸氣則為30%。S / B約0.3。如圖4，氣化生產(chǎn)的組分具體情況，氣化的產(chǎn)氣熱值低位參數(shù)LHV的簡(jiǎn)化計(jì)算分析列式即為：LHV=126Φco+108Φu2+359ΦcH4+665ΦcaHm。從中即可了解到，水蒸氣加入至氫氣含量相比較于空氣氣化含量要高一些，提高了熱值。通過熱力計(jì)算分析可得出t20℃飽和水逐及加熱至160℃飽和蒸汽，實(shí)際所需熱量為2671.8MJ。如圖5所示，為3室生物質(zhì)通過熱解氣化鍋爐實(shí)際輸出功率具體測(cè)試結(jié)果。由此可了解到3室熱解氣化鍋爐輸出功能可滿足于蒸汽實(shí)際產(chǎn)量約為6t*h-1蒸汽爐基本要求。

4、運(yùn)用SNCR進(jìn)行鍋爐煙氣內(nèi) NOx脫除的試驗(yàn)操作

生物質(zhì)的燃料當(dāng)中硫?qū)嶋H含量相對(duì)較少一些，氣化產(chǎn)氣逐漸送至鍋爐爐膛的內(nèi)部充分燃燒之后，該煙氣經(jīng)過除塵處理后機(jī)會(huì)不會(huì)有硫氧化物存在。因而，充分考慮到煙氣當(dāng)中脫除NOx。3室熱解氣化鍋爐，其配套鍋爐主要可借助 SNCR實(shí)現(xiàn)脫除NOx，SNCR是把尿素、NH3等各種還原劑，均直接噴入至爐膛內(nèi)部，并與NOX發(fā)生反應(yīng)。在通過了尿素溶液前期，煙氣當(dāng)中氫氧化物的體積濃度約為848mg*m-3，其各自配置的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為15%、10%、5%尿素溶液，通過噴槍0.5MPs壓力逐漸噴入至爐膛內(nèi)部，記錄隨著時(shí)間的變化，NOX含量實(shí)際變化情況，可得出圖6煙氣當(dāng)中NOX下降曲線圖。從該圖當(dāng)中即可了解到，在噴入質(zhì)量具體分?jǐn)?shù)是5%尿素的溶液時(shí)，其煙氣當(dāng)中的NOX實(shí)際含量從851mg*m-3逐漸降到506mg*m-3，脫硝比例達(dá)40.5%左右;在噴入質(zhì)量的分?jǐn)?shù)為10%尿素溶液時(shí)，煙氣當(dāng)中NOX含量逐漸從降低到359.1mg*m-3，實(shí)際脫硝率達(dá)56.9%;在噴入質(zhì)量的分?jǐn)?shù)為15%尿素溶液時(shí)，煙氣當(dāng)中NOX含量逐漸從降低到114mg*m-3，實(shí)際脫硝率達(dá)85%;脫硝率提高可人為：伴隨噴入尿素溶液實(shí)際含量逐漸增加，SNCR反應(yīng)的平衡逐漸向正反應(yīng)的方向性變化，脫硝率得以有效提升。隨著NOX逐漸減少，便會(huì)形成少量CO，主要是因尿素分解形成CO。

5、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，3室的熱解氣化鍋爐當(dāng)中新活動(dòng)的爐排，其控制不同的往返運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)圍繞著不同類別生物質(zhì)的燃料充分地?zé)峤鈿饣?，借助組合著不同數(shù)量的各個(gè)爐排片，滿足著熱負(fù)荷不同條件下燃料的熱解氣化各項(xiàng)強(qiáng)度的系數(shù)，帶著凹槽、凸臺(tái)的相應(yīng)爐排片會(huì)配合著生成相應(yīng)流道架構(gòu)，促使氣化劑自爐排的間隙位置進(jìn)到了熱解氣候的室內(nèi)，生成垂直、左右三種不同進(jìn)風(fēng)的方式，放置生物質(zhì)的燃料堆積于爐排上。通過測(cè)試其熱功率的結(jié)果可知曉，3室的熱解氣化及產(chǎn)氣能完成滿足其鍋爐配套熱負(fù)荷具體需求，該鍋爐系統(tǒng)可借助SNCR法脫除煙氣當(dāng)中 NOx。在配置的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%尿素溶液逐漸噴入至爐腔顳部時(shí)，實(shí)際脫硝率可達(dá)85%，煙氣當(dāng)中NOX含量逐漸從降低到114mg*m-3，實(shí)際脫硝率達(dá)85%，可滿足于國(guó)家鍋爐排污參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（200mg*m-1）以內(nèi)，可為后續(xù)鍋爐系統(tǒng)脫硝裝置加裝提供了實(shí)際應(yīng)用根據(jù)。

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（作者單位：深圳市龍澄高科技環(huán)保（集團(tuán)）有限公司）