生物質(zhì)流化床氣化與結(jié)渣特性中試試驗(yàn)

廖新杰，張世紅，李姜昊，羅俊偉，楊文海，張 雄，陳漢平,3

（1. 華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；2. 武漢武鍋能源工程有限公司，武漢 430070；3. 華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院新能源科學(xué)與工程系，武漢 430074）

0 引 言

隨著化石能源的消耗和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力. 世界各國越來越重視可再生能源的開發(fā)利用。生物質(zhì)能位居世界能源總消耗量的第4位，其轉(zhuǎn)化利用在整個(gè)可再生能源中具有重要地位[1]，生物質(zhì)具有揮發(fā)分含量大、碳活性高、灰分及硫元素含量低等特點(diǎn)，是理想的氣化原料[2-3]，傳統(tǒng)的固定床氣化方法氣化效率低、生產(chǎn)強(qiáng)度較小，不適宜較大的工業(yè)化生產(chǎn)[4-6]。而流化床氣化爐氣化強(qiáng)度高，生產(chǎn)強(qiáng)度大，且燃?xì)獾臒嶂悼稍谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)調(diào)整[7-9]，適合大型的工業(yè)供氣系統(tǒng)。

早期關(guān)于生物質(zhì)氣化特性研究主要集中在小規(guī)模的臺(tái)架，耿峰等[10]以玉米秸稈為原料，利用下吸式固定床氣化爐進(jìn)行了空氣氣化，合成氣熱值約為3.91～4.44 MJ/m3；諸林等[11]以松木與玉米秸稈為原料進(jìn)行了串行流化床氣化動(dòng)力學(xué)模擬，隨著水蒸氣的增加，干氣產(chǎn)率增加，CO2和H2含量升高，O含量降低；李洪亮等[12]在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模流化床上以水蒸氣為氣化劑，對(duì)稻殼進(jìn)行熱解氣化，得出溫度的升高可提高氣體組分中CH4和H2的含量，CO的含量呈先增加再降低的趨勢(shì)。曾曦等[13]在小型流化床上進(jìn)行秸稈與煤共氣化研究，發(fā)現(xiàn)煤中摻入秸稈有利于CO的產(chǎn)生。

結(jié)渣是影響流化床氣化穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，但關(guān)于生物質(zhì)結(jié)渣特性研究多集中于燃燒工況，氣化工況下研究較少。研究表明，生物質(zhì)含有較高含量的堿金屬和堿土金屬元素，燃燒生成的KCl、K2O等堿金屬化合物易與主要以SiO2為主要成分的流化床床料在高溫下生成低熔點(diǎn)的共晶化合物，這些熔融物質(zhì)在不斷流動(dòng)碰撞過程中不斷擴(kuò)散，當(dāng)熔融物累計(jì)到一定程度時(shí)，使粘附顆粒的力大于流動(dòng)的破壞力，導(dǎo)致床料中顆?；艺辰Y(jié)在一起，形成團(tuán)聚[14-17]；Shang等[18]在燃燒工況下發(fā)現(xiàn)高溫下麥稈灰和河沙反應(yīng)生成的低熔點(diǎn)硅酸鹽是造成結(jié)渣的主要原因；而Al、Fe等元素能夠與煙桿中的堿金屬元素反應(yīng)，生成難熔化合物抑制結(jié)渣[19]。

Fig.4 shows the fitting results of experimental Scenario 1.The following was observed:

以上技術(shù)主要在小型臺(tái)架上完成，對(duì)實(shí)際大中型氣化裝置的運(yùn)行指導(dǎo)性不強(qiáng)，而生物質(zhì)氣化技術(shù)的商業(yè)化和工業(yè)化利用尚處于起步階段，許多氣化技術(shù)的可行性和穩(wěn)定性有待驗(yàn)證，由于商業(yè)和技術(shù)保密等原因，大中型生物質(zhì)流化床氣化特性與氣化工況下的結(jié)渣特性研究報(bào)道較少。本文利用中型流化床氣化裝置進(jìn)行成型樹皮和成型玉米秸稈的氣化試驗(yàn)，研究不同原料、空氣當(dāng)量比、氣化溫度和送風(fēng)溫度對(duì)氣化特性的影響，同時(shí)對(duì)生物質(zhì)流化床氣化結(jié)渣特性進(jìn)行了研究。

攀枝花市上規(guī)模(年產(chǎn)浮選鈦精礦30萬噸以上)干燥浮選鈦精礦的生產(chǎn)廠家有4家，從實(shí)際生產(chǎn)工藝流程來看，C廠和D公司選擇以煤氣作為燃料，采用直接烘干—干式布袋除塵—濕式噴淋的工藝流程。E公司和F公司則采用間接烘干—濕式除塵(復(fù)噴+復(fù)擋)的工藝流程，燃料采用煤。

1 試驗(yàn)樣品和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)樣品

選取典型生物質(zhì)燃料——成型樹皮和成型玉米秸稈作為研究對(duì)象（以下文章中簡(jiǎn)稱為樹皮和秸稈），樣品選自中國河北省農(nóng)村，被加工成型后自然晾干，利用破碎機(jī)將原料破碎至6 mm以下，使輸送絞龍順利進(jìn)料。樣品的工業(yè)分析和元素分析分別使用SDTGA-2000工業(yè)分析儀（Las Navas，西班牙）和EL-2型元素分析儀（Vario，德國）進(jìn)行分析，使用自動(dòng)量熱儀（型號(hào)：6300，America）分析樣品的熱值，分析結(jié)果見表1。經(jīng)600 ℃的低溫灰化（LTA）得到無機(jī)礦物質(zhì)灰，采用X射線熒光光譜儀（Eagle III，America）分析，其主要成分見表2。

式中Gv表示生物質(zhì)的氣化產(chǎn)率，m3/kg，氣化產(chǎn)率由元素守恒計(jì)算獲得；qv表示氣化過程中產(chǎn)生的氣化合成氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量，m3/h。

表1 生物質(zhì)成型燃料工業(yè)分析與元素分析Table 1 Proximate and ultimate analysis of pelletized biomass sample

表2 生物質(zhì)成型燃料灰成分分析Table 2 Elemental composition of pelletized biomass ash %

1.2 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

生物質(zhì)的氣化試驗(yàn)在流化床臺(tái)架上進(jìn)行，如圖1所示，系統(tǒng)主要包括雙螺旋絞龍進(jìn)料、流化床氣化爐、煙氣換熱器、布袋除塵、煙氣冷凝器、溫度和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成。爐膛高度約5 m、密相區(qū)內(nèi)徑0.108 m、稀相區(qū)內(nèi)徑0.15 m，使用0.25～0.50 mm粒徑的石英砂為床料，于主爐底部風(fēng)室與進(jìn)料口間設(shè)置溫度壓力測(cè)點(diǎn)T1/P1，高度為400 mm。在進(jìn)料口與主爐頂部間由下向上依次設(shè)置溫度壓力測(cè)點(diǎn)T2/P2至T5/P5。試驗(yàn)過程中樹皮與秸稈給料量約40 kg/h；由風(fēng)機(jī)提供流化氣體，風(fēng)機(jī)與流化床之間安裝調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，以此控制風(fēng)量調(diào)節(jié)氣化爐內(nèi)的空氣當(dāng)量比。

4）碳轉(zhuǎn)化率（Carbon Conversion Efficiency，ηc）

1.3 樣品分析

氣化合成氣從圖1中的采樣點(diǎn)5導(dǎo)出，首先經(jīng)過冰水浴捕集瓶過濾焦油，并在干燥過濾雜質(zhì)后連接Gasboard-3100P便攜式煤氣分析儀，在線監(jiān)測(cè)合成氣成分。爐膛溫度和壓力通過熱電偶和壓力傳感器測(cè)出，監(jiān)測(cè)爐膛運(yùn)行工況。待爐膛溫度穩(wěn)定后，開始檢測(cè)可燃?xì)獬煞郑B續(xù)測(cè)量20 min，取平均值作為該工況下的試驗(yàn)結(jié)果。

1.4 試驗(yàn)方法

啟動(dòng)流化床氣化爐前，先稱取5 kg的石英砂加入氣化爐內(nèi)作為初始床料，然后開啟液化石油氣點(diǎn)火裝置對(duì)爐膛進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)給料口附近溫度升高到500 ℃左右，開始給入生物質(zhì)原料，同時(shí)關(guān)閉點(diǎn)火裝置并逐漸加大進(jìn)風(fēng)量，保證爐膛內(nèi)生物質(zhì)原料流化并著火燃燒。在氣化爐啟動(dòng)過程中，首先保證爐膛中過量空氣系數(shù)在1.5～2.0左右，讓生物質(zhì)原料能充分燃燒，待爐膛溫度達(dá)到所需的溫度后再切換為氣化工況，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量與生物質(zhì)原料給料量，將空氣當(dāng)量比ER調(diào)整為氣化實(shí)驗(yàn)所需值，穩(wěn)定后進(jìn)行流化床氣化試驗(yàn)。燃?xì)獾慕M分和熱值采用Gasboard-3100P便攜式煤氣分析儀在線監(jiān)測(cè)。為減小試驗(yàn)誤差，相同工況下每隔20 min測(cè)量1次，每種工況測(cè)3次，取平均值作為該工況下的試驗(yàn)結(jié)果。每次試驗(yàn)結(jié)束待爐膛冷卻后打開爐膛底部排渣口查看是否結(jié)渣，若出現(xiàn)結(jié)渣，則將渣塊取出進(jìn)行粉碎，并采用X射線熒光能譜儀（XRF）、電子探針顯微分析儀及X射線衍射儀（XRD）對(duì)渣塊的成分、微觀形貌及物相組成進(jìn)行分析。

選取2013年7月—2014年4月在萍鄉(xiāng)市某三甲醫(yī)院臨床實(shí)習(xí)的護(hù)生150例，其中本科生30例，大專生52例，中專生68例，均為女生，年齡17～23歲。

為評(píng)估不同工況下的氣化效果，引入如下氣化指標(biāo)：

1）空氣當(dāng)量比（Equivalence Ratio，ER）

為尋求江南雨季降水的預(yù)測(cè)信號(hào),利用時(shí)滯相關(guān)的方法,來確定暖池?zé)岷坑绊慗RS降水的關(guān)鍵區(qū)和關(guān)鍵時(shí)段。本文將江南雨季(1961—2010年)對(duì)應(yīng)年份的前一年稱為上年,對(duì)應(yīng)年份當(dāng)年簡(jiǎn)稱為當(dāng)年。

指單位生物質(zhì)在氣化過程所消耗的空氣量與完全燃燒所需要的理論空氣量之比

式中V0為原料完全燃燒所需要的理論空氣量，m3/h；q0表示由鼓風(fēng)機(jī)送入氣化爐內(nèi)的空氣體積流量，m3/h；qm表示生物質(zhì)原料的給料速率，m3/h。

2）氣體熱值（Lower Heating Value，LHV）

科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得某些現(xiàn)象發(fā)生了改變，公司的財(cái)務(wù)管理先進(jìn)性和公司的業(yè)務(wù)水平因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)了所謂“拖后腿”的現(xiàn)象。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，公司的發(fā)展情況一般是呈正比例型的，換句話說，公司每一份業(yè)績(jī)都會(huì)帶來公司發(fā)展的實(shí)際的并且較為均勻的增長。而在“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，卻出現(xiàn)了一個(gè)從未有過的閾值，企業(yè)的發(fā)展需要在突破閾值后才能進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的模式，在這之前業(yè)務(wù)能力會(huì)出現(xiàn)明顯的“拖后腿”現(xiàn)象。

式中Qv為燃?xì)鉄嶂担謩e表示燃?xì)鈽悠分胁伙柡蜔N、CO、CH4和H2的體積分?jǐn)?shù)，%。

指生物質(zhì)氣化合成氣的總熱量與氣化爐進(jìn)料的總熱量之比，是衡量氣化工藝的重要指標(biāo) 。

3）氣體產(chǎn)率（Gas Yield，Gv）

工業(yè)4.0時(shí)代的到來，推動(dòng)著中國企業(yè)從自動(dòng)化向智能化、數(shù)字化、新能源方向發(fā)展。林德將德國智能化、精益化技術(shù)引進(jìn)中國，針對(duì)中國行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)，提出更多更好的技術(shù)和行業(yè)性的解決方案，不斷幫助客戶實(shí)現(xiàn)更加高效、低成本的倉儲(chǔ)物流；同時(shí)，進(jìn)一步推進(jìn)智能裝備與人之間的和諧共處，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物三者的和諧、快速、高效流轉(zhuǎn)，推進(jìn)中國物流裝備與技術(shù)蓬勃發(fā)展。

指單位質(zhì)量的原料氣化后所產(chǎn)生氣體燃料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。

從表1中可以看出，成型秸稈灰分較高，且揮發(fā)分和熱值低于成型樹皮，密度要明顯高于成型樹皮。這可能與秸稈類生物質(zhì)在成型過程中加入了大量粘結(jié)劑，以及在收集過程中摻入較多的石土有關(guān)。表2中生物質(zhì)成型原料的灰成分分析顯示成型玉米秸稈灰中Si元素占主導(dǎo)，可能也與此相關(guān)。此外，樹皮和秸稈灰中均含有較多的K，Ca，Na，Mg等堿金屬和堿土金屬元素，這類元素在氣化過程中容易形成低熔點(diǎn)的共晶化合物導(dǎo)致結(jié)渣及床料團(tuán)聚問題。由此推斷本研究所選用的成型樹皮及成型秸稈氣化過程中可能存在一定的結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)。

首先，健身休閑產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革關(guān)鍵在于供給產(chǎn)品的擴(kuò)容。豐富健身休閑產(chǎn)品的內(nèi)容，最基礎(chǔ)的是普及常規(guī)項(xiàng)目，然后注重挖掘地方特色。健身休閑產(chǎn)業(yè)是體育產(chǎn)業(yè)與休閑產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)物，因而健身休閑活動(dòng)內(nèi)容也會(huì)涵蓋部分體育活動(dòng)。健身休閑供給產(chǎn)品的擴(kuò)容應(yīng)以各類體育和休閑資源為依托，充分結(jié)合地方自然和人文資源，注重與其他產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。運(yùn)用多種科技手段，豐富傳統(tǒng)休閑健身產(chǎn)品的形式和內(nèi)涵，同時(shí)借助“互聯(lián)網(wǎng)+”等新媒體、新業(yè)態(tài)的營銷方式，推動(dòng)健身休閑產(chǎn)品的智造和創(chuàng)造。還要充分利用好“一帶一路”建設(shè)契機(jī)，加強(qiáng)廣西與沿線國家間的共同合作，開發(fā)出類型多樣的休閑健身產(chǎn)品，提升健身休閑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體格局。

此外，菲茨杰拉德還多次在《了不起的蓋茨比》中描寫城市高樓大廈與夜燈映襯下蓋茨比孤獨(dú)的身影：“宅邸的主人佇立在前廊，舉起一只手做出客套的道別動(dòng)作，顯得形單影只，十分孤獨(dú)?！盵3]103人群熙攘中的尼克同樣感到“一陣揮之不去的孤獨(dú)感，而且發(fā)現(xiàn)別人身上也有這種感覺?！盵3]105可見，消費(fèi)社會(huì)中精神的虛空與荒蕪感成了一種“社會(huì)病”，這種“孤獨(dú)與空虛”的病毒不僅侵蝕著個(gè)人的靈魂，還毒害著人與人之間的關(guān)系。正如魯樞元評(píng)價(jià)的那樣：“所有成功后的占有都難以使生命豐盈”。[5]224在消費(fèi)主義文化盛行的工業(yè)社會(huì)里，人與人、人與自身的精神生態(tài)在社會(huì)生態(tài)惡化的情勢(shì)下也徹底瓦解與坍塌了。

式中ηc為碳轉(zhuǎn)換率，%；Gv為氣體產(chǎn)率，m3/h，Vx為各氣體組分流量，m3/h。

5）氣化效率（Gasification Efficiency，η）

學(xué)生對(duì)這個(gè)原理的理解應(yīng)該沒有太大難度，但如何求最小值則超出了他們的理解范圍，尤其是如果在此之后才學(xué)習(xí)微積分，那就更如同聽天書了．但如果學(xué)生學(xué)習(xí)過一元函數(shù)的微積分，可以從幾何上作出直觀解釋．與曲線的極小值一樣，曲面的最小值處的切平面與xOy平面是平行的，因而兩個(gè)偏導(dǎo)數(shù)等于0，高中階段大概也只能到此為止了．如果原理不清不楚，教材中再多的例子也難以讓學(xué)生開竅．

式中η為氣化效率，%；Qv為合成氣的熱值，MJ/m3。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同生物質(zhì)燃料對(duì)氣化特性的影響

溫度增加后，由于合成氣可燃組分提升及CO2含量下降，熱值與氣化效率等分別增加20.07%和28.76%。

表3 不同生物質(zhì)燃料的氣化特性Table 3 Gasification characteristics of different biomass fuels

2.2 空氣當(dāng)量比對(duì)氣化特性的影響

采用樹皮作為燃料，研究ER對(duì)氣化特性的影響。如圖3所示，在流化床爐膛1～3 m處溫差較小，說明物料流化狀態(tài)好，為主反應(yīng)段，隨著ER的增大，爐膛平均溫度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而于杰等[23]所做的試驗(yàn)中ER加大會(huì)使氣化爐溫度一直升高，與本文有差異，原因是試驗(yàn)所用流化床爐膛高度較低，高ER下吹動(dòng)物料上移，部分物料未充分進(jìn)行氧化放熱反應(yīng)就被吹出主反應(yīng)區(qū)，減少了物料爐膛停留時(shí)間，導(dǎo)致溫度下降。ER在0.19時(shí)氣化爐溫度達(dá)到最高，平均約700 ℃。

隨著ER的增大，合成氣可燃組分（CO、CH4、H2）、熱值與氣化效率出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在ER為0.24時(shí)，達(dá)到最佳氣化效率59.62%，最大熱值5.66 MJ/m3。過低的ER導(dǎo)致供氧量不足，抑制了氧與碳結(jié)合生成CO等反應(yīng)，而過高的ER使氧氣供給量增加，氧化反應(yīng)的增強(qiáng)促進(jìn)了不飽和烴類大分子分解，使得更多的揮發(fā)分從原料中析出，但同時(shí)加劇原料及氣體可燃組分燃燒，部分CO被氧化成CO2[24]。雖然碳轉(zhuǎn)化率在ER為0.24以后一直保持在90%以上，但碳元素多以CO2形式存在，不能說明氣化效果好。合成氣產(chǎn)率隨著ER增大同步上升，雖然氣化效率略微下降，但產(chǎn)量提高。

同時(shí)CO2含量卻隨溫度的上升而降低了5.66%，因?yàn)楹铣蓺庵械腃O2主要是由羧基組分在低溫下的分解和生物質(zhì)與氧氣的充分燃燒反應(yīng)生成的[27]，水煤氣變換反應(yīng)與C的氧化反應(yīng)正向均為放熱，高溫促進(jìn)反應(yīng)逆向移動(dòng)，CO2生成量減少。高溫同時(shí)有利于焦油的裂解產(chǎn)生CH4，但由于蒸汽重整反應(yīng)正向吸熱，高溫促使CH4分解產(chǎn)生CO與H2，兩者相抵導(dǎo)致CH4生成量變化不明顯。

2.3 氣化溫度對(duì)氣化特性的影響

采用樹皮為原料，固定給料量30 kg/h，在ER為0.25條件下測(cè)試700、750、800 ℃條件下溫度對(duì)氣化特性的影響，結(jié)果如圖4所示。隨著溫度的升高，合成氣的H2與CO濃度提升，因?yàn)檎羝卣磻?yīng)與Boudouard反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，高溫促使反應(yīng)向正向移動(dòng)[26]，H2和CO產(chǎn)量分別提高了16.54%與10.14%。

綜上所述，樹皮最佳ER范圍應(yīng)在0.24左右，與呂鵬梅等[25]的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模流化床氣化結(jié)果相似，驗(yàn)證了工業(yè)應(yīng)用上的可行性。

在ER為0.24的工況下，分別進(jìn)行了樹皮和秸稈的流化床氣化試驗(yàn)，根據(jù)爐膛底部溫度，選取較為穩(wěn)定的溫度段，進(jìn)行數(shù)據(jù)間隔采樣平均處理。物料對(duì)氣化特性的影響如圖2、表3所示。圖2a中平均溫度為穩(wěn)定工況下爐膛不同高度溫度測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度的平均值。從圖2a中可以看出，與秸稈作為原料氣化相比，樹皮原料氣化時(shí)反應(yīng)區(qū)溫度稍低，原因是其含水率更高，水分子蒸發(fā)吸熱，且在高含水率下顆粒之間互相搭接的毛刺會(huì)產(chǎn)生更大的毛細(xì)管力，導(dǎo)致易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，使顆粒流化困難[20]，影響傳熱傳質(zhì)。從表3中可以看出，樹皮合成氣中氫氣含量很高，達(dá)到11.20%，原因是高水分促進(jìn)C、CO、CH4與H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2[21]。整體而言樹皮各項(xiàng)氣化數(shù)據(jù)均優(yōu)于秸稈，氣化熱值、氣化效率達(dá)到5.66 MJ/m3與59.62%，同比高出秸稈44.38%與25.7%，這是因?yàn)槌尚蜆淦さ膿]發(fā)分較多，可以在較低溫度進(jìn)入氣化狀態(tài)，相同工藝下氣化熱值較高[22]。另外，從表1、2可以看出，成型秸稈的灰分較高，熱值較低，是氣化特性較差的直接原因。

2.4 送風(fēng)溫度對(duì)氣化特性的影響

采用樹皮為原料進(jìn)行氣化，調(diào)節(jié)一次風(fēng)溫為100、300 ℃，如表4所示。一次風(fēng)溫從100加熱到300 ℃，爐膛平均溫度少許上升，合成氣熱值、氣體產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化率、氣化效率等略微上升。爐膛底部溫度從815 ℃上升到973 ℃，主要原因是生物質(zhì)氣化工況下送風(fēng)量較小，攜帶熱量少，爐膛溫度主要依靠物料的氧化放熱來維持，雖然提升風(fēng)溫可以少許提升爐膛的溫度，而在爐膛底部，物料與相對(duì)充足的氧氣發(fā)生大量的氧化放熱反應(yīng)，本身溫度很高，風(fēng)溫提升后會(huì)造成爐底過熱，對(duì)氣化爐設(shè)備安全不利，且生物質(zhì)類燃料在900 ℃以上會(huì)出現(xiàn)明顯結(jié)渣[2]，對(duì)氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行不利。

這種施工現(xiàn)象在給排水管道施工環(huán)節(jié)非常普遍，造成這一問題的根本原因是建筑工人沒有依據(jù)相關(guān)的施工規(guī)定和原則，建筑工人基礎(chǔ)不扎實(shí)，總是按照主觀愿望進(jìn)行操作，在管道安裝期間產(chǎn)生許多不良雜質(zhì)。此外，水流的沖擊作用也會(huì)導(dǎo)致三通位置堵塞，這將使管道不能反映其功能，嚴(yán)重影響正常排水。同時(shí)，污水管道的引入往往會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)誤差，如果管道的取值太小，大量的微顆粒雜質(zhì)會(huì)跑到管道，也就一定程度上妨礙了管道進(jìn)行的排污作業(yè)。而時(shí)間會(huì)讓雜質(zhì)越積累越多，最終堵塞管道，這種問題的發(fā)生通常都是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候坡度就沒有合乎規(guī)范。

表4 風(fēng)溫對(duì)氣化特性影響Table 4 Effect of wind temperature on gasification characteristics

2.5 不同生物質(zhì)燃料對(duì)氣化結(jié)渣特性的影響

2種生物質(zhì)成型燃料在試驗(yàn)中都結(jié)渣現(xiàn)象，秸稈結(jié)渣呈現(xiàn)大塊團(tuán)聚，嚴(yán)重堵塞爐膛；樹皮呈現(xiàn)小塊結(jié)渣，相對(duì)于前者結(jié)渣現(xiàn)象較輕。根據(jù)表2所示，2種生物質(zhì)灰中都含有大量的K，而K易Cl、S等元素形成低熔點(diǎn)的氯化物與硫酸鹽，并且石英砂中的SiO2也會(huì)與K形成低熔點(diǎn)化合物導(dǎo)致床料顆粒粘結(jié)。雖然樹皮灰中K含量高于秸稈，但由于秸稈灰分含量約為樹皮的兩倍，同等輸送量下存在更多的K，導(dǎo)致結(jié)渣較為嚴(yán)重。用EACLE聚焦型掃描X射線熒光能譜儀（XRF）對(duì)未反應(yīng)的床料顆粒和試驗(yàn)后的床料粘結(jié)渣塊進(jìn)行了分析，結(jié)果如表5所示，試驗(yàn)前后石英砂床料的成分發(fā)生了很大的變化，床料原樣中主要元素是Si與少量的Al，其他成分幾乎沒有。而在試驗(yàn)過后，床料粘結(jié)塊中多了K、Ca、Na、Mg 等堿金屬和S、Ti，Si元素的占比明顯減少，這表明樹皮和秸稈灰中的堿金屬元素在氣化過程中富集在石英砂床料中，促使床料在高溫下與其發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的化合物，導(dǎo)致石英砂粘結(jié)形成渣塊。

表5 床料成分分析Table 5 Composition of bed material %

對(duì)結(jié)渣采用EPMA-8050G電子探針顯微分析儀進(jìn)行分析，如圖5所示，樹皮和秸稈結(jié)渣表面均出現(xiàn)了熔融物質(zhì)，呈現(xiàn)玻璃相，主要是因?yàn)闅饣^程中，雖然主氣化區(qū)域溫度控制在800 ℃以下，但由于中試試驗(yàn)條件下溫度會(huì)有波動(dòng)，爐膛底部溫度有時(shí)會(huì)超過800 ℃（如圖 2b所示），高溫導(dǎo)致SiO2骨架發(fā)生鈍化，出現(xiàn)熔融和團(tuán)聚。2種渣塊表面都富集了大量的O、Al、Si、Fe、Ca等元素，O含量極多，樹皮渣塊與秸稈渣塊分別含有73.51%與79.8%（表6），表明各種元素在結(jié)渣中以復(fù)雜的氧化物形式存在。高溫下K、Mg等堿金屬易與SiO2反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽（如K2Si4O9），覆蓋在床料顆粒表面，這種物質(zhì)在高溫下具有一定粘性，床料顆粒通過這種熔融物質(zhì)粘結(jié)在一起，增大了顆粒碰撞的阻力，熔融程度隨著氣化進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致更多的床料粘結(jié)在一起，造成爐膛結(jié)渣[28-30]。這種混合著大量石英砂床料的結(jié)渣對(duì)氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行不利。

樹皮結(jié)渣中富含大量的Fe、Al、Ca元素，而秸稈這類元素相對(duì)較少，這類元素能與堿金屬化合物生成高熔點(diǎn)物質(zhì)，覆蓋在床料表面，阻止堿金屬化合物向低熔點(diǎn)物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化，減輕氣化過程中床料粘結(jié)現(xiàn)象[19]。

2.6 鼠齡對(duì)按蚊吸血的影響 在小鼠體重相當(dāng)?shù)臈l件下，叮吸3周齡小鼠組按蚊的吸血率略高于叮吸14周齡組按蚊，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。其中，稱重法計(jì)算7.8 min吸血率分別為45.3%和39.3%，見圖5A；目視法計(jì)算吸血率分別為47.2%和42.8%，見圖5B。

表6 結(jié)渣EPMA分析Table 6 EPMA results of agglomerates %

為進(jìn)一步探究氣化結(jié)渣成分，采用x’pert3 powder X射線衍射儀（XRD）對(duì)結(jié)渣的物相成分進(jìn)行了分析，如圖6所示，2種結(jié)渣中主要成分是SiO2與Fe、Al、Ca、Mg等元素形成的復(fù)雜化合物（如KAl(SiO3)、KAl(SiO3)、(MgO)0.593(FeO)0.407等）。在樹皮結(jié)渣中檢測(cè)到了CaSO4的晶相，結(jié)合表2中2種生物質(zhì)灰成分可知，樹皮中大量的Ca在氣化中結(jié)合S轉(zhuǎn)化成CaSO4，這種物質(zhì)熔點(diǎn)較高（1 400℃），在氣化溫度下不易熔化粘結(jié)床料顆粒，一定程度上抑制了樹皮結(jié)渣，而在秸稈結(jié)渣中并未檢測(cè)到CaSO4晶相，可能由于秸稈中Ca相對(duì)較少，是秸稈結(jié)渣相對(duì)嚴(yán)重的另一原因。

3 結(jié) 論

本文研究了生物質(zhì)成型燃料——樹皮與玉米秸稈在中型流化床氣化過程中的氣化特性與結(jié)渣特性，包括不同生物質(zhì)、空氣當(dāng)量比、氣化溫度（700～800 ℃）、送風(fēng)溫度（100、300 ℃）對(duì)氣化特性的影響與氣化過程中的結(jié)渣現(xiàn)象。主要結(jié)論歸納如下：

1）成型樹皮相對(duì)于成型玉米秸稈流化床氣化效果更好。在ER為0.24條件下，成型樹皮熱值和氣化效率可達(dá)5.66 MJ/m3與59.62%，氫氣含量高達(dá)11.20%。成型玉米秸稈由于揮發(fā)分和燃料熱值較低，合成氣熱值、氣化效率分別為3.92 MJ/m3與33.92%。

2）空氣當(dāng)量比對(duì)氣化特性有著重要影響。隨著ER的增大，成型樹皮氣化效果呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢(shì)。最佳ER范圍為0.24左右。

3）溫度對(duì)氣化特性有著明顯的影響。氣化溫度的提升有利于氣化效果的提高，從700 ℃提升到800 ℃，成型樹皮合成氣熱值和氣化效率分別提升了20.07%和28.76%。一次風(fēng)溫從100 ℃提高到300 ℃，氣化效果少許提升，但會(huì)導(dǎo)致爐底溫度過高，影響設(shè)備安全

4）2種生物質(zhì)都有明顯結(jié)渣現(xiàn)象，其表面呈現(xiàn)熔融玻璃狀。結(jié)渣主要由KAl(SiO3)等復(fù)雜化合物與SiO2組成。原因是生物質(zhì)中K、Mg等堿金屬元素在床料中富集，形成低熔點(diǎn)熔融鹽將石英砂床料粘結(jié)；樹皮含有較多Ca，氣化中形成高熔點(diǎn)的CaSO4進(jìn)而抑制結(jié)渣，而秸稈成灰率高，含有較多的K，導(dǎo)致結(jié)渣更為嚴(yán)重。