堆积密度对下吸式生物质气化炉的影响分析.pdf

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1、第38卷第1期化工机械113堆积密度对下吸式生物质气化炉的影响分析袁惠新。单振红付双成王宁(常州大学)摘要对下吸式生物质气化炉中不同堆积密度的物料进行气化分析，对可燃气体热值及成分作了检测，得出了堆积密度对可燃气体热值与成分影响。关键词生物质气化炉堆积密度下吸式热值中圈分类号TQ052．6文献标识码B文章编号0254-6094(2011)Ol旬113-03下吸式生物质气化炉由于结构简单、易于操作、产出气的焦油含量低等优点已经得到了广泛的应用。生物质气化过程是一个复杂的热化学反应过程，生物质气化炉各部位结构尺寸将极大地影响气化炉的热效率、产气成分和产气品质⋯，而气化炉

2、内的物料填充结构将对气体走向与接触是否充分有很大影响，笔者就物料堆积密度对下吸式气化炉的气化影响作了简要检测分析。1气化原理生物质气化过程是生物质原料在缺氧状态下加热反应的能量转换过程。生物质燃料与煤等一般矿物燃料的工业分析成分相似，包括挥发分、固定炭和灰分3个部分。但一般挥发分含量较多，固定炭相对较少。挥发分主要由水分、一氧化碳、二氧化碳、氢、甲烷和一部分焦油组成，其比例会随着加热温度和加热速率的不同而不同。在气化过程中随着燃料被加热。挥发分将首先析出，剩余的半焦在空气供应不足和高温条件下进行燃烧气化反应，生成二氧化碳、一氧化碳、空气和煤气。空气中的氮气未参加气化

3、反应，仍然余留于煤气之中。在下吸式气化炉中由于挥发分将通过高温气化反应层，其中部分焦油将被裂解，生成CH．、H：、CO等燃气成分。下吸式气化炉的结构如图l所示，其工艺特点是气化与固体顺向流动，物料由上部储料仓向下移动。在炉内传来的热量作用下边移动边进行干燥与热分解；空气由喷嘴进入，与下移的燃料首先发生燃烧反应；生成的气体连同上层干燥热分解产物经缩口向下流动，同时进行裂解和还原反应，其裂解程度主要受反应层温度和停留时间的控制。下吸式气化炉是焦油经高温区裂解，使生成煤气中焦油含量减少，同时原料中的水分参加水煤气反应，使气体中H：含量增加。气口空气人n一氧化Ⅸ一宅气人口图

4、l下吸式气化炉结构示意图由于下吸式生物质气化炉还处于初级发展阶段，在系统设计和操作实践上还存在着一定的问题。影响下吸式生物质气化炉产气量及燃气成分的因紊很多，其中的主要因素包括炉体结构、进风量和物料堆积密度等。本文对不同物料堆积密度进行了研究和分析，以促进生物质气化技术在广大农村地区的进一步推广应用。·袁惠新。男。1957年8月生．教授。江苏省常州市。213016。114化工机械2011钽2堆积密度及其气化产物物料的堆积密度指物料在自然堆积状态下的密度，堆积密度的大小影响到气化产物的组成及热值。常见生物质物料的堆积密度及热值见表1，对应的气化产物见表2⋯。表1物料堆

5、积密度及热值表2常见生物质物料对应的气化产物％物料名称C02H202N2CH4CO木块13．459．s70．3853．632．0318．73豆杆15．6312．070．3947．852．27t6．62玉米秸秆16．3412．290．7750．451．3715．80玉米芯15．7017．890．8346．45I．4116．19稻草14．10lO．221．90,t8．522．0914．30从表2中可以看出，木块的气化气热值最高，稻草气化气热值最低，造成如此大差别的主要原因是各种物料的堆积密度不同。物料的堆积密度越大，在气化炉内形成的氧化还原层就越稳定，就越有利于气化反应

6、的进行，对负荷变化的适应性越好，产出的气化气热值越高，运行过程稳定性越好。相反，像稻草这种堆积密度小的物料种类，在加入到气化炉后，被迅速烧掉，在氧化层形成较大空隙，使部分未参与反应的氧气得以进入到还原层继续反应，也就是增大了氧化层厚度，减少了还原层厚度，从而造成还原不充分，气化气中一氧化碳含量偏低，因此稻草气化气热值也很低。在气化炉运行过程中，稻草物料还容易出现“烧穿”等不稳定的运行现象，也会影响气化气质量。3堆积密度影响原因分析稻草在下吸式气化炉中的主要特点是反应温度水平上不去，一般是在850—900℃之间，超过000℃，炉内马上出现烧结现象，破坏床层内部的透气性

7、，严重时即阻断气路产不出气。这一特点主要由于床层堆积密度的特性造成，稻草的真实密度堆积密度95kg／m3．且外形尺寸细小．含灰量大。因此在气化工艺中它所能构建的高温中心反应区很小，据测定其对应的床层厚度只有40一60ram左右，整个氧化、还原区的床层高度也只有400ram。这样薄的床层条件在下吸式气化炉中的停留时间仅有30—40s，而在炉内高于800℃的床层中停留时间也只有4～5min，反应时间显得短暂。据研究，生物质的炭在800℃、2MPa且有水蒸气存在条件下，经7rain后，有80％的炭会被气化，剩余20％固体残留物。可见稻草的结构特性所形成的床层条件使得燃