笫27卷第7期煤氣與熱力Vol 27 No. 72007年7月gas heatJul.2007示爐分22分》公22燃?xì)鈿庠磁c加工利用peererrerrerrenonerenet生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化的實(shí)驗(yàn)馬文超,胡艷軍,劉方金,陳冠益(天津大學(xué)能源與固體廢物研究所,天津30072)摘要:介紹了生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果分析。關(guān)鍵詞:循環(huán)流化床;氣化;生物質(zhì)中圖分類號(hào):TU996文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-4416(2007)07-0031-04Experiment on Biomass Gasification in Circulating Fluidized bedMA Wen-chao, HU Yan-jun, LIU Fang-jin, CHEN Guan-yInstitute of Bioenergy and Wastes Treatment, Tianjin University, Tianjin 300072, chinaAbstract: The experimental system, experimental method and result analysis of biomass gasification in a circulating fluidized bed are introducedKey words; circulating fluidized bed gasification; binomass生物質(zhì)是一種新型、清潔的可再生資源2,與心的報(bào)告1和 McGowin等人2的研究表明:氣化其他可再生能源相比,生物質(zhì)資源量大且分布技術(shù)用于熱電聯(lián)產(chǎn),與生物質(zhì)直燃技術(shù)以及其他發(fā)廣的,處理技術(shù)簡單,應(yīng)用范圍廣。因此,在眾多的電方式(包括天然氣聯(lián)合循環(huán))的造價(jià)幾乎相同可再生能源中,生物質(zhì)因產(chǎn)量豐富、易于利用溫室 Krigmont13預(yù)言氣化將應(yīng)用于處理固體廢棄物領(lǐng)氣體減排效果好而受到世界各國的重視。歐盟域使其轉(zhuǎn)化成有用的燃料以解決嚴(yán)重的環(huán)境問題。在2000年出版的《能源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》白皮但氣化技術(shù)尚存在很多問題:產(chǎn)氣過程不穩(wěn)定、燃料書中S,定下的目標(biāo)是“繼續(xù)推廣使用生物質(zhì),在現(xiàn)適應(yīng)性較差、大規(guī)模推廣困難燃?xì)赓|(zhì)量差等。今0.45×103ta的基礎(chǔ)上增加到2010年的0.90雖然循環(huán)流化床技術(shù)在過去的20年中被廣泛103t/a”。如果達(dá)到這個(gè)目標(biāo),生物質(zhì)能將占到可再應(yīng)用于煤燃燒和石油工業(yè),并取得巨大成功,但在生生能源份額的50%左右;從長遠(yuǎn)預(yù)計(jì),生物質(zhì)能將物質(zhì)氣化方面的應(yīng)用較少?？紤]到循環(huán)流化床滿足一次能源消耗量的20%。技術(shù)的特點(diǎn),生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化有如下特性:可傳統(tǒng)處理生物質(zhì)的方法是在燃燒爐甲直接燃使用多種生物質(zhì)原料,易擴(kuò)大規(guī)模,可應(yīng)用于現(xiàn)有的燒,利用效率低,造成生物質(zhì)能的巨大浪費(fèi)?，F(xiàn)代的發(fā)電站,造價(jià)低。然而其技術(shù)不確定性很高,設(shè)處理方法能克服上述不足,具體方法有:直燃生物質(zhì)計(jì)一種新的氣化發(fā)生器的難度也很大。進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn),熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法制取燃?xì)?生物化學(xué)本文將介紹天津大學(xué)的生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化法制取氣體、液體燃料等6-101。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),該裝置旨在制取高品位燃?xì)獾耐瑫r(shí),降低氣化作為一種熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù),因其具有如下焦油及顆粒物含量,減少氣化過程污染物的排放,提優(yōu)點(diǎn)而引起廣泛關(guān)注:對(duì)原料的種類及顆粒大小沒高產(chǎn)氣率,且不影響制取氣體的熱值1。此外,還有嚴(yán)格要求,合成氣應(yīng)用廣泛,相比于熱解污染問題將獲取循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),控制其穩(wěn)較小。此外,A(國際能源署)可再生能源研究中定運(yùn)行,使氣體組成及產(chǎn)氣量波動(dòng)小。31中彐煤第27卷第7期煤氣與熱力www.watergasheat.com實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法裝18kW的電預(yù)熱器,加熱爐膛使其達(dá)到預(yù)定溫①實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)度。在循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)中,除了下游裝置,其他實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的是循環(huán)流化床氣化系統(tǒng),見圖設(shè)備都覆蓋隔熱保溫板,以減少熱量損失。表2是。系統(tǒng)由兩級(jí)給料裝置、流化床主體(氣化爐)旋循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù),表3是循環(huán)流化風(fēng)分離器返料器、氫氣發(fā)生器、空氣預(yù)熱器和輔助床氣化系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。設(shè)備組成。輔助設(shè)備包括點(diǎn)火裝置、燃?xì)鈨艋b置、表2循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)燃?xì)獠蓸友b置和煙囪,以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集系統(tǒng)。Tab 2 Design parameters for circulating fluidized bed主體床高為6000m,內(nèi)徑為125mm,通過熱功率gasification system為150kW的圓柱型電加熱器調(diào)節(jié)床溫。松樹的鋸床內(nèi)徑/mm125屑作為氣化物質(zhì),其工業(yè)分析和元素分析見表1。床高/m6.0爐膛有效高度/m旋風(fēng)分離器效率/%>976電加熱最大熱功率/kW150氣化劑空氣、水蒸氣給料口個(gè)數(shù)/個(gè)預(yù)熱能力/kW18空氣表3循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)Tab 3 Operation parameters for circulating fluidized bed1料倉2.螺旋給料機(jī)3流化床主體4旋風(fēng)分離器5返料器gasification system6氫氣發(fā)生器7空氣預(yù)熱器8輔助設(shè)備爐膛氣流速度/(m·s12.0圖1生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)爐膛壓力/MPaFig 1 System of biomass gasification in a circulating給料量/(kg·h-)fluidized bed匚臨界流化速度(m:s+)0.2表1松樹鋸屑成分分析二次配風(fēng)體積比10:11:4Tab. 1 Composition analysis of pine filing級(jí)給料質(zhì)量比爐膛平均溫度℃820固定碳/%16.35催化劑與石英砂的質(zhì)量比1:10業(yè)揮發(fā)分/%70.55水分/%12.27②實(shí)驗(yàn)方法析灰分/%0.83常用的催化劑有:白云石/石灰石、鎳基催化劑、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%47.67含鎳的混合催化劑。使用方法一般采用以下3種氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%43.94催化劑和床料摻混在一起,先放入爐內(nèi);在給料過程氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%素中催化劑和生物質(zhì)摻混在一起送入爐膛;催化劑和分氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%1.50析硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.09給料通過不同的給料口同時(shí)分別送入爐膛。高氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0.11溫裂解和催化劑的作用使得焦油含量明顯降低。在灰分/%0.83本實(shí)驗(yàn)中采用的是第1種方法。高熱值/(MJ·kg1)18,10實(shí)驗(yàn)開始前,向流化床內(nèi)加入石英砂和煅燒白生物質(zhì)通過兩級(jí)螺旋給料器進(jìn)人爐膛。系統(tǒng)運(yùn)云石。石英砂作為流化介質(zhì),白云石作為流態(tài)化催行時(shí),高溫燃?xì)庵械拇植谛☆w粒在爐膛出口處被旋化劑,主要用于焦油裂解。打開電加熱裝置,把空床風(fēng)分離器迅速分離,通過返料器循環(huán)回到爐膛底部。直接加熱到設(shè)計(jì)溫度(800~850℃),然后打開螺旋與爐膛底部相連接的空氣預(yù)熱器加熱送向爐底的空給料機(jī)把鋸屑送入爐膛,與此同時(shí)吹人空氣進(jìn)行反氣,使得爐體的溫度穩(wěn)定在需要工況。在輔助設(shè)備應(yīng)。中設(shè)有燃?xì)獠蓸友b置,通過測試污染物的排放量來當(dāng)循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí),將制取的分析可燃?xì)怏w的燃燒特性;采樣裝置設(shè)在氣體過濾氣體通過采樣裝置進(jìn)行分析。此時(shí)氣體氣化裝置在器出口側(cè),以便分析產(chǎn)生氣體的組成。環(huán)繞爐體安計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下同步運(yùn)行,所有采集的數(shù)據(jù)都送到2www.watergasheat.com馬文超,等:生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化的實(shí)驗(yàn)第27卷第7期計(jì)算機(jī)中統(tǒng)一處理。表4制取氣體的參數(shù)2測試與分析Tab 4 Parameters for producing gas設(shè)置8組熱電偶測試氣化溫度,發(fā)現(xiàn)有2個(gè)熱CO13.36電偶讀數(shù)不準(zhǔn)確,一個(gè)位于布風(fēng)板上方12m,另co.CHa4.78個(gè)位于布風(fēng)板下方0.2m。所有的溫度由溫度測量氣體組分的CrH0.78系統(tǒng)自動(dòng)控制。摩爾分?jǐn)?shù)/%H氣體由FT-RR分光計(jì)、多組分氣相色譜儀和49,34個(gè)在線單元素分析儀進(jìn)行測試與分析,包括對(duì)HO10.21CO、CO2和SO2的無分散紅外測試、NO的無分散紫產(chǎn)氣量/(m3·h-)7.84外測試、O2的順磁性測試和H2的微氣體套色復(fù)制。產(chǎn)氣率/(m3kgl)實(shí)驗(yàn)中測得氣體組分有CO、CO2、H2、H2O、C1低熱值/(MJ·m-3)高熱值/(MJ·m-36.30C3化合物(CH4、C2H4、C2H6、C3H6)、O2、N2、NH2、焦油質(zhì)量濃度/(mg·m-3)HCN和氮氧化物(NO、N2O和NO2),以及SO2、4結(jié)論COS CS2(通常濃度很低)、HCl等。此外,C4H2CoH2也很容易被測得。還測得了制取氣體的焦油天津大學(xué)的生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化實(shí)驗(yàn)裝置制含量精度較高?；曳钟尚Ｍ獾难芯繖C(jī)構(gòu)進(jìn)行元素取燃?xì)獾漠a(chǎn)氣率為1.83m3/kg左右,氣體高熱值為分析(C、H、N、Cl、S和O),測試主要的礦物元素6.30M/m3,產(chǎn)氣量為784m3/h,焦油質(zhì)量濃度僅(A1、K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Si)和痕量元素(Co、Mo、為96mg/m2。為提高燃?xì)獾漠a(chǎn)氣率,今后需建立流Mn、Cr、N、Zn、Cu、V、Pt、Cd)等化床氣化裝置理論模型,并展開更細(xì)致的實(shí)驗(yàn)分析。3結(jié)果與討論圖2表明了實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)氣率隨時(shí)間的變化曲參考文獻(xiàn)線。在運(yùn)行初始階段,產(chǎn)氣率呈線性增加,10min后[1 Johansson T B, Kelly H, Reddy A N. Renewable energy進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段,產(chǎn)氣率波動(dòng)在1.79~185m3sources for fuel and electricity[ M]. Beijing: PetroleumIndustry Press. 2000kgo這對(duì)下游裝置,尤其是汽輪機(jī)(或微渦輪機(jī))的[2]Gielen D J, De Feber M A P C, Bos A J M. Biomass for穩(wěn)定運(yùn)行無負(fù)面影響。表4為制取氣體的參數(shù)。energy or materials a western European systems engi-2.0neering perspective[ J]. Energy Policy, 2000, 29(5)1691-3012[3 Larson E D. Technology for electricity and fuels from biomass[ J]. Annual Resource Energy Environment, 19930.88(7):567-630.0.4[4j米鐵,陳漢平.生物質(zhì)能利用技術(shù)及研究進(jìn)展[J]」煤氣與熱力,2004,24(12):701-70510203040506070運(yùn)行時(shí)間/min[5 European Commission. Directorate-general for biomassresearch: an energy resource for the European Union圖2產(chǎn)氣率隨時(shí)間的變化曲線[R]. Brussels: European Commission, 2000Fig. 2 Variation curve of gas yield with time[6]張秀梅,陳冠益,孟祥梅,等.催化熱解生物質(zhì)制取富由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,本實(shí)驗(yàn)裝置獲取的燃?xì)饨褂蜌錃怏w的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2004,32(4):416質(zhì)量濃度很低僅為96mg/m3,氣體高熱值為6.30-449,MJ/m左右。雖然產(chǎn)氣率略低,但考慮到設(shè)備限制[7]陳冠益,李強(qiáng), Spliethoff H,等:生物質(zhì)熱解氣化制取(預(yù)處理能力低導(dǎo)致反應(yīng)器溫度較低,旋風(fēng)分離效氫氣[J.太陽能學(xué)報(bào),2004,25(6):776-781.率低,生物質(zhì)粒徑不理想等),上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)令[8]吳創(chuàng)之徐冰燕,羅曾凡等.生物質(zhì)循環(huán)流化床氣化人滿意,認(rèn)為這種氣化方式可行。的理論及應(yīng)用[J].煤氣與熱力,1995,15(5):3-833中彐煤第27卷第7期煤氣與熱力www.watergasheat.com[9]吳創(chuàng)之,徐冰燕,羅曾凡,等.生物質(zhì)中熱值氣化技術(shù)[15] Bentzen D, Hummelshoj R. Low tar and high efficient的分析及探討[J].煤氣與熱力,1995,15(2):8-14.gasitication concept.[ A]. Hirs GG. Proceedings of10]楊梅平,米鐵,陳漢平,等.生物質(zhì)氣化中焦油的轉(zhuǎn)化ECOS 2000( Additional Papers ) Eurotherm Seminar方法[J].煤氣與熱力,2004,24(3):122-126[C]. Enschede( Netherlands ) Biomass Research Insti[11 IEA CADDET Centre. 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BrrusselsBelgium): QEP, 1999作者簡介:馬文超(1982女,黑龍江鶴崗人,[14] Van de Drift A, Van Doorn J, Vermeulen J W. Ten re-碩士生,從事生物質(zhì)氣化方面的研究工作。sidual biomass iueels for circulating fluidized-bed gasifi電話:(022)87402100cation[ J]. Biomass and Bioenergy, 2001, 20(2): 45E-mail:bewu@tju.edu.cn收稿日期:2006-10-28;修回日期:2006-11-13≈~~~~~AAAA~AAAA~~ Aww八~AA~A~八~A八A八AAAA~八~八AA八·編者·作者·讀者往來中國土木工程學(xué)會(huì)城市燃?xì)夥謺?huì)與中國城市燃?xì)鈱W(xué)會(huì)的關(guān)系讀者問:中國土木工程學(xué)會(huì)城市燃?xì)夥謺?huì)與中國城市燃?xì)鈱W(xué)會(huì)之間有何關(guān)系?編輯答:中國土木工程學(xué)會(huì)城市燃?xì)夥謺?huì)是中國土木工程學(xué)會(huì)下屬的專業(yè)學(xué)術(shù)組織。中國土木工程學(xué)會(huì)城市燃?xì)夥謺?huì)在外事活動(dòng)中稱為:中國城市燃?xì)鈱W(xué)會(huì)( China City Gas Society,縮寫為CCS)。中國城市燃?xì)鈱W(xué)會(huì)代表中國參加國際煤氣聯(lián)盟(ICU),并出席其組織的活動(dòng)。中國城市燃?xì)鈱W(xué)會(huì)為國際煤氣聯(lián)盟(IGU)的注冊理事。如強(qiáng)創(chuàng)新狙奕潴。進(jìn)科成狼靜搶卿應(yīng)鉗·34·