第31卷第5期江西科Vol.3I No.52013年10月JIANGXI SCIENCEOct. 2013文章編號:1001 - 3679(2013)05 -0647 -04秸桿生物質(zhì)在上吸式固定床氣化爐中的氣化特性分析陸長清',劉光華2(1.江西省科學院能源研究所,江西南昌 3096;2.東莞市百大新能源股份有限公司,廣東東莞 523808)摘要:生物質(zhì)是可再生的重要資源之一,具有取之不竭、用之不盡的特點,作為今后能源發(fā)展的重要方向具有戰(zhàn)略意義。通過對固定床氣化爐進行改進，研制了上吸式固定床氣化爐,作為秸稈等生物質(zhì)的氣化設備,研究和開發(fā)高效率氣化設備。針對水稻、油菜和棉花等3種生物質(zhì)秸稈氣化應用表明,氣化效率分別為73.2%、75.5%和77.8% ,符合Q/BD1-2013產(chǎn)品標準的要求,氣體主要以H2、N2、CH, .CO和CO2等為主,并含有少量的C2H2、CH和C2H。等,鍋爐煙氣中的so, .NOx、煙塵排放濃度和黑度均達到CB13271-2001排放標準限值的要求,不需對鍋爐煙氣中污染物進行治理就可直接排放。關(guān)鍵詞:秸稈;氣化爐;氣化特性中圖分類號:TK6文獻標識碼:AAnalysis on Gas Characteristics of StrawBiomass in Up Suck Gasification StoveLU Chang-qing' , Liu Cuang -hua2(1. Institute of Energy Conversion ,Jiangxi Academy of Sciences ,Jiangxi Nangchang 330096 PRC;2. Dongguan Baida New Energy Co. ,Ld. ,Cuangdong Dongguan 523808 PRC)Abstract: Biomass is an important renewable resource , which has inexhaustible, inexhaustible char-acteristics，as an important direction for future energy development is of strategic significance. Basedon the fixed-bed gasification furnace , Up Suck Casification Stove was made as straw gasification e-quipment, and studied and developed high eficiency gasification equipment. For rice . rapeseed andcotton three kinds of biomass straw gasification application results showed that gasification fficiencywere73. 2% ,75. 5% and 77. 8% ,respectively. The results indicated that it was consistent with theQ/BD1 -2013 standards. And the gas composition was mainly H2, N2 ,CH, ,Co and CO2 , with smallamounts of C2H2 ,C2H4 and C2 H and SO2 ,NOx ,smoke and blackness in boiler exhaust outlet meetto emission standards( CB13271-2001).Key words:Straw , Gasification stove ，Cas characteristics收稿日期:2013 -07 - 18;修訂日期:2013-09 -09作者簡介:陸長清( 1957-),男,高級工程師,研究方向:生物質(zhì)新能源與瑪中國煤化工基金項目:廣東省科技計劃項目(2010A080804003)。YHCNMHG.648●江西科學2013年第31卷.過-一定值時,水會自動排出,進入儲水器,以備鍋0引言爐使用。這樣,在氣化爐大部分高溫區(qū)的爐體的石油、天然氣、煤炭等一次性化石資源,其主外圍形成了一個環(huán)形水套,有效控制了爐體外圍要的化學成分是烴;而生物質(zhì)能則是通過綠色植溫度的進-步上升,也對氣化爐內(nèi)膛中的耐火磚、物的光合作用,把太陽能轉(zhuǎn)化為化學能后固定和內(nèi)爐體等都起到了一定的保護作用。貯藏在生物體內(nèi)的能量,其主要化學成分是糖。目前,我國每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈6億t左右,其中晚流器約有3億t可作為能源使用,折合1.5億t標準煤。有不少荒山、荒坡和鹽堿地等邊際性土地,可+觀察犍種植甘蔗、甜高粱、木薯、甘薯等能源作物。另外，稻殼玉米芯、甘蔗渣等農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)副產(chǎn)品數(shù)量中心風巨大,都可作為新能源來源!-31。目前,生物質(zhì)氣化應用大多為2種, -種是為農(nóng)村居民集中居住地區(qū)供熱及提供生活用氣;另外一種是為解決缺電和電價高的問題，運用生物圖1調(diào)風旋流氣化爐可燃氣燃燒器結(jié)構(gòu)質(zhì)氣化發(fā)電4.5。研制的生物質(zhì)氣化裝置,以工農(nóng)業(yè)廢棄的生物質(zhì)物料為原材料,將產(chǎn)生的氣化氣經(jīng)特制的燃燒器在工業(yè)鍋爐燃燒,從而代替石油、天然氣和煤炭為工業(yè)鍋爐提供能源,達到降低成本減少燃燒污染物排放、保護環(huán)境的作用,具燃氣出口←f-- ◆燃氣出口有獨特的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益‘°:91。同時也避開了凈化和焦油的困境,隨氣化氣- -同排出的少許焦油及雜質(zhì),在工業(yè)鍋爐中充分燃燒了,因此，用生物質(zhì)氣化氣替代石油、天然氣和煤炭作為工業(yè)鍋爐的燃料,再以鍋爐為載體,實現(xiàn)能圖2氣化爐爐體外圍水循環(huán)控溫裝置量的進-一步轉(zhuǎn)化,將成為生物質(zhì)氣化的發(fā)展趨勢原料憑自動加料裝置,經(jīng)加料斗從頂部進入之- _0.1]。 本文是在以改進型上吸式固定床氣 氣化爐,空氣從爐體底部進入氣化爐,經(jīng)過順流與化爐作為目標,研究水稻、油菜和棉花等生物質(zhì)秸逆流的雙向反應,剩余的少量灰燼從底部排出,可稈在該氣化爐中的氣化特性。燃氣化氣從中部排出,經(jīng)過過濾后進人該氣化爐氣化氣燃燒器燃燒,尾氣從鍋爐排出后進入廢生1實驗物質(zhì)顆粒加熱裝置,如圖3所示。1.1實驗裝 置與工藝流程.通過改變直流次風擋板的開度調(diào)節(jié)次風旋轉(zhuǎn)5~強度,改變火力的強弱。采用旋流方式的燃燒器比傳統(tǒng)的燃燒器使燃氣燃燒更充分,火力更集中、更穩(wěn)定、更均勻,而且清潔無黑煙,減少了NOx的排放,也減少SO2和煙塵燃燒污染物的排放,提高圖3工藝流程圖了氣化爐的節(jié)能減排效應,調(diào)風旋流氣化爐可燃1.2實驗材料與過程氣燃燒器結(jié)構(gòu)如圖1。將水稻、油菜和棉花等生物質(zhì)秸稈等進行千將符合鍋爐供水水質(zhì)要求的水從氣化爐的底燥、切割、粉碎和造粒等工藝,制成幾何外形相對部人水口輸人,逆流經(jīng)設于氣化爐中上部的出水規(guī)則、大小基本-致,密度為1.0~1.5 g/cm’ 的口排出再輸人到鍋爐中。在鍋爐的人水口設計智顆粒,進入加料系統(tǒng)進行氣化。.能閥,按鍋爐的需要進行供水,同時在氣化爐爐體1.3分析中國煤化工外圍水循環(huán)控溫裝置中設計控溫器,當水溫度超1.3.1 氣YHCNMH G;B/T12206標.第5期陸長清等:秸桿生物質(zhì)在上吸式固定床氣化爐中的氣化特性分析●649●準‘21執(zhí)行,測定裝置原料的輸人熱量和和燃氣的量較高,影響氣化效率。輸出熱量,按照式(1)計算:2.2氣體組份 與含量η=Qx/Q, .(1)水稻、油菜和棉花等生物質(zhì)秸稈分別編號為式中,η為氣化效率,Q。為燃氣輸出熱量,Q,為原1.2和3在上吸式固定床氣化爐中的氣化氣體組料輸人熱量,其中Q。和Q。分別表示為式(2)和.份如表2所示。(3)。表2不同生 物質(zhì)的氣化氣體組成/%Qx=Van xQ%w3Q。=Bx Q%w(3)H29.841 49. 54389. 7098式中,Vs為燃氣產(chǎn)量, Q%為燃氣低位熱值,B為0.18870. 399 80. 193 7原料加入量,Q%為原料低位熱值。N246. 448 445. 855946.299 91.3.2氣體特性分析 采用將 氣化爐的氣體出口與島津GC-2010氣相色譜儀聯(lián)用技術(shù),測試可CH42. 543 52.7182. 676 8燃氣體的含量。C30. 20230.611 331.280 1鍋爐排放口煙氣中污染物的檢測方法如下:CO,5.827 35. 8975.830 6煙色檢測依據(jù)《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》(第四0.171 90.3100.290 6版)|B] ,按照測煙望遠鏡法,采用QT201林格曼C2H。0.162 80.17830.1753黑度儀測定范圍為0~5級;SO2含量檢測依據(jù)C2H20.297 80.421 70.3546《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》(第四版) ,按照甲醛緩沖溶液吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度計法，采用722N型分光光度計測定范圍在2.5 ~ 500生物質(zhì)秸稈氣化所產(chǎn)生的主要氣體基本都為mg/m' ;NOx依據(jù)國家環(huán)境保護標準HJ/T43-表2所列的氣體組份,表2列出了水稻、油菜和棉1999(141 ,按照鹽酸奈乙二胺分光光度計法,采用花等生物質(zhì)秸稈在該氣化爐中產(chǎn)生的氣體組份的722N型分光光度計測定范圍在2.4 ~ 280 mg/m' ;含量。從表2可知,不同的秸稈所產(chǎn)生氣體含量煙(粉)塵依據(jù)GB/T16157-1996標準['5] ,按照固有略微的變化,但是變化不是很大，主要還是以定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方H2、N2.CH。.CO和CO2等為主,其中可燃氣體主法,采用JDS-100 PL5粉塵儀測定。要為H2、CH4、CO和少量的C2H2、C2H,和C2H6車。2結(jié)果與討論在鍋爐煙囪的煙氣排放口,經(jīng)環(huán)保監(jiān)測部門2.1氣化效率對鍋爐煙氣中的SO2、NOx、煙塵排放濃度和黑度測定，結(jié)果如表3所示。1.2和3在上吸式固定床氣化爐中的氣化效率如表3鍋爐煙氣排放口廢氣含量/mg. m~3表1所示。SO2NOx煙塵 黑度/級表1不同生 物質(zhì)的氣化效率/%氣化介質(zhì)氣化效率27.033. 35.40<173.229.36.7275. 635. 76.9377.8參考標準≤100 ≤400≤50結(jié)果評價達標達標達標從表1可知,水稻、油菜和棉花3種秸稈不同注:表中標準的SO2、煙塵和NOx為CB13271-2001 標的生物質(zhì)在該氣化爐中的氣化效率分別為73.2%、準[6)中燃氣鍋爐I時段最高允許排放濃度限值。75. 5%和77. 8%。不同的秸稈氣化效率不同,主從表3可以看出.秸桿生物質(zhì)物料使用該上要原因可能是秸稈的化學成份對氣化的影響.相吸式固定床YH中國煤化工0, .NOx.煙對另外2種秸稈,水稻秸稈的碳酸鉀等無機鹽含塵排放濃度CNMHG且均低于..650.江西科學2013年第31卷GB13271-2001中燃氣鍋爐I時段最高允許排放術(shù)及其研究進展[J].江西科學.2006 ,24(6):529 -濃度限值,不需對鍋爐煙氣中污染物進行治理就533.6] 陳曦.韓志群,孔繁華,等生物質(zhì)能源的開發(fā)與可直接排放。利用[J].化學進展,2007 ,19:1091 - 1097.3結(jié)論[7]吳創(chuàng)之.周肇秋,陰秀麗,等.我國生物質(zhì)能源發(fā)展現(xiàn)狀與思考[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2009 ,40(1):91 -水稻、油菜和棉花等生物質(zhì)秸稈用作該改進99型.上吸式固定床汽化爐的作用對象時,其氣化效[8] Wu Hongwei, Li Chunzhu. Volatilisation and catalytic率分別為73.2%、75.5%和77.8%,均大于70%,effects of alkali and alk aline earth maetllic species dur-符合Q/BDI -2013《生物質(zhì)氣化裝置》標準'”1的要ing the pyrolysis and gasification of victorian brown求;秸稈氣化的氣體主要以H2、N2 .CH4.CO和coal. Part I . The importance of the interactions beCO2等為主,并含有少量的C2H2、C2H和C2H。tween volatiles and char at high temperature[J]. Fuel,等;秸桿生物質(zhì)物料使用該上吸式固定床氣化爐2002 ,81(8) :1033 - 1039.后,鍋爐煙氣中的SO2、NOx、煙塵排放濃度和黑度9] Fu Peng, Yi Weiming, Bai Xueyuan,et al. Efect oftemperature on gas composition and char structural fea-均低于國標CB13271-2001中燃氣鍋爐I時段最tures of pyrolyzed agricultural residues[J]. Bioresource高允許排放濃度限值,不需對鍋爐煙氣中污染物Technology ,2011 ,102( 17) :8211 -8219.進行治理就可直接排放,具有明顯的節(jié)能減排效[10]官巧燕,廖福霖,羅棟粲.國內(nèi)外生物質(zhì)能發(fā)展綜述應。[J].農(nóng)機化研究,007.(11):20 -24.[1I]郭建雛,朱曉銳,崔英德流化床反應器中生物質(zhì)的參考文獻:催化裂解氣化研究[J].燃料化學學報,2001,29[1]于娟,章明川,沈軼,等.生物質(zhì)熱解特性的熱(4):319 -322.重分析[J]..上海交通大學學報,2002 ,36( 10):1475[12] CB/T12206-2006.城市燃氣熱值和相對密度測定方- 1478.法[S].[2]張衛(wèi)明,史勁松,顧龔平.生物質(zhì)能的利用和能源植[13] 國家環(huán)境保護總局編.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法物的開發(fā)[J].南京師范大學報(自然科學版)，(第四版)[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2003.2007 ,30(3): 68 -74.[14] H/T43-1999. 固定污染源排氣中氮氧化物的測定[3]覃偉中,李強,朱兵,等生物煉制與石油煉制[S].一體化一- 促進我國生 物質(zhì)能源發(fā)展的有效對策[I5] CB/T16157-1996.固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)之一[J].化工學報,2010,61(7);1653 - 1658.污染物采樣方法[S].4] 周中仁,吳文良.生物質(zhì)能研究現(xiàn)狀及展望[J].農(nóng)[16] CB13271-200. 中華人民共和國國家標準[S].業(yè)工程學報,2005 ,21(12):12-15.[17] Q/BD1-2013.生物質(zhì)氣化裝置標準[S].東莞市百.[5] 高蔭榆,雷占蘭,郭 磊,等. 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技大新能源股份有限公司企業(yè)標準,2013,1.中國煤化工MHCNMH G.