第26卷第4期煤炭轉(zhuǎn)化Vol.26 No. 42003 年10月COAL CONVERSIONOct. 2003下吸式氣化爐中生物質(zhì)氣化發(fā)電的運行與測試吳正舜"馬隆龍2> 吳創(chuàng)之》摘要對25kW下吸式生物質(zhì)氣化發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了運行測試.結(jié)果表明:下吸式生物質(zhì)氣化發(fā)電機(jī)紐運行穩(wěn)定,操作方便;所產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂洼^低，可達(dá)1.9g/Nm';燃?xì)庵械臍怏w成分為:H2,13 %~14 %;CO,19 %~24 %;CH,1 %~3 %;CO2,11 %~16 %;N2,49 %~50 %.氣體的高位熱值為4 326 kJ/Nm'~6 005 kJ/Nm' ;產(chǎn)氣比為1. 65 Nm2/kg~ 2.28 Nm'/kg Fuel;氣化過程中碳的轉(zhuǎn)化率為32.34 9%~43.36 %;氣化效率為41.1 %~78. 85 %,系統(tǒng)總效率為11.5 %~22.8 %.關(guān)鍵詞下吸式氣化爐，生物質(zhì)氣化發(fā)電,運行與測試中圖分類號TK6方法.盡管氣化方式很多,包括上吸式氣化、下吸式0引言氣化、循環(huán)流化床氣化、雙流化床氣化以及攜帶式氣化,但因下吸式氣化爐的熱解產(chǎn)物通過熾熱的氧化能源與環(huán)保是當(dāng)今社會發(fā)展的兩大主題.然而.層而得到充分裂解,因此產(chǎn)生的燃?xì)庵衅浣褂秃坑捎诘V物、石油燃料資源的有限性以及它們?nèi)紵龝r與其他方式相比要低得多. [1.5J本文通過對25 kW所排出的SO2和NO,將加劇環(huán)境污染,所排出的下吸式氣化爐中生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的運行與測CO:將加劇全球的溫室效應(yīng).人們不得不重新考慮試,以便了解其操作特性和運行結(jié)果，為其進(jìn)一步工使用那些在自然界不會枯竭的可再生能源的可能業(yè) 放大作準(zhǔn)備.性,生物質(zhì)能的利用就是其中的一種.許多國家早就開始把新能源和可再生能源發(fā)展作為未來的重要能1實驗部分源組成部分而加以重視.但由于生物質(zhì)的特殊特性(灰溶點低,堿金屬元素含量高.直接燃燒易結(jié)渣和為了了解25kW下吸式氣化爐中生物質(zhì)氣化產(chǎn)生高溫堿金屬元素腐蝕和直接燃燒產(chǎn)生蒸汽推動發(fā)電的操作特性和運行結(jié)果,對其運行系統(tǒng)進(jìn)行了透平發(fā)電投資大等)，目前許多國家把注意力集中在測試，見第80頁圖1.所使用的生物質(zhì)燃料的分析大型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)研究上. [-3]見第80頁表1.木塊物料尺寸為70mm~90mm.由于生物質(zhì)的氣化過程中伴隨產(chǎn)生大量的焦氣化爐產(chǎn) 生的燃?xì)馔ㄟ^HP3830氣相色譜分析其組油,造成在燃?xì)鈨艋^程中產(chǎn)生大量含焦廢水;此外成 ,燃?xì)庵薪褂偷暮坎捎脟H通用采樣方法測定，燃?xì)庵形磸氐壮M的焦油冷凝后與未分離下來的飛其采樣流程圖見第80頁圖2,通過采用電加熱保溫灰黏附在一起,堵塞管道影響常生產(chǎn);另一方面,燃夾套使采樣管線中燃?xì)鉁囟染S持在150 C~350 C氣中夾帶的少量焦油隨燃?xì)庖黄疬M(jìn)人發(fā)電機(jī)組氣缸范圍內(nèi),以使燃?xì)庵械慕褂筒粫淠聛?采樣管線中,因不完全燃燒在氣缸中容易形成積碳,需定期清中有玻璃纖維過濾器以便使隨燃?xì)獾幕曳鄄贿M(jìn)入吸理，影響燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的連續(xù)正常進(jìn)行和使用壽命收瓶.冷阱吸收瓶中采有二氯甲烷作為吸收液,以溶因此,如何降低燃?xì)庵薪褂偷暮康难芯恳饛V泛解燃?xì)庵械慕褂?冰浴中采用NaHCO3堿液作為吸關(guān)注.除對燃?xì)庵械慕褂瓦M(jìn)行催化裂解外,采用降低收液，以吸收氣化過程中所產(chǎn)生HCI,NO,和NHs.燃?xì)庵械慕褂秃康臍饣绞揭膊皇橐环N有效的測試完畢后取一定體積的二氯甲烷溶液于容器中，1)博士、副教授:2)研究員,中國科學(xué)院廣州能欏研究所.100廣州收稿日期:2003-06 30;修回日期:2003-08-0980煤炭轉(zhuǎn)化2003年Eixhaust四D③D D.中①⑥WateChips |⑤InductorI fiterfilo10 flerfiterpoQatd Cnginef- tenmer! . GI Aruyir Gasier5sh L Dust⑦condensateDustDust 0-0Ai@①Postion日Flowmate四⑧色Pressure 0 weighi元Temperature 0 Powerheater圖1生物質(zhì)氣化發(fā)電 系統(tǒng)工藝流程圖Fig. 1 Schmaitic diagrarn of power generation system from biomnass gasification表1生物 質(zhì)原料的工業(yè)分析和元素分析Table 1 Proximate analysis and ultimate analysis of biomass fuelProximate analysisIremDensity/(kg.m-) A/% Heat value/(kg.kJ-I) V/%FCH0NSWoody chip6353.981736:81.9214.395(43.30.1Quarz fber filter和床料高度來改變運行工況，包括產(chǎn)氣比、氣化爐的運行溫度以及對外輸出功率等.TE- Steel tubePitottubeGlass and pite tube2.1 溫度Teebath Cool beth T=10 C氣化爐的正常操作溫度在900 C~1 100 C左.Volume 0oGas washing右,氣化爐中的從下到上的5個測點的溫度見圖3.meterSsilcabofiles content CHC,1200圖2燃?xì)庵薪褂头治霾蓸恿鞒虉D1 000Fig.2 Tar cllecring flow chart in fuel gas for analysis00 F讓二氯甲烷揮發(fā)后,確定其剩余物的重量即為對應(yīng)00上二氯甲烷體積中所含的焦油質(zhì)量.至于焦油中的具00 H體組分通過HP6890GC-MS分析.此外取冰浴中00出的溶液在HPICDX300上用SX12色譜柱分析溶液中所含的組分.其中燃?xì)庵薪褂秃康挠嬎闶綖?Timec- maXUItL x (Tv+ 273)(g/Nm3)UI X VAN圖3爐內(nèi)溫度與時間的關(guān)系式中:mw一U二氯甲烷溶液中溶解的焦油重量，F(xiàn)ig.3 Relation of temperature with timeg;Ur一二 氯甲烷總體積數(shù);Vx-采樣 期間所從圖3可以看出:在A時間以前屬于加料階通過的燃?xì)怏w積數(shù),m';Tu-對應(yīng)燃?xì)怏w積的溫段,B時間以后停止加料階段,AB為正常運行工況發(fā)，時的溫度分布，氣化爐內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)主要是通過改變?nèi)細(xì)獍l(fā)電機(jī)組的抽吸氣能力以及氣化爐內(nèi)床料高2結(jié)果與討論度來控制.這一點可以從發(fā)電機(jī)的輸出功率與氣化在下吸式氣化爐的操作過程中,主要是通過改爐的出口溫度以及床料高度與溫度的關(guān)系(第81頁變內(nèi)燃機(jī)的抽吸氣能力(即改變發(fā)電機(jī)的輸出功率)圖4和圖5)中可以看出、第4期吳正舜等下吸式氣化爐中生 物質(zhì)氣化發(fā)電的運行與測試812.3發(fā)電機(jī)輸出功率對產(chǎn)氣比以及系統(tǒng)總效率的影響發(fā)電機(jī)輸出功率對產(chǎn)氣比以及系統(tǒng)總效率的影618響分別見圖7和圖8.從圖中看出.隨發(fā)電機(jī)的輸出21501Ouput power/kW，14器圖4功率輸出對氣化氣溫度的影響15025Fig.4 Relation of output power with temperatureOutput powel kW97功率輸出對產(chǎn)氣比的影響930BFig.7 Effer of output power on gas yield620310-200 400 600 8001020Temperahure/COutpur power/ kw圖5料層高度 與溫度的關(guān)系Fig. 5 Relation of height of material with temperature圖8功率輸出對總效率的影響Fig.8 Effect of output power on total eficieney2.2發(fā) 電機(jī)輸出功率與氣體成分的關(guān)系功率增大,產(chǎn)氣比和系統(tǒng)的總效率的增大,當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)輸出功率與氣體成分的關(guān)系見圖6.從的輸出功率在5 kW~25 kW之間變化時.產(chǎn)氣比圖6可以看出,發(fā)電機(jī)的輸出功率即抽吸氣能力的改在1. 65 Nm/kg~2. 28 Nm*/kg燃料之間變化，血變對氣化爐產(chǎn)出的氣體成分幾乎沒有影響.即它們的碳的轉(zhuǎn)化率為32.34 %~43.36 %;氣化效率為體積成分為:H2,13 %~14 %;CO,19 %~24 %;41.1 %~78. 85 %,系統(tǒng)總效率在11.5 %~22.8 % .CH, 1%~3%;Co..1%~16%:N..49%~間變化. 其中碳的轉(zhuǎn)化率、氣化效率和系統(tǒng)總效率的50 %.氣體的高位熱值為: 4 326 kJ/Nm'~6 005定義如下:碳的轉(zhuǎn)化率=kJ/Nm'.單位時間所反應(yīng)的碳的摩爾數(shù)50對應(yīng)時間所加人的燃料中碳的總摩爾數(shù)氣化效率=40-單位時間產(chǎn)生的可燃?xì)獍l(fā)熱量x100%30對應(yīng)時間的加入燃料的化學(xué)熱系統(tǒng)效率=單位時間輸出的電能對應(yīng)時間所加人生物質(zhì)燃料的熱能x100 %0ζ22.4燃?xì)庵薪褂秃繙y定0utput powe/kW按實驗部分中焦油測定方法對燃?xì)庵械慕褂瓦M(jìn)圖6功率輸出對產(chǎn)氣成分的影響Fig. 6 Fffect of output power on gas composition行了測定.其中在正常操作條件下,燃?xì)庵薪褂偷目偤繛?.9g/Nm*.其中焦油中所含的具體組分分82煤炭轉(zhuǎn)化2003年析見圖9.主要各組分的含量見表2.從圖9和表2中可以看出:焦油中所含的成分1200 .復(fù)雜,且多為有機(jī)物質(zhì),其中含量最高為甲苯，占1 1001 00050.3 %,由于采用的是下吸式氣化爐,燃?xì)饨?jīng)過喉900部區(qū)域時，溫度較高,在1 000 C左右,導(dǎo)致燃?xì)庵?00焦油通過高溫氧化區(qū)時,大部分裂解,因此燃?xì)庵薪?00600油含量比較低,只有1.9 g/Nm'.與其他氣化爐產(chǎn)生50的燃?xì)庵薪褂秃肯啾纫偷枚?400 .302001000C3結(jié)論10068101214.161820224262830L/ nm(1)下吸式氣化爐操作方便,運行穩(wěn)定,所產(chǎn)生圖9燃?xì)庵薪褂统煞址治龅娜細(xì)饽軡M足內(nèi)燃機(jī)發(fā)電的要求.Fig.9 Tar composition analysis in fuel gas(2)經(jīng)下吸式氣化爐可產(chǎn)生燃?xì)獾捏w積成分分表2焦油中各主要組分含量Table 2 Main composition content in tarNaphth- l-methyI2-methylAenaph- Acenaph- Fluor- Phenan- Aathra-TolueneEthylben-p-Xylene0 Xylene Plendalene naphthalalene naphthalaene thalene theneene threne cene4. g2.. 2.62.60.350.3.15.79.1 B.3別為: H2, 13 %~14 %; CO, 19 %~24 %; CH,Nm2/kg~2.28 Nm*/kg燃料之間變化，而碳的轉(zhuǎn)化1 %~3 %;CO,11 %~16 %;N2,49 %~50 %.氣率為:32.34 %~43. 36 %;氣化效率為:41.1 %~體的高位熱值為;4326 kJ/Nm'~6 005 kJ/Nm'.78. 85 %,系統(tǒng)總效率在11.5 %~22.8 %間變化.(3)在操作過程中.改變發(fā)電機(jī)的輸出功率,在(4)下吸式氣化爐所產(chǎn)生的燃?xì)庵薪褂秃枯^5 kW~25 kW之間變化時,可導(dǎo)致產(chǎn)氣比在1.65低,可達(dá)1.9 g/Nm2.參考文獻(xiàn)[1] Beenackers A C M. 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The results indicated that thepower generation system was stably and converniently operated,the tar content in fuel gas wasvery low and reached 1.9 g/Nm'. The gases content in fuel gas were as follows:H2;13 %-14 %;CO,19 %-24 %;CH,1 %-3 %;CO2,11 %-16 %;N2,49 %-50 %. During the testing ,gas yield1. 65 Nm*/kg-2. 28 Nm*/kg Fuel ,conversion efficiency of carbon 32. 34 %-43. 36 % ; gasificationefficiency 41.1 %-78. 85 % and system efficiency 41.1 %-78. 85 % could be obtained.KEY WORDS downdraft gasifier ,power generation from biomass gasification , performanceand testing