下吸式氣化爐中生物質(zhì)氣化發(fā)電的運行與測試

笫26卷第4期煤炭轉化2003年10月Vol 26 No 4COAL CONVERSION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2)摘要對25kW下吸式生物質(zhì)氣化發(fā)電機組進(jìn)行了運行測試.結果表明:下吸式生物質(zhì)氣化發(fā)電機組運行穩定,操作方便;所產(chǎn)生的燃氣中熊油較低,可達1.9g/Nm3;燃氣中的氣體成分為:H213%~14%;CO,19%~24%;CH4,1%~3%;CO2,11%~16%;N2,49%~50%氣體的高位熱值為4326kJ/Nm3~6005kJ/Nm3;產(chǎn)氣比為1.65Nm3/kg~2.28Nm3/ kg Fuel;氣化過(guò)程中碳的轉化率為3234%~43.36%;氣化效率為41.1%~78.85%,系統總效率為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(lèi)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(guò)熾熱的氧化能源與環(huán)保是當今社會(huì )發(fā)展的兩大主題然而,層而得到充分裂解因此產(chǎn)生的燃氣中其焦油含量由于礦物、石油燃料資源的有限性以及它們燃燒時(shí)與其他方式相比要低得多.本文通過(guò)對25kW所排出的SO2和NO2,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)電系統的運行與測CO2將加劇全球的溫室效應.人們不得不重新考慮試,以便了解其操作特性和運行結果,為其進(jìn)一步工使用那些在自然界不會(huì )枯竭的可再生能源的可能業(yè)放大作準備性,生物質(zhì)能的利用就是其中的一種,許多國家早就開(kāi)始把新能源和可再生能源發(fā)展作為未來(lái)的重要能1實(shí)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(diǎn)低、堿金屬元素含量高、直接燃燒易結渣和為了了解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(dòng)發(fā)電的操作特性和運行結果,對其運行系統進(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(jiàn)第80頁(yè)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(jiàn)第80頁(yè)表1.木塊物料尺寸為70mm~90mm.由于生物質(zhì)的氣化過(guò)程中伴隨產(chǎn)生大量的焦氣化爐產(chǎn)生的燃氣通過(guò)HP3830氣相色譜分析其組油,造成在燃氣凈化過(guò)程中產(chǎn)生大量含焦廢水;此外成,燃氣中焦油的含量采用國際通用采樣方法測定,燃氣中未徹底除盡的焦油冷凝后與未分離下來(lái)的飛其釆樣流程圖見(jiàn)第80頁(yè)圖2,通過(guò)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(xiàn)中燃氣溫度維持在150C~350氣中夾帶的少量焦油隨燃氣一起進(jìn)入發(fā)電機組氣缸范圍內,以使燃氣中的焦油不會(huì )冷凝下來(lái).采樣管線(xiàn)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(guò)濾器以便使隨燃氣的灰粉不進(jìn)入吸理,影響燃氣發(fā)電機組的連續正常進(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,如何降低燃氣中焦油的含量的研究引起廣泛解燃氣中的焦油;冰浴中采用 NaHCO3堿液作為吸關(guān)注,除對燃氣中的焦油進(jìn)行催化裂解外,采用降低收液,以吸收氣化過(guò)程中所產(chǎn)生HCl,NO和NH燃氣中的焦油含量的氣化方式也不失為一種有效的測試完畢后取一定體積的二氯甲烷溶液于容器中中國煤化工1)博土、副教授;2)研究員,中國科學(xué)院廣州能源研究所,510070廣州ICNMHG收稿日期:2003-06-30;修回日期:2003-0809煤炭轉化2003年ExhaustcondensateDustcondensate⑧近 Temperature圖1生物質(zhì)氣化發(fā)電系統工藝流程圖Fig 1 Schmaitic diagram of power generation system from biomass gasif1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 analysisUltimate analysis/%ensity/(kgm-3) A/% Heat value/(kg.kJ-1)v/%6353.9881.9214.3950和床料高度來(lái)改變運行工況,包括產(chǎn)氣比、氣化爐運行溫度以及對外輸出功率等2.1溫度氣化爐的正常操作溫度在900C~1100C左Silica bottles content CH CI右,氣化爐中的從下到上的5個(gè)測點(diǎn)的溫度見(jiàn)圖3.圖2燃氣中焦油分析采樣流程圖讓二氯甲烷揮發(fā)后,確定其剩余物的重量即為對應二氯甲烷體積中所含的焦油質(zhì)量.至于焦油中的具體組分通過(guò)HP6890GC-MS分析.此外取冰浴中的溶液在 HPICDX300上用SX12色譜柱分析溶液中所含的組分其中燃氣中焦油含量的計算式為:k,×vru×(TkN+273圖3爐內溫度與時(shí)間的關(guān)系式中:mkv二氯甲烷溶液中溶解的焦油重量,Fig 3 Relation of temperature with timeg;v—二氯甲烷總體積數;vw采樣期間所從圖3可以看出:在A(yíng)時(shí)間以前屬于加料階通過(guò)的燃氣體積數,m3;T—對應燃氣體積的溫段,B時(shí)間以后停止加料階段,AB為正常運行工況度時(shí)的溫度分布.氣化爐內溫度的調節主要是通過(guò)改2結果與討論變燃氣發(fā)電機組的抽吸氣能力以及氣化爐內床料高度中國煤化工的輸出功率與氣化在下吸式氣化爐的操作過(guò)程中,主要是通過(guò)改爐變內燃機的抽吸氣能力(即改變發(fā)電機的輸出功率)圖CNMHG度的關(guān)系(第81頁(yè)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2.3發(fā)電機輸出功率對產(chǎn)氣比以及系統總效率的影響發(fā)電機輸出功率對產(chǎn)氣比以及系統總效率的影響分別見(jiàn)圖7和圖8.從圖中看出隨發(fā)電機的輸出Output power/kw圖4功率輸出對氣化氣溫度的影響Fig 4 Relation of output power with temperatureOutput power'kw圖7功率輸出對產(chǎn)氣比的影響Fig 7 Effect of output power on gas yield20040600800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 efficiency2.2發(fā)電機輸出功率與氣體成分的關(guān)系功率增大,產(chǎn)氣比和系統的總效率的增大,當發(fā)電發(fā)電機輸出功率與氣體成分的關(guān)系見(jiàn)圖6從的輸出功率在5kW~25kW之間變化時(shí),產(chǎn)氣圖6可以看出,發(fā)電機的輸出功率即抽吸氣能力的改在1.65Nm/kg~2.28Nm2/kg燃料之間變化,畝變對氣化爐產(chǎn)出的氣體成分幾乎沒(méi)有影響即它碳的轉化率為32.34%~43.36%;氣化效率為體積成分為:H2,13%~14%;CO,19%~2441.1%~78.85%,系統總效率在11.5%~22.8%CH4,1%~3%CO2,11%~16%;N2,49%間變化.其中碳的轉化率、氣化效率和系統總效率的50%氣體的高位熱值為:4326kJ/Nm3~6005定義如下:kJ/Nm3碳的轉化率=間所反應對應時(shí)間所加入的燃感樂(lè )段態(tài)爾氣化效率=單位時(shí)間產(chǎn)生的可燃氣發(fā)熱量對應時(shí)間的加入燃料的化學(xué)熱100%系統效率=對應時(shí)間所加入生物質(zhì)燃料的熱能×100%2.4燃氣中焦油含量測定圖6功率輸出對產(chǎn)氣成分的影響中國煤化工燃氣中的焦油進(jìn)ig. 6 Effect of output power on gas composition行CNMHG,燃氣中焦油的總含共十陽(yáng)T所含的具體組分分煤炭轉化2003年析見(jiàn)圖9.主要各組分的含量見(jiàn)表2從圖9和表2中可以看出:焦油中所含的成分1200復雜,且多為有機物質(zhì),其中含量最高為甲苯,占50.3%,由于采用的是下吸式氣化爐,燃氣經(jīng)過(guò)喉部區域時(shí),溫度較高,在1000C左右,導致燃氣中焦油通過(guò)高溫氧化區時(shí),大部分裂解,因此燃氣中焦油含量比較低,只有1.9g/Nm3與其他氣化爐產(chǎn)生的燃氣中焦油含量相比要低得多3結論681012141618202224262830(1)下吸式氣化爐操作方便,運行穩定,所產(chǎn)生圖9燃氣中焦油成分分析的燃氣能滿(mǎn)足內燃機發(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)生燃氣的體積成分分2焦油中各主要組分含量Table 2 Main composition content in tarNaphth- 1-methyl 2-methyl Aenaph- Acenaph- Fluor- Phenan. Aathra- Toluene tnylbenalene naphthalalene naphthalene thalene thenerenep-Xylene o-Xylene Plend50.3別為:H2,13‰~14%;CO,19%~24%;CH4,Nm2/kg~2.28Nm3/kg燃料之間變化,而碳的轉化1%-3%CO2,11%~16%;N2,49%~50%氣率為:3234%~43.36%;氣化效率為:41.1%~體的高位熱值為:4326kJ/Nm3~6005kJ/Nm78.85%系統總效率在11.5%~22.8%間變化(3)在操作過(guò)程中,改變發(fā)電機的輸出功率(4)下吸式氣化爐所產(chǎn)生的燃氣中焦油含量較5kW~25kW之間變化時(shí),可導致產(chǎn)氣比在1.65低,可達1.9g/Nm3[1] Beenackers A C M. Solar Energy r& D in the European Community Series E: Advanced Gasification, London: D ReidelPublishing Company, 1986[2] Reed T B Biomass Gasification Principle and Technology. United States of America by Noyes Data Corporation, New Jersey[3] Palz W, Chartier P, Hall D O. Energy From Biomass. London: Appiled Science Publishers Ltd, 1981[4]吳正舜,吳創(chuàng )之鄭舜鵬1MW木粉氣化發(fā)電系統的運行特性分析.太陽(yáng)能學(xué)報,2003(4),241390-393[5] Wu Z S Wu CZ. Huang H T. Test Results and Operation Performance Analysis of 1 Mw Biomass Gasification ElectricPower Generation System. Energy Fuels, 2003,17, 619-624PERFORMANCE AND TESTING OF POWER GENERATION FROMBIOMASS GASIFICATION BY DOWNDRAFT GASIFIER(Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, 510070 GuangzhouABSTRACt The performance and testing of 25 kw power generation from bigasification by downdraft gasifier were carried out in this paper. The results indicated that thepower generation system was stably and conveniently 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 9-3 % CO2,11 %-16%: N2, 49 9-50 % During the testing, gas yield1.65 Nm/kg-2. 28 Nm/kg Fuel, conversion efficiency of carbon 32 34 %-43 36 % gasificationfficiency 41.1 %-78 85 and system efficiency 41KEY WORDS downdraft gasifier, power general中國煤化工performanceand testingCNMHG