下吸式气化炉气化温度的变化规律

傅玉栋+李洪涛+杜祖成+孙胡兵

摘要：本文主要研究了径高比为0.32的下吸式气化炉运行参数变化规律.通过定时测定风速分别为5.1m/s，6.3m/s，7.4m/s，8.3m/s的反应温度，绘制温度与时间曲线.分析曲线得出反应温度随着风速的增加而增加，最佳风速为7.4m/s，稳定运行的反应温度维持在910左右，达到峰值.此后，风速的增加会导致反应温度降低.另外，“搭桥”及“搭桥”突然断裂这种异常工况出现会导致反应温度突然下降.通过反应温度的这种变化可以判断炉内燃烧是否正常.

关键词：生物质；下吸式气化炉；风速；反应温度；搭桥

中图分类号：TK6 文献标识码：A

0 引言

生物质是指植物通过光合作用生成的有机物，它的能量最初来源于太阳能，所以生物质能是太阳能的一种。它是唯一的碳基可再生能源，在其完整的生命周期内，CO2排放为零，有利于减轻温室效应；且生物质中的N、S 和灰分的含量较低，可以减少NOX、SOX及颗粒物排放。因此，生物质能源是解决能源危机和降低环境污染有效的可再生能源之一。

本文主要研究下吸式气化炉燃烧运行参数变化，着重研究了不同风速对气化炉气化温度、气化效果及运行工况的影响。为下吸式气化炉高效利用提供参考依据。

1 实验装置及方法

1.1 实验原料

本实验采用松木颗粒作为试验原料。采用常州产ALT-1200 型马费炉参照国家标准GB 212—1991 对原料进行工业分析，元素分析数据采用德国产Vario EL II 元素分析仪。

1.2实验台结构

（1）送风系统

由风机，阀门，风速测定仪等组成。空气经风机通过管道进入气化室，为氧化层提供氧气，使燃料燃烧放出热量，为各个反应层提供应有的温度。另外也作为还原层的气化介质。

（2）蒸汽发生系统

水蒸气对生物质热解气化具有活化作用。含有一定温度的水通过蒸汽发生器变成蒸汽。产生的蒸汽送入气化室，作为还原反应的气化介质。

（3）气化燃烧系统

生物质燃料的气化燃烧系统由3部分组成：

①燃气导出室：气化产生的燃气在此区域导出，气化合成气成分用武汉四方光电科技有限公司生产的GASBOARD-3100P红外煤气分析仪测量；

②燃烧室：燃烧室为水套结构，外径为543mm，内径为403mm，总高为1740mm，在燃烧室高度1260mm，则该气化炉径高比为0.32；在燃烧室炉身1115mm，850mm，485mm，330mm，225mm，120mm处，设置六个温度测量点，测量气化炉各区域温度；

③烟囱：燃烧室后部布置烟囱，用于燃气燃烧后排烟。

1.3 实验方法

本实验采用径高比为0.32的下吸式固定床气化炉，为定时填料，在实验前将松木原料加入炉内。实验采取人工点火方式，在气化燃烧稳定后，进行实验。实验中改变通入气化炉内空气的风速，气化稳定后，每间隔5分钟，红外煤气分析仪自动检测记录燃气组分和热值，并手动记录各温度测点温度。

2 实验结果分析

随着ER的增加，CO2的含量先增加后减少，CH4和H2先减少后逐渐增加再减小，而CnHm的含量基本保持不变，CO基本呈先减少后增大的趋势。当ER=0.27时，CO，CH4，H2含量达到较为理想水平，其热值为1569kcal/m3，约合6561.56KJ/m3的热量，并且热值达到最大数值。此时，由于ER的增加，温度增加，导致氧化反应的加剧，不完全燃烧程度也加深，产生CO气体增多，还原区温度升高，致使各个还原反应也加剧，化学反应方程朝着可燃气体产出的方向进行，因此，此时气体组分较好，拥有最大热值。随着ER继续增大，CO含量增加，然而CH4，H2含量减少，由于CO低位发热量低于CH4，H2，使热值减少。因此，针对本下吸式固定床气化炉，ER=0.27，可燃气体有最佳热值，可将此参数作为最佳运行工况参数。

径高比为0.32的下吸式气化炉在工况变化时，气化燃烧需要40分钟，系统燃烧稳定。由此，可以得出该气化炉在点火后运行的40分钟内为不稳定工况，而在40分钟之后基本进入稳定运行阶段。在反应初期反应温度为859，而在运行25分钟后，反应温度突然降低到761，并随着反应进行基本维持在741，这种温度变化情况反映了下吸式气化炉燃烧异常，即出现“搭桥”及“搭桥”突然断裂。这种异常工况的出现主要由于生物质燃烧产生的焦油将燃料颗粒粘接在一起，形成一层坚硬的燃料层，导致生物质颗粒不能正常燃烧。“搭桥”这种异常工况的出现直接导致气化效果下降，燃气热值降低，因此，下吸式气化炉运行时要避免此工况的出现。

3 结论

反应温度对气化炉气化效果有重要的影响，而反应温度的变化与风速有着密切联系。因此，本文进行四组实验，绘制了风速分别为5.1m/s，6.3m/s，7.4m/s，8.3m/s条件下反应温度与时间变化曲线，对曲线分析得出以下结论：

1）径高比为0.32的下吸式气化炉风速小于7.4m/s时，气化反应温度随着风速的增加而增加；风速大于7.4m/s时，气化反应温度随着风速增加而降低。最佳风速为7.4m/s，对应的反应温度为910。

2）径高比为0.32的下吸式气化

炉工况变化时，进入稳定燃烧的时间为40分钟。

3）气化炉出现“搭桥”现象时气化温度会升高，而随着反应进行，“搭桥”突然断裂，反应温度会迅速下降，最终维持在一定温度范围。

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