PDF《玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化》

第35 卷第5期农业工程学报Vol.

35 No.5

226 2019 年3月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar.

2019 玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化 常加富 1,2 ,徐鹏举

1 ,刘兆远

1 ,董玉平

3 ,于杰1,董 磊1(1. 山东百川同创能源有限公司,济南 250101;

2. 山东省生物质能清洁转化工程实验室,济南 250061;

3. 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南 250061) 摘要:为实现秸秆类农业生物质废弃物的高效清洁能源化转化利用,采用带有二级返料系统的循环流化床气化炉对玉 米秸秆进行了气化试验.在二级返料系统开启及闭合条件下,选取空气当量比为 0.20~0.35,研究空气当量比对玉米秸 秆气化特性的影响,结果表明二级返料系统开启及闭合两种工况均在空气当量比为 0.26 时取得较优值,二级返料系统 开启时具有较好的气化效果,碳转化率与气化效率最大值分别达到 93.54%与77.06%.在二级返料系统开启状态下,试 验研究了水蒸气配比对玉米秸秆气化特性的影响,结果表明以空气为主气化介质,辅助以水蒸气气化,可以有效改善气 化燃气品质,提升气化效率.当空气当量比为 0.

26、水蒸气配比为 0.2 时,玉米秸秆空气―水蒸气气化具有较好的气化 特性,燃气热值与气化效率分别达到最大值 5.89 MJ/m3 与81.45%.典型工况条件下的焦油蒸馏馏分分析结果表明,提 高气化炉反应温度,并保持一定的水蒸气气化环境,可促进焦油裂解转化.试验可为秸秆类生物质的高效清洁转化利用 提供参考依据. 关键词:生物质;

气化;

优化;

玉米秸秆;

循环流化床;

空气当量比;

水蒸气;

二级返料系统 doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.028 中图分类号:TK6 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2019)-05-0226-08 常加富,徐鹏举,刘兆远,董玉平,于杰,董磊. 玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化[J]. 农业工程学报, 2019,35(5):226-233. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.028 http://www.tcsae.org Chang Jiafu, Xu Pengju, Liu Zhaoyuan, Dong Yuping, Yu Jie, Dong Lei. Process parameter optimization for gasification of corn stalk in circulating fluidized bed gasifier[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(5):

226 - 233. (in Chinese with English abstract) doi : 10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.028 http://www.tcsae.org

0 引言? 中国的秸秆资源非常丰富,2016 年玉米、小麦、水 稻等秸秆的产量已达 9.96 亿t, 其中玉米秸秆的年产出量 约3.32 亿t, 占总秸秆量的 41.5%, 约合 1.7 亿t标准煤[1-2] . 随着高度依赖化石能源导致的环境污染问题凸显,以及 社会经济发展对清洁能源的迫切需求,科学合理地利用 秸秆资源,开发秸秆类生物质资源的高效清洁转化利用 技术,是实现农业可持续发展的有效途径[3-5] . 在生物质能源工程化转化利用方式中,气化是应用 最广泛的技术之一[6-9] .然而,传统固定床气化技术生产 强度与能量转化效率较低,不适宜较大规模的工业化放 大应用[10-12] .生物质气化的高效转化利用技术已经引起 诸多学者的关注,并在其转化应用方面进行了有重要意 义的探索[13-17] .其中,流化床气化工艺对生物质原料的 适应性强,反应炉内气流与温度分布均匀,容易实现商 业化,适于应用在大型装置系统 [18-19] .孙佳伟[20] 针对生 物质低温气化燃气热值较低及焦油含量高的问题,提出 收稿日期:2018-08-31 修订日期:2018-11-25 基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201503135-07) 作者简介:常加富,工程师,研究方向为生物质热解气化技术研究及工程转 化应用.Email:[email protected] 通信作者:董玉平,教授,研究方向为生物质能高效清洁转换技术. Email:[email protected]. 了可实现高温热解与气化的生物质高温旋风流化热解气 化工艺.Zeng等[21-22] 研究了中药渣类生物质的流化床热 解气化工艺,并建设了工业示范工程,可以产出低焦油 含量的生物质燃气. Guo等[23] 对循环流化床气化系统进 行了改进,通过增加返料管将二级旋风分离器分离出的 较大粒径的颗粒物返至流化床主炉,提高了气化效率及 碳转化率.于杰等[24] 采用循环流化床,以气化燃气显热 加热空气,使用预热空气为气化剂对玉米秸秆进行了热 解气化,与常温空气气化结果相比,气化效率及燃气热 值均有提高.车德勇等[25] 建立了生物质在流化床中空气 ―水蒸气气化模型,综合考虑了气化工艺碳不完全转化 的特性,对生物质在流化床中的空气―水蒸气气化反应 进行模拟,表明水蒸气对于生物质类原料的气化反应具 有良好的促进作用. 已有的研究报道表明,生物质气化的能量转化效率 较低、转化过程中产生的副产物焦油含量高,仍是制约 气化技术工程化推广应用的主要原因,而采用双回路循 环流化床,以预热空气与水蒸气为气化剂,可以具有较 好的气化效果.为研究玉米秸秆高效清洁气化转化的可 行性,探索适合的气化工艺工作参数,在循环流化床基 础上,建立带有二级返料装置的双回路循环流化床进行 气化试验,对比二级返料系统开启及闭合状态下空气当 量比对气化特性的影响,试验验证水蒸气配比对气化效 果的提升作用,得到较优的工况条件,并对气化燃气中 第5期常加富等:玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化

227 的焦油样品进行了馏程分析,探索气化转化过程参数对 焦油转化的影响作用,以期为实现玉米秸秆等生物质废 弃物的高效清洁转化利用提供借鉴.

1 材料与方法 1.1 试验原料 选用农业生产中产生量大的玉米秸秆为原料,样品 取自山东省邹城市,将新鲜秸秆清除根部泥土,保留秸 秆根茎叶完整.试验前利用铡草机将秸秆切成段状,使 用秸秆粉碎机对原料进行粉碎至粒径