生物质气化技术.pdf

4 机 能源工程 1 9 9 4年第 3期 芏 嬲 ， 钰 b 和 ， tk ， tc q y 生物质气化技术 花 波 件 摘 要 e n v i r 公司 最近在 芬兰t a m p e r e 的1 5 m w试验厂 完成了 一个扩 大的 生物质气 化试验项目 试验表 明煤气化设备能够用生物质作为气化原料 。由于气化厂具有多种锶 料的适应性 ， 可以使其在生产成本 从 l 9 9 1年起 ， t a mp e l l a p o we r公 司一直 在 进 行 使媒 的加 压 气 化 商 品化 的 试验。 由 ta mp c l l a p o we r和 v a t t e n i a l l组 成 的 e n v i - r o p o we r合 资公 司， 进 行 了最新 的项 目试 验 共有 3 0 0 0吨混合 的芽兰碎 木 块在 一 系列 的 大规模试验 中被 转化 为产 品气 。 这些 试验 的成功 对于像芬兰和瑞典这样 拥有 大 量生 物质 的 国家是很 重要 的 ， 因为 多 种燃料的气化技米极 大地提高7生物质的潜 能和 竞争力 。 最 重要 的是， 这些试验表 明煤 的 气化技术对于替代燃料也同样有救。这样将 使未来的煤 j 气厂具有使用多种燃料 的性 能， 田而更具有竞争力 该生物质 试验 项 且开始 于 1 9 9 3年 3月， 试 验用 软 木、 硬 木及不 同燃料 的混合 物运行 7共 1 0 0 0小 时。 项 日的主要 日标是 ： 1 导 找 气化 炉 的最 佳 运行条 件 ， 即燃料 转 换和 产 品气热值 达 到 最大 ， 而生成 的焦 油 量最少 ； 2 为 工业规 模 的示 范厂 提 供可靠 的 运行 、 设计数据和接 比例放 大 的数据 。 试验 的主要 参数有 ： 1 燃料种类l 2 燃料水分 3 气化指标 ； 4 热煤 气净 化指 数。 圉 1 试验 厂 的工 艺流程 41 维普资讯 一 、工艺 过 程 e n v i r o p o ? v e r公 司对 从美 国气化 技 术研 究所 引进 的 u ga s气化 技 术 作 了进 一步 的 发 展 ， 使之 能适用 于包 括煤 炭、 生物质在 内 的 所有 固体 燃料 。 气化 炉应用 单段 鼓风 空 气气化技 术 从 各种 燃料 中 生产低 中热值 的燃 气， 包 括 强粘 结性 、 高灰、 高硫 的煤 该 设计 提供 了对大量 燃气 的经济化 处理 ； 碳转 撬率 高而 无焦油 等 剐产 物 较小 曲环境 污染。 这一过程 是以单段发 生炉 中进行 沆化 康 气化和 灰 的烧结相联合 为基 础 的。ta mp e r e 的试验 装置 最 大热输人 为 1 5 mw ， 能够在 高 达 3 0 b a r的压 力和 l 1 0 0 的温度 下运行 ， 该 装置于 l 9 9 1年 投入使用 ， 首次气化试 验时问 延续 1年 ， 用 波兰煤 运转 了 9 0 0小 时 1 9 9 2年 下半 年 ， 建 成 了一条新 的璐料 供 给线 ， 加上别 的改造 ， 使得 生物质也 适用 于试 验 。 谈 试验厂包 括 了所有 供 研 究、 组件 试 验 及为 i gc c( 煤 气化 联合循 环) 开发 新 的煤 气 化技术所必 需的基本 单元 ， 主要 有 咀下部舟 ： 1 固体 燃料 进料 系统。该 系统有两套 闸 武给料 斗装 置 ， 分 别作为供 焦炭和生物质 用 ； 一套供 给石灰石 的给科装 置 ； 螺旋 式给料 机和通 往 气化 炉 的输 送 线， 通 过调节螺 旋给 料机 的转速可 以控 制气化炉 的进 料量 。气化 炉还有 几个 备用 曲燃科 喷入孔 ， 它们在 圆周 方 向交错排 列。生物质 燃料 首先需要干燥 到 2 o 的含 水 量， 然 后经 由给料 斗进 入流化 床 气化 炉 ， 流化廉 的廉料 是 沙子或石 灰石粒 子 等 2 气化炉。气化 介质 ( 空气和蒸 汽) 通过 几个 进气 孔进入 气化 炉， 在 生物质气化 试 验 中， 气化 炉 的运 行 温度 和压 力分 别 为 8 5 0 c 和 2 0 b a r ， 燃 料 进入 气化 炉 的速度 为 0 6 l m s ， 气化 炉 的热输入为 1 5 mw 。 3 出灰系统。气化炉 的出灰是通过一套 干式 出灰装置来 实现 的， 包括 气化 炉灰 斗和 煤 气净化 的灰 斗。 试验 中， 灰渣经垮却后通过 螺旋输 送器进入灰 斗中， 然后减压 ， 再经气 动 运输罐 送入称 重斗中 灰称重后才被废 弃。 4 媒 气净却 。 气化妒 运行对 ， 热 的粗 煤 气 在 一系捌 的蒸 汽发 生换热 器 中冷却 同 时产 生工艺月蒸 汽。压力 为 2 5 b a r的饱和蒸 汽先 通过余热锅炉 的过热段 ， 然后再进入 气化炉 。 5 热煤气 的净化 。en v i r o p o we r的 i gc c 技术 的一个关键部分是热煤 气 的净 化。焦油 的形 成、 分解 和 清除是 生物质 气化 的主要 问 题 。热煤气净化 时温度 为 4 0 0 6 0 0 x 2， 在 该 温度 下妁焦 油 的重组分、 气 态碱金属 和 粉尘 1巩煤气中除去。 焦油 曲分解 主要发 生在 8 5 0 的气化 炉 中 用石灰石作为催化 荆。 石 灰石 同时有 助于 保 持流化床 的有效循环和炉 气夹 带细颗粒 的 再 循环。 试验 中的粗煤气经过冷却器 后进入煤 气 过滤 器 ， 此 时温度 为 4 0 0 6 5 0 t 2， 过摅 器 由陶 瓷过蟪棒组成 ， 煤 气经过 时， 粉尘 附着其 表面而分 离开 来。过滤棒表 面 附着 的粉 尘达 到 一定厚度 时， 要进行清 理 ， 清理下 来 的结块 物进 灰斗后 ， 由细灰排 出系统排 出 6 煤 气燃烧和糸热锅炉 。净化 后 的煤气 在 燃烧器 中燃 烧 产 生的热量 通过条 热锅 炉 因收 ， 将煤 气冷却 器来 的饱和蒸 汽过 热 并加 热 区域供热 的热水。 7 过程控 制。过程 自动化 系统包括如信 号调 节、 计算和最优化 、 监测和警报 等所有 功 能， 操作者接 口用 图形 显示仪。 控 制 系统包 括大 约 1 0 0 0个 输 入输 出通 道 ， 工艺过程所 有 的压力 、 压 差 、 温度 和流 量 共 1 2 0 0个数据 点由数据采 集 系统每 分 钟扫 描 和记录一次。 整个试 验过程 中 数据 是连 续 收集和贮 存 的， 这样 不仅 可 以得 到 现场 运行 报告 ， 也可以进行 事后 数据分 析。 一 个采样和气体分析系统也 被用 于运行 和研 究 ， 它包括连续 的在 线气体 成分监测 、 气 体采样和过程 温度 的采样。 气体采 样可 以对 发 生 的煤 气 中不 同曲 成分 按 照 需 要进 行分 析 。试验 中所有 固体 物抖按预 先制定 的详细 计划进行采样 ， 并进行 工业分 析 、 元 素分 析 班 及粒度分布分析 。 二 、 试验 结 果 总的来说 ， 试验表 明该 气化 技术 非 常适 维普资讯 用 于 生物 质 ， 试验 示范 了商 品型 生物质 的 最 优化过程 的指标 。在 2 0 b a r 、 8 5 0 的条件 下 ， 过程 的运行 状况是稳定的 表 1为 生物质试 验项 目中典型的运行参数的范围。 表 1 典 型运 行参 数 气化炉 压力 ( b a r ) 气化 炉温虚 c) 过撼 温 度 ) 髂 料水 甜 ( ) 1 04 z 2 80 0 4 9 50 1 5 4 0 试验 中所用 的 生物质 含 有 1 5 4 0 的 水分 ， 干基 低 位 发 热值 为 1 9 2 o mj k g ， 生 物质 给料 系 统运行 正 常， 进 料量 为 i 0 0吨 天 生物质气化 产生的煤 气的低位发热值超 过 5 mi 标 m ， 可用 于燃 气遁平 。 气化过程 的 燃料 转 换 率超 过 9 9 ， 很 少 有 重质 焦 油 生 成。 热煤气 净 化 段 的 陶瓷 过 滤棒 ， 在 2 0 b a r 和 4 0 0 6 5 0 时工作穗定 经过滤后 的煤 气 的含 尘量小 于 5 mg m ， 含 碱量 远 低 于燃 气 透平要 求的 0 1 p p m 以下 。表 2给 出 了净化 后煤气的典型化学成分。 表 2 典型 的煤 气 成分 c0 co ch - h ： h： 0 低 位热值 ( mi 标 r 口 ) 8 i 5 i 3 i 8 4 8 8 1z 7 15 4 6 三 、 下 一步 计 划 ta mp e r e的试验 项 目证 明 ， 这项 技 术适 合 于煤 或 生物质 等多种燃料 的气化 。近期 的 主要 目标 是根据 示 范厂 的要 求实现过程 最优 化 。 试验 结果 对 于 va t t e n f a n生物 质 能项 目 来说是有力 的支持 。在未 来 2 5年 中， 瑞典 每 年新增 生物质发 电厂 总 的发 电潜力为 ： 城 市 热 电联 供 5 0亿 k wh， 工业 热 电联供 1 0 2 0 亿 k wh 。因而 ， 作 为 ve ga 项 目的一 部分 ， va t t e n f a j 1 公 司计 划在 e s k i ls t u n a市建 造一 座 供热 能力 为 1 4 0 mj s的区域供 熟 屯厂 。这 座 电厂原计 划于 1 9 9 6年 开始运行 ， 但 由于瑞 典 电力过剩 ， 将延期到 9 o年代末 投运。 这项技术 也被 美 国能源部选为 美 目洁净 煤计 划第 4轮示 范项 目。 按 最初的计划 ， 该 电 厂设计用煤发 电 1 0 7 mw ， 每小 时供汽 9吨 。 e n v i r o p o we r公 司也 准备在 芬 兰建 造 一 座 生 物 质 电 厂 ， 该 示 范 厂 容 量 为5 0 i o o mw， 建设 投资约为 1亿美元 。 如果这 些项 目得到 实施 ， 我们将 看到使 用不 同燃料 对运行 成本 的影响 ， 这 是 很有 意 义 的 。 扬启岳译 自英刊g mp s ， 1 9 9 4 ， no 4 ( 上接第 3 7页) 加上小玻璃 球数粒 ， 置 电炉 上 回流 i小 时 3 o分 ， 用蒸 馏水冲 洗冷凝 菅及烧 瓶壁 。取 下三角烧 瓶 ， 用 水稀释 至 1 2 0 r n l ， 冷 却后加 3 5 滴试亚铁灵指示剂， 用硫酸亚铁 铵滴定 ， 由黄色一 缳兰色一 红色为终 点 同时 做 空 白， 即 以 2 o ral 蒸馏 水代替 水 样 ， 操 作 与 样 品相 同。 5 、 计算 c o d( mg t d一e v 0 - v 弋 x f n x s x 一 1 0 3 vo 空白消耗 的硫 酸亚铁铵 ( mi ) v- 样 品消 耗 的硫 酸 亚 铁铵 标 准液 体积 (