生物質成型燃料熱解氣化在鍋爐中的應用實踐

周明智

【摘 ?要】本文主要研究供熱鍋爐內部專用生物質的成型燃料，其3室熱解氣化鍋爐實際運行及輸出功能基本特點。針對3室氣化爐的底部中進氣路排處安裝中、左右三個方向不同氣流通道，相關氣化劑通過爐排逐漸噴向至燃料期間，有3向的進風形成，擾動并堆積燃料，氣化劑為水蒸氣-空氣（比例為3：7），熱解可燃性氣體當中晴子實際含量相比較于空氣的凈化方式有所提高。針對試驗當中所應用6t供熱鍋爐整個系統借助SNCR脫除NOx，在噴入質量的分數為15%尿素溶液時，煙氣當中NOX含量逐漸從降低到114mg*m-3，實際脫硝率達85%，實際應用效果可達到國家對于鍋爐排污專項標準及要求。

【關鍵詞】生物質;成型;燃料;熱解氣化;鍋爐;應用實踐;

前言

生物質的熱解氣化，其屬于科學合理地運用生物質各項能源最佳手段或者方式方法，從當前熱解氣化鍋爐實際研究進展情況來分析，氣化爐整體二極管及氣化工藝改進、優化，提升產氣的熱值及清潔程度，是當前國內外研究的重點，更多的技術專家及學者紛紛加入到此課題的實踐研究當中。本文主要針對蒸汽產量為6t*h-1供熱鍋爐內部配套3室架構新型生物質，其成型的燃料實際熱解氣化鍋爐實踐研究，3室熱解氣化鍋爐實際容量相對較大，效率高。因生物質的燃料當中只需少量硫，該氣化爐經過熱解氣化之后便會有可燃氣產生，送到鍋爐膛內充分地燃燒后，硫氧化物基本不復存在，煙氣經布袋的除塵處理后，實際含的顆粒物較少。因此，需充分考慮到煙氣當中脫除氮氧化物 NOx。

1、熱解氣化爐整體架構

3室架構熱解氣化鍋爐所在熱解氣、進料室、熱解氣化處理室，其與1次混合式風，均依據不同功能進行合理布置，將其布置于3個分區位置上。如圖1所示，為3室生物質的氣化爐架構與外觀。圖中1（a）：3室架構熱解氣化鍋爐總剖面圖;圖中1（b）：熱解氣化鍋爐機器配套的鍋爐。3室熱解氣化鍋爐進料處理、熱解氣化處理及產氣等全過程均處于連通空間內，氣化率提升，實際輸出可燃性氣體、旋流2次風的混合，可促使燃料熱率提升。熱解氣化處理室，其下方位置屬于往返運動式爐排，氣化爐所在外部相連1次、2次的送風系統模塊、動力系統模塊、控制系統模塊等，氣化室其在相應進料室的下部處于連通狀態，熱解的氣化室及混合式上部處于連通狀態，3室可實現依次連通。進料室的下方爐排間隙處為1次風的進口，氣化爐上方有燃燒裝置。對生物質，它的熱解氣化鍋爐排世界大小、架構等，均影響燃料的熱解氣化率。熱解氣化處理室內活動的爐排，其主要構成包含著爐排架、推桿、定/動的爐排等。定/動的爐排，均安置于爐排的架子之上，一端推桿可與若干的動爐排座密切聯系，爐排的架子上一般固定著氣化爐所在殼體的底部，定/動的爐排均由爐排片組成，爐排片需嚴格按照實際位置合理劃分成左/右單爐的排片、中間爐排片，組合而成有著不同數量相應爐排片，充分滿足熱負荷狀況下不同的蒸汽鍋爐中可燃行氣體實際用量的需求。爐排片之上存在著凹槽及凸臺，可配合生成一種圓弧狀的風道，讓氣化劑逐漸從爐排間隙處進入到熱解的氣化室內，形成垂直進風、右斜度進風、左斜度進風等進風方式、3個方向的氣流擾動，以免堆積大量生物質類燃料。

2、基本運行特點

熱解氣化鍋爐具體運行進程，成型的燃料一般由螺旋式的送料裝置完成送入動作，下落到相應活動爐排，爐排受著動力系統模塊各種控制作用，受推桿影響被逐漸推動到了排向前處并處于持續移動狀態，燃料往往會因受爐排的推動作用，自進料室內部緩緩地進入至該熱解氣化的處理室內，氣化劑會從相應爐排間隙位置逐漸從風道當中吹出去，促使燃料在其室內處于熱解氣化狀態，熱解氣化的處理操作全部完成之后，生物質逐漸成為燃料的灰渣，而活動的爐排受推動的作用緩緩進至排灰的區域內部，因推桿作用所影響爐排實施往返運動操作，新物質的燃料被送到熱解氣化處理室，生物質經熱解氣化處理后會形成了灰燼，推移到相應排灰處理區域。種類不同生物質的燃料，其揮發分析的速度也往往不同若爐排往返的速度相對較快，處于燃料并未熱解氣化充分條件下，被爐排逐漸推送到排灰的區域內，浪費情況較為明顯。若爐排往返的速度相對較慢，便極易有成型燃料在完成了熱解氣化處理后會形成相應灰渣，并堆積在該爐排之上，往往會影響大氣化爐穩定安全運行。如圖2，圖2（a）即為經分解氣化處理后燃料灰渣，圖2（b）為熱解氣化并未完成燃料的灰渣。若排運動的速度相對較快，燃料揮發之后會送排灰區。故依種類不同的生物質各種燃料的調整操作，爐排實際往返運動操作頻率，可高效利用成型燃料。進到氣化爐最中間位置的氣化室，爐排的生物質相應成型的燃料，其厚度參數值往往會影響著熱解氣化。若燃料層厚度較低，可燃性氣體的產氣速度慢，合理調整料層的厚度，加快產氣實際速度。3室的熱解汽化處理爐，其實際運行基本特征論述分析可證明，熱解氣化處理室內，成型的燃料其料層的厚度位置400-500mm以內。成型燃料處于熱解的氣化室中，溫度環境為300-500℃。經揮發后，熱解的氣化劑、產氣、焦炭等，會有各種反應狀況出現，釋放著大量的熱，維持燃料最佳干燥的狀態，熱解及后續的反應，氣化劑通常由高壓頭將輸送操作完成，爐排的間隙進至熱解氣化處理室內，生物質類燃料經熱解氣化處理后，逐漸形成了可燃性的氣體，并與所在2次風相應旋流燃燒的裝置內混合地燃燒，致燃氣被充分地燃燒，熱力型 NOx的生成量得以有效減少。

3、輸出功率

熱解氣化鍋爐實際運行期間所使用的生物質為2種，如圖3所示，為燃料工業基本元素具體分析。處于標準條件下，1kg燃料完全燃燒期間所修理論的空氣量列式：V0=0.0879（Cax+0.367Sax）+0.264Hax-0.00342oax;生物質實際燃料氣化所需要空氣量列式為VL=aV0。VL代表氣化實際所需的空氣量（m5*kg-1）;a代表氣化的當量比值，當量比值為0.25，生物質的燃料實際進料量為11.74kg*h-1，計算分析所得氣化實際需求風量即為1235m5*kg-1，與3室熱解氣化鍋爐實際氣化劑的流量即為1280m5*kg-1，二者相吻合，這就足可證明具體運行期間氣化劑的力量對熱解氣化有效進行可起到保障作用。氣化過程，有水蒸氣加入，致使氣化溫度逐漸減低。經分析后可知曉，通至3室的熱解氣化，相比該爐氣化劑世界體積，組分的空氣70%，而水蒸氣則為30%。S / B約0.3。如圖4，氣化生產的組分具體情況，氣化的產氣熱值低位參數LHV的簡化計算分析列式即為：LHV=126Φco+108Φu2+359ΦcH4+665ΦcaHm。從中即可了解到，水蒸氣加入至氫氣含量相比較于空氣氣化含量要高一些，提高了熱值。通過熱力計算分析可得出t20℃飽和水逐及加熱至160℃飽和蒸汽，實際所需熱量為2671.8MJ。如圖5所示，為3室生物質通過熱解氣化鍋爐實際輸出功率具體測試結果。由此可了解到3室熱解氣化鍋爐輸出功能可滿足于蒸汽實際產量約為6t*h-1蒸汽爐基本要求。

4、運用SNCR進行鍋爐煙氣內 NOx脫除的試驗操作

生物質的燃料當中硫實際含量相對較少一些，氣化產氣逐漸送至鍋爐爐膛的內部充分燃燒之后，該煙氣經過除塵處理后機會不會有硫氧化物存在。因而，充分考慮到煙氣當中脫除NOx。3室熱解氣化鍋爐，其配套鍋爐主要可借助 SNCR實現脫除NOx，SNCR是把尿素、NH3等各種還原劑，均直接噴入至爐膛內部，并與NOX發生反應。在通過了尿素溶液前期，煙氣當中氫氧化物的體積濃度約為848mg*m-3，其各自配置的質量分數即為15%、10%、5%尿素溶液，通過噴槍0.5MPs壓力逐漸噴入至爐膛內部，記錄隨著時間的變化，NOX含量實際變化情況，可得出圖6煙氣當中NOX下降曲線圖。從該圖當中即可了解到，在噴入質量具體分數是5%尿素的溶液時，其煙氣當中的NOX實際含量從851mg*m-3逐漸降到506mg*m-3，脫硝比例達40.5%左右;在噴入質量的分數為10%尿素溶液時，煙氣當中NOX含量逐漸從降低到359.1mg*m-3，實際脫硝率達56.9%;在噴入質量的分數為15%尿素溶液時，煙氣當中NOX含量逐漸從降低到114mg*m-3，實際脫硝率達85%;脫硝率提高可人為：伴隨噴入尿素溶液實際含量逐漸增加，SNCR反應的平衡逐漸向正反應的方向性變化，脫硝率得以有效提升。隨著NOX逐漸減少，便會形成少量CO，主要是因尿素分解形成CO。

5、結語

綜上所述，3室的熱解氣化鍋爐當中新活動的爐排，其控制不同的往返運動速度，實現圍繞著不同類別生物質的燃料充分地熱解氣化，借助組合著不同數量的各個爐排片，滿足著熱負荷不同條件下燃料的熱解氣化各項強度的系數，帶著凹槽、凸臺的相應爐排片會配合著生成相應流道架構，促使氣化劑自爐排的間隙位置進到了熱解氣候的室內，生成垂直、左右三種不同進風的方式，放置生物質的燃料堆積于爐排上。通過測試其熱功率的結果可知曉，3室的熱解氣化及產氣能完成滿足其鍋爐配套熱負荷具體需求，該鍋爐系統可借助SNCR法脫除煙氣當中 NOx。在配置的質量分數為15%尿素溶液逐漸噴入至爐腔顳部時，實際脫硝率可達85%，煙氣當中NOX含量逐漸從降低到114mg*m-3，實際脫硝率達85%，可滿足于國家鍋爐排污參數標準（200mg*m-1）以內，可為后續鍋爐系統脫硝裝置加裝提供了實際應用根據。

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（作者單位：深圳市龍澄高科技環保（集團）有限公司）