生物质成型燃料热解气化在锅炉中的应用实践

周明智

【摘  要】本文主要研究供热锅炉内部专用生物质的成型燃料，其3室热解气化锅炉实际运行及输出功能基本特点。针对3室气化炉的底部中进气路排处安装中、左右三个方向不同气流通道，相关气化剂通过炉排逐渐喷向至燃料期间，有3向的进风形成，扰动并堆积燃料，气化剂为水蒸气-空气（比例为3：7），热解可燃性气体当中晴子实际含量相比较于空气的净化方式有所提高。针对试验当中所应用6t供热锅炉整个系统借助SNCR脱除NOx，在喷入质量的分数为15%尿素溶液时，烟气当中NOX含量逐渐从降低到114mg*m-3，实际脱硝率达85%，实际应用效果可达到国家对于锅炉排污专项标准及要求。

【关键词】生物质;成型;燃料;热解气化;锅炉;应用实践;

前言

生物质的热解气化，其属于科学合理地运用生物质各项能源最佳手段或者方式方法，从当前热解气化锅炉实际研究进展情况来分析，气化炉整体二极管及气化工艺改进、优化，提升产气的热值及清洁程度，是当前国内外研究的重点，更多的技术专家及学者纷纷加入到此课题的实践研究当中。本文主要针对蒸汽产量为6t*h-1供热锅炉内部配套3室架构新型生物质，其成型的燃料实际热解气化锅炉实践研究，3室热解气化锅炉实际容量相对较大，效率高。因生物质的燃料当中只需少量硫，该气化炉经过热解气化之后便会有可燃气产生，送到锅炉膛内充分地燃烧后，硫氧化物基本不复存在，烟气经布袋的除尘处理后，实际含的颗粒物较少。因此，需充分考虑到烟气当中脱除氮氧化物 NOx。

1、热解气化炉整体架构

3室架构热解气化锅炉所在热解气、进料室、热解气化处理室，其与1次混合式风，均依据不同功能进行合理布置，将其布置于3个分区位置上。如图1所示，为3室生物质的气化炉架构与外观。图中1（a）：3室架构热解气化锅炉总剖面图;图中1（b）：热解气化锅炉机器配套的锅炉。3室热解气化锅炉进料处理、热解气化处理及产气等全过程均处于连通空间内，气化率提升，实际输出可燃性气体、旋流2次风的混合，可促使燃料热率提升。热解气化处理室，其下方位置属于往返运动式炉排，气化炉所在外部相连1次、2次的送风系统模块、动力系统模块、控制系统模块等，气化室其在相应进料室的下部处于连通状态，热解的气化室及混合式上部处于连通状态，3室可实现依次连通。进料室的下方炉排间隙处为1次风的进口，气化炉上方有燃烧装置。对生物质，它的热解气化锅炉排世界大小、架构等，均影响燃料的热解气化率。热解气化处理室内活动的炉排，其主要构成包含着炉排架、推杆、定/动的炉排等。定/动的炉排，均安置于炉排的架子之上，一端推杆可与若干的动炉排座密切联系，炉排的架子上一般固定着气化炉所在壳体的底部，定/动的炉排均由炉排片组成，炉排片需严格按照实际位置合理划分成左/右单炉的排片、中间炉排片，组合而成有着不同数量相应炉排片，充分满足热负荷状况下不同的蒸汽锅炉中可燃行气体实际用量的需求。炉排片之上存在着凹槽及凸台，可配合生成一种圆弧状的风道，让气化剂逐渐从炉排间隙处进入到热解的气化室内，形成垂直进风、右斜度进风、左斜度进风等进风方式、3个方向的气流扰动，以免堆积大量生物质类燃料。

2、基本运行特点

热解气化锅炉具体运行进程，成型的燃料一般由螺旋式的送料装置完成送入动作，下落到相应活动炉排，炉排受着动力系统模块各种控制作用，受推杆影响被逐渐推动到了排向前处并处于持续移动状态，燃料往往会因受炉排的推动作用，自进料室内部缓缓地进入至该热解气化的处理室内，气化剂会从相应炉排间隙位置逐渐从风道当中吹出去，促使燃料在其室内处于热解气化状态，热解气化的处理操作全部完成之后，生物质逐渐成为燃料的灰渣，而活动的炉排受推动的作用缓缓进至排灰的区域内部，因推杆作用所影响炉排实施往返运动操作，新物质的燃料被送到热解气化处理室，生物质经热解气化处理后会形成了灰烬，推移到相应排灰处理区域。种类不同生物质的燃料，其挥发分析的速度也往往不同若炉排往返的速度相对较快，处于燃料并未热解气化充分条件下，被炉排逐渐推送到排灰的区域内，浪费情况較为明显。若炉排往返的速度相对较慢，便极易有成型燃料在完成了热解气化处理后会形成相应灰渣，并堆积在该炉排之上，往往会影响大气化炉稳定安全运行。如图2，图2（a）即为经分解气化处理后燃料灰渣，图2（b）为热解气化并未完成燃料的灰渣。若排运动的速度相对较快，燃料挥发之后会送排灰区。故依种类不同的生物质各种燃料的调整操作，炉排实际往返运动操作频率，可高效利用成型燃料。进到气化炉最中间位置的气化室，炉排的生物质相应成型的燃料，其厚度参数值往往会影响着热解气化。若燃料层厚度较低，可燃性气体的产气速度慢，合理调整料层的厚度，加快产气实际速度。3室的热解汽化处理炉，其实际运行基本特征论述分析可证明，热解气化处理室内，成型的燃料其料层的厚度位置400-500mm以内。成型燃料处于热解的气化室中，温度环境为300-500℃。经挥发后，热解的气化剂、产气、焦炭等，会有各种反应状况出现，释放着大量的热，维持燃料最佳干燥的状态，热解及后续的反应，气化剂通常由高压头将输送操作完成，炉排的间隙进至热解气化处理室内，生物质类燃料经热解气化处理后，逐渐形成了可燃性的气体，并与所在2次风相应旋流燃烧的装置内混合地燃烧，致燃气被充分地燃烧，热力型 NOx的生成量得以有效减少。

3、输出功率

热解气化锅炉实际运行期间所使用的生物质为2种，如图3所示，为燃料工业基本元素具体分析。处于标准条件下，1kg燃料完全燃烧期间所修理论的空气量列式：V0=0.0879（Cax+0.367Sax）+0.264Hax-0.00342oax;生物质实际燃料气化所需要空气量列式为VL=aV0。VL代表气化实际所需的空气量（m5*kg-1）;a代表气化的当量比值，当量比值为0.25，生物质的燃料实际进料量为11.74kg*h-1，计算分析所得气化实际需求风量即为1235m5*kg-1，与3室热解气化锅炉实际气化剂的流量即为1280m5*kg-1，二者相吻合，这就足可证明具体运行期间气化剂的力量对热解气化有效进行可起到保障作用。气化过程，有水蒸气加入，致使气化温度逐渐减低。经分析后可知晓，通至3室的热解气化，相比该炉气化剂世界体积，组分的空气70%，而水蒸气则为30%。S / B约0.3。如图4，气化生产的组分具体情况，气化的产气热值低位参数LHV的简化计算分析列式即为：LHV=126Φco+108Φu2+359ΦcH4+665ΦcaHm。从中即可了解到，水蒸气加入至氢气含量相比较于空气气化含量要高一些，提高了热值。通过热力计算分析可得出t20℃饱和水逐及加热至160℃饱和蒸汽，实际所需热量为2671.8MJ。如图5所示，为3室生物质通过热解气化锅炉实际输出功率具体测试结果。由此可了解到3室热解气化锅炉输出功能可满足于蒸汽实际产量约为6t*h-1蒸汽炉基本要求。

4、运用SNCR进行锅炉烟气内 NOx脱除的试验操作

生物质的燃料当中硫实际含量相对较少一些，气化产气逐渐送至锅炉炉膛的内部充分燃烧之后，该烟气经过除尘处理后机会不会有硫氧化物存在。因而，充分考虑到烟气当中脱除NOx。3室热解气化锅炉，其配套锅炉主要可借助 SNCR实现脱除NOx，SNCR是把尿素、NH3等各种还原剂，均直接喷入至炉膛内部，并与NOX发生反应。在通过了尿素溶液前期，烟气当中氢氧化物的体积浓度约为848mg*m-3，其各自配置的质量分数即为15%、10%、5%尿素溶液，通过喷枪0.5MPs压力逐渐喷入至炉膛内部，记录随着时间的变化，NOX含量实际变化情况，可得出图6烟气当中NOX下降曲线图。从该图当中即可了解到，在喷入质量具体分数是5%尿素的溶液时，其烟气当中的NOX实际含量从851mg*m-3逐渐降到506mg*m-3，脱硝比例达40.5%左右;在喷入质量的分数为10%尿素溶液时，烟气当中NOX含量逐渐从降低到359.1mg*m-3，实际脱硝率达56.9%;在喷入质量的分数为15%尿素溶液时，烟气当中NOX含量逐渐从降低到114mg*m-3，实际脱硝率达85%;脱硝率提高可人为：伴随喷入尿素溶液实际含量逐漸增加，SNCR反应的平衡逐渐向正反应的方向性变化，脱硝率得以有效提升。随着NOX逐渐减少，便会形成少量CO，主要是因尿素分解形成CO。

5、结语

综上所述，3室的热解气化锅炉当中新活动的炉排，其控制不同的往返运动速度，实现围绕着不同类别生物质的燃料充分地热解气化，借助组合着不同数量的各个炉排片，满足着热负荷不同条件下燃料的热解气化各项强度的系数，带着凹槽、凸台的相应炉排片会配合着生成相应流道架构，促使气化剂自炉排的间隙位置进到了热解气候的室内，生成垂直、左右三种不同进风的方式，放置生物质的燃料堆积于炉排上。通过测试其热功率的结果可知晓，3室的热解气化及产气能完成满足其锅炉配套热负荷具体需求，该锅炉系统可借助SNCR法脱除烟气当中 NOx。在配置的质量分数为15%尿素溶液逐渐喷入至炉腔颞部时，实际脱硝率可达85%，烟气当中NOX含量逐渐从降低到114mg*m-3，实际脱硝率达85%，可满足于国家锅炉排污参数标准（200mg*m-1）以内，可为后续锅炉系统脱硝装置加装提供了实际应用根据。

参考文献：

[1]张剑波.生物质成型燃料固定床热解气化研究[D].浙江大学，2015，11（02）：132-134.

[2]石斌，沈美华，徐方洪.浅析生物质成型燃料锅炉的研究及应用[J].中国科技博览，2016，24（33）：338-339.

[3]桑会英，杨伟，朱有健.生物质成型燃料热解过程无机组分的析出特点[J].中国电机工程学报，2018（9）：2687-2692.

（作者单位：深圳市龙澄高科技环保（集团）有限公司）