生物质炭气化炉炉壁结焦问题的分析与处理

摘要

本文提出在两段式生物质干馏-气化发电工艺中，影响气化炉工业化推广的主要问题为气化炉炉壁的结焦问题。两段式气化工艺可以解决生物质气化产生的焦油，但是作为两段式气化工艺中，生物质炭为气化的原料，由于该物料和生物质原料本身在物理特性和化学特性上的差异，现有的气化炉结构并不能很好的适应该反应原料。在运行过程中最大的问题就是炉壁的结焦。
　　根据目前通用的生物质原料气化炉设计开发的气化炉对生物质炭的适应性较差，生物质炭固有的燃烧特性造成了气化炉内反应过程中极易出现超温现象。所以解决气化炉炉壁结焦的关键问题一方面就是使气化炉的布风系统更加有效的工作，使物料和气化剂充分接触反应完全。另一方面就是使气化炉的排灰系统将炉内物料顺利排出，且排灰过程对气化炉内的反应要不会产生影响。在此基础上进行气化炉的优化工作。
　　对流化床气化炉优化和改进过程中进行了布风系统和气化工艺的优化，主要包括布风结构的优化和设计，对布风结构进行试验。同时针对稻壳炭燃烧速度较慢的特点采用高温气化剂气化工艺。通过改造后试验发现，生物质炭在流化床内流化效果和燃烧效果并不理想，流化床物料的结焦为小的颗粒状结焦，随着反应时间的延长粒状结焦会在气化炉内堆积造成炉体堵塞。
　　对固定床的炉壁结焦改进设计中，采用了新型的厢式气化炉的设计，其优点在于炉体的截面为长方形结构，根据气化炉的处理量和气化剂量确定气化炉的截面中短边的长度。在气化炉两侧均匀布置多个进气直管，进气支管设置调节阀门，可以调节支管附近的气化剂通入量。在多个进气支管的共同作用下可以使气化剂均匀的通入气化炉炉体，且气化炉在反应过程中根据某个区域温度的变化可以调节气化炉该区域的气化剂通入量。有效的控制炉温。
　　对固定床结焦改进设计中，对出灰系统进行了优化，在气化炉排灰过程中单一的螺旋结构很容易造成气化炉的排灰不均匀，表现为炉内物料沿着水平排灰螺旋的输料方向，前端的物料先排出气化炉，而输送方面末端的物料要最后才能排出，针对这一问题设置了拨料轴和水平排灰螺旋共同作用的出灰结构。同时为了增强对气化炉运行过程中的温度控制，防止超温结焦，优化改造了分段式的出灰结构，可以使气化炉内的物料实现分区域的排灰过程而不会对别的区域的反应产生影响。
　　对改造后的气化炉进行试验验证并进行100小时的耐久试验，发现该结构气化炉的运行平稳，炉体内不会发生结焦堵塞现象。改造设计可以使现有的气化炉结构满足工业化的推广水平。

目录

声明

摘要

主要符号表

1．绪论

1．1 国内外生物质能源发展现状

1．2 生物质气化研究开发简介

1．3 我国生物质能源发展意义

1．4 两段式生物质气化工艺

1．5 炉壁结焦的危害

1．6 本章小结

2．生物质炭气化炉的工业化设计和实验分析

2．1 小型工业化实验模型的设计

2．1．1 系统热平衡计算

2．1．2 生物质炭气化炉工业化实验模型设计

2．2 生物质炭气化炉的实验分析

2．2．1 实验结果

2．2．2 实验分析

2．3 气化炉结焦理论分析

2．4 本章小结

3．生物质炭流化床气化炉结焦改进设计和实验

3．1 流化床气化炉结焦改进设计

3．1．1 基本参数计算

3．1．2 气化参数及产物模拟计算

3．2 流化床反应炉实验模型的建立

3．2．1 试验操作规程

3．2．2 冷态实验操作步骤

3．2．3 气化实验启动操作步骤

3．2．4 气化运行过程操作步骤

3．2．5 气化实验停机操作步骤

3．2．6 气化调节过程问题处理方案

3．3 布风系统优化设计

3．3．1 旋风布风器

3．3．2 板式布风器设计

3．3．3 流化床气化炉布风结构优化

3．3．4 实验结果及分析

3．4 气化工艺改进优化设计(高温气化剂)

3．4．1 工艺优化目的

3．4．2 工艺计算

3．5 本章小结

4．固定床气化炉结焦改进设计

4．1 固定床厢式气化炉设计

4．2 气化炉布风方式改进设计

4．3 固定床出灰系统改进设计

4．3．1 出灰工艺改进

4．3．2 气化实验

4．3．3 分段出灰优化改进

4．3．4 改造实验验证

4．4 本章小结

5．结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况