杜海江，郭常青，徐冰嬿，李宗楠，劉光華

（1. 中科院廣州電子技術(shù)有限公司，廣州 510070；2. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；3. 東莞市百大新能源股份有限公司，廣東 東莞 523808）

改進(jìn)型固定床上吸式氣化爐及其在蒸汽鍋爐中的代油燃燒應(yīng)用*

杜海江1?，郭常青2，徐冰嬿2，李宗楠2，劉光華3

（1. 中科院廣州電子技術(shù)有限公司，廣州 510070；2. 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；3. 東莞市百大新能源股份有限公司，廣東 東莞 523808）

在蒸汽鍋爐進(jìn)行生物質(zhì)能源改造中，生物質(zhì)氣化燃?xì)獯婷?、油具有成本、環(huán)保、政策方面的優(yōu)勢(shì)，但必須解決焦油的二次污染問題。本文提出以改進(jìn)型即中部出氣固定床上吸式氣化爐生產(chǎn)生物質(zhì)可燃?xì)?，及焦油成分隨燃?xì)庵苯釉阱仩t爐膛燃燒的技術(shù)路線，并以2 T/h蒸汽鍋爐為例對(duì)氣化爐的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。采用基于鍋爐輸出蒸汽壓力的氣化爐鼓風(fēng)自適應(yīng)控制方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。最后通過實(shí)際應(yīng)用案例實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的熱能計(jì)算證明生物質(zhì)氣化燃?xì)庠谡羝仩t中代替煤、油燃燒的可行性。

生物質(zhì)氣化燃?xì)猓簧镔|(zhì)鍋爐；鍋爐燃料；改進(jìn)型上吸式氣化爐

0 前 言

生物質(zhì)能源在鍋爐行業(yè)早有應(yīng)用，以成型燃料為主。生物質(zhì)秸稈或木材通過粉碎、干燥、機(jī)械加壓等過程，制成結(jié)構(gòu)緊密的磚型、棍型或顆粒狀燃料，這些生物質(zhì)成型燃料便于貯運(yùn)，燃燒后排放的煙灰和SO2都遠(yuǎn)低于煤炭，被認(rèn)為是一種適合應(yīng)用于工業(yè)鍋爐的高品位燃料[1]。但是，成型燃料生產(chǎn)需要消耗大量電能，其燃燒后的煙塵、林格曼黑度、NOx等指標(biāo)仍然難以達(dá)到環(huán)保要求，而且成型燃料使用中存在結(jié)垢結(jié)渣問題需經(jīng)常停爐清渣。除生物質(zhì)成型燃料外，生物質(zhì)氣化燃?xì)庖呀?jīng)在發(fā)電、農(nóng)村供熱及烘干等方面得到了快速發(fā)展[2,3]，作為鍋爐的替代能源已有成功應(yīng)用[4]，但規(guī)模遠(yuǎn)不及成型燃料，主要是因?yàn)闅饣細(xì)庵薪褂图捌涠挝廴締栴}一直無法有效解決。

東莞市百大新能源有限公司自2006年涉足生物質(zhì)能源行業(yè)以來，采用焦油隨生物質(zhì)燃?xì)庠阱仩t爐膛中直接燃燒的技術(shù)路線，有效解決了焦油及其二次污染對(duì)鍋爐生物質(zhì)能源改造帶來的困擾。

1 生物質(zhì)燃?xì)獯骸⒂腿紵到y(tǒng)

以生物質(zhì)氣化燃?xì)鉃殄仩t能源的熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由三部分組成：氣化爐、燃燒器、鍋爐，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。以家具廠廢棄木材邊角料或壓塊燃料為主的生物質(zhì)通過料斗間歇方式添加進(jìn)固定床上吸式氣化爐，在氣化爐中高溫缺氧狀態(tài)下裂解、氧化還原，生成CO、H2、CH4等小分子量可燃?xì)怏w，在氣化過程中需要加入空氣等氣化劑。氣化爐生產(chǎn)的生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)管道輸送到生物質(zhì)氣燃燒器與空氣混合并在鍋爐爐膛中燃燒，鍋爐吸收熱量生產(chǎn)高溫蒸汽，蒸汽經(jīng)管網(wǎng)輸送給用汽企業(yè)。生物質(zhì)燃?xì)鈶?yīng)用于蒸汽鍋爐，可以代替煤炭以提供清潔環(huán)保的能源、代替油及天然氣以提供廉價(jià)的能源。

圖1 生物質(zhì)熱能轉(zhuǎn)換一體化系統(tǒng)Fig. 1 Integrated system of biomass energy thermal conversion

2 改進(jìn)型固定床上吸式氣化爐

2.1 氣化爐結(jié)構(gòu)

常規(guī)上吸式氣化爐是氣固逆流工作方式，產(chǎn)出的可燃?xì)鈴臓t頂部排出，雖具有氣化效率高、氣化強(qiáng)度大、除灰分以外無其它固體可燃剩余物等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在產(chǎn)出氣體中焦油含量相對(duì)較多、氣體質(zhì)量相對(duì)較差的缺點(diǎn)。而下吸式氣化爐是氣固順流工作方式，產(chǎn)出氣與灰分從下部排除，氣化過程中產(chǎn)生的焦油部分被高溫?zé)崃呀?，因此產(chǎn)出氣中焦油含量相對(duì)較少，但含有較多灰分。

圖2 改進(jìn)型（中部出氣）上吸式氣化爐結(jié)構(gòu)圖Fig. 2 Structure of gasifier with gas outlet in the middle position

改進(jìn)型（中部出氣[5]）固定床上吸式氣化爐是交錯(cuò)流工作方式，結(jié)構(gòu)如圖2所示，具有氣固順流與逆流的優(yōu)點(diǎn)，干燥層所排出的水分隨物料下行時(shí)參與氣化反應(yīng)，而經(jīng)熱分解層產(chǎn)生的焦油，在高溫狀態(tài)下呈氣態(tài)輸出。氣化爐主體結(jié)構(gòu)以一個(gè)錐形的下料裙分成上下兩部分，上部為以干燥為主的儲(chǔ)料室，下部為以熱解、氧化、還原反應(yīng)為主的氣化室。原料從料斗落到爐本體中會(huì)因下料裙的原因形成一個(gè)自然環(huán)狀死角空間，這個(gè)空間就成了一個(gè)自然的“集氣走廊”，可燃?xì)獬鰵饪诰驮O(shè)在此死角空間處。氣化后的可燃?xì)庀染奂诖谁h(huán)形的“集氣走廊”中，由“集氣走廊”排入出氣口。這樣的設(shè)計(jì)不僅大大減少了輸出燃?xì)庵械娘w灰，同時(shí)出氣口設(shè)在干燥層的下部，燃?xì)廨敵鰶]有經(jīng)過干燥層，所以輸出燃?xì)獾臏囟容^高，降低了燃?xì)庵薪褂统煞值蜏蒯尦龅目赡苄裕褂统煞挚梢噪S燃?xì)庖黄鹪阱仩t爐膛中燃燒，焦油熱量的利用不僅使系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)換效率得到提高，也解決了焦油凝聚堵塞而引起的設(shè)備運(yùn)行可靠性問題。此外，當(dāng)儲(chǔ)料室充滿原料時(shí)，壓力差使氣體通過料層的阻力大于從出氣口導(dǎo)出的阻力，避免了煙氣通過進(jìn)料口外溢的可能性。

2.2 氣化爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

以2 T/h蒸汽鍋爐為例，設(shè)計(jì)的中部出氣氣化爐需滿足供給2 T/h蒸汽鍋爐輸出的熱量，即鍋爐每小時(shí)輸出熱量為1 200 Mcal/h，鍋爐的熱效率按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》中的最低設(shè)計(jì)要求80%計(jì)算，可得到鍋爐需要輸入的最小熱量，亦即氣化爐輸出的最小熱量：

氣化爐的氣化效率指生物質(zhì)氣化后所得燃?xì)鉄崃颗c氣化原料所含熱量之比，固定床上吸式氣化爐的氣化效率一般在70%～75%之間，在此按70%取值，可得出供給氣化爐生物質(zhì)木料每小時(shí)需提供的熱量：

實(shí)測(cè)收到基生物質(zhì)木料低熱值為15 680 kJ/kg，可得出每小時(shí)需要供給氣化爐生物質(zhì)木料的重量：

氣化爐的氣化強(qiáng)度，即單位截面積單位時(shí)間內(nèi)氣化的生物質(zhì)的量，常規(guī)固定床一般為100～300 kg/(m2·h)，結(jié)合之前爐型的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取250 kg/(m2·h)，可得出氣化爐氣化室截面積：

因此，氣化室直徑D計(jì)算如下：

氣化爐壁保溫層的厚度為0.3 m，因此氣化爐外徑為2.3 m。為了保證上吸式氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行，爐內(nèi)各反應(yīng)層應(yīng)有合適的高度，其氣化室高徑比一般應(yīng)大于2，即H＞2D，在此取H=2D，即氣化室總高度3.4 m。儲(chǔ)料室需保證充足的木料烘干，空間取為料斗2倍的體積，相應(yīng)高度大約為1.2 m。

綜上，適應(yīng)于2 T/h蒸汽鍋爐的中部出氣氣化爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1。適應(yīng)木料：塊狀邊長(zhǎng)2 cm到10 cm之間，枝條狀長(zhǎng)度小于30 cm，水份小于20%。

表1 氣化爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)Table 1 Design parameters of gasifier

2.3 改進(jìn)型氣化爐特征分析

改進(jìn)型的中部出氣上吸式氣化爐解決了幾個(gè)關(guān)鍵問題：第一是從底部經(jīng)燃燒區(qū)、還原區(qū)上升的氣體經(jīng)高溫?zé)岱纸鈪^(qū)排出爐外，避免了低溫?zé)岱纸?，減少焦油產(chǎn)量，提高氣體質(zhì)量；第二是使氣體中水分經(jīng)干燥區(qū)釋出后向下流動(dòng)參加氣化反應(yīng)，提高產(chǎn)出氣熱值；此外產(chǎn)出氣中的飛灰大大減少。因此中部出氣結(jié)構(gòu)綜合了常規(guī)上吸式氣化爐與下吸式氣化爐的優(yōu)點(diǎn)，出氣口位置即錐形下料裙位置是氣化爐設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在上吸式氣化爐中，反應(yīng)溫度隨著反應(yīng)層高度（料層高度）的增加而降低，在運(yùn)行中當(dāng)其他條件如生產(chǎn)量、空氣比等已經(jīng)確定時(shí)，反應(yīng)層高度反映了反應(yīng)溫度，為了獲得質(zhì)量比較高的產(chǎn)出氣，必須控制較高的熱分解區(qū)溫度，這可以通過控制反應(yīng)層高度來實(shí)現(xiàn)[6]。通過料層溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)確定出氣口位置距離爐柵1.5 m附近為最佳，此時(shí)可保證輸出燃?xì)鉁囟炔坏陀?00℃，燃?xì)獾臀粺嶂挡恍∮? MJ/Nm3。

3 生物質(zhì)燃?xì)獯腿紵龖?yīng)用及熱工測(cè)定

以中部出氣氣化爐產(chǎn)出燃?xì)鉃槿剂显谡羝仩t中代油燃燒一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1?；诖讼到y(tǒng)建設(shè)的企業(yè)能源管理中心為周邊中小企業(yè)提供蒸汽能源，有效解決了企業(yè)的用能問題，淘汰了原來各廠家自行建設(shè)的燃煤、燃油小鍋爐。

代油燃燒系統(tǒng)的燃?xì)鈮毫μ卣魇菤饣癄t內(nèi)為0.5 kPa左右微正壓，鍋爐爐膛為0.5 kPa左右微負(fù)壓，因此氣化爐產(chǎn)出的可燃?xì)饪梢栽跉饣癄t正壓驅(qū)動(dòng)下向鍋爐爐膛輸送，而氣化爐微正壓與鍋爐爐膛微負(fù)壓是在氣化爐鼓風(fēng)機(jī)、燃燒器配風(fēng)、及鍋爐引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量控制下實(shí)現(xiàn)的。

鍋爐輸出蒸汽的應(yīng)用對(duì)象為以食品加工、紡織、酒店等企業(yè)為主，蒸汽壓力范圍一般在0.3 MPa～1.2 MPa，對(duì)應(yīng)的蒸汽溫度為133℃～188℃，輸出的蒸汽壓力允許偏差范圍為1%～3%。輸出蒸汽壓力的調(diào)節(jié)是基于控制氣化爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量實(shí)現(xiàn)的，氣化爐鼓風(fēng)量直接影響生物質(zhì)燃?xì)獾妮敵隽?，進(jìn)而影響鍋爐燃料供給量，系統(tǒng)自適應(yīng)智能控制原理如圖3[7]。系統(tǒng)運(yùn)行的熱工測(cè)定數(shù)據(jù)基于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)采樣后在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集樣品及數(shù)據(jù)包括氣化爐的空氣供應(yīng)量、供給氣化爐的生物質(zhì)木料及供應(yīng)量、鍋爐燃燒器入口處的生物質(zhì)燃?xì)?、鍋爐輸出蒸汽量。

圖3 基于蒸汽壓力的氣化爐鼓風(fēng)控制原理圖Fig. 3 Control principle diagram of air supplied to gasifier based on steam pressure

3.1 生物質(zhì)燃?xì)饨M分與熱值

由Agilent 7980A氣相色譜儀檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)的生物質(zhì)燃?xì)饨M分與熱值如表2。

燃?xì)獾蜔嶂礠DWJ按下式計(jì)算[單位：kJ/(N·m3)]：

取VN=46.71%，QDWJ=6 272.33 kJ /(N·m3)（表2）。其中，VN為N2的體積百分比，QDWJ為輸出燃?xì)獾牡臀粺嶂?，燃?xì)鈽悠凡蓸臃绞綖闅饣癄t穩(wěn)定運(yùn)行后在燃燒器入口處每隔10 min采樣一次。

表2 燃?xì)饨M分與熱值Table 2 Biomass gas composition and LHV

3.2 收到基生物質(zhì)木料的工業(yè)及元素分析

收到基生物質(zhì)木料來自家具廠生產(chǎn)剩余邊角料，無需經(jīng)過破碎烘干即可直接投放，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 生物質(zhì)木料的工業(yè)分析及元素分析Table 3 Proximate and ultimate analysis data of biomass

3.3 焦油的工業(yè)分析

生物質(zhì)氣化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的焦油成分較復(fù)雜，焦油的存在對(duì)氣化燃?xì)獾睦卯a(chǎn)生很大影響。通過元素分析可知，生物質(zhì)焦油主要由C、H、O，及少量的N組成，表4列出實(shí)測(cè)收到焦油樣品的元素分析，表5給出氣化燃?xì)饷块g隔10 min的焦油含量。

表4 焦油的元素分析Table 4 Elemental analysis of biomass tar

由表5得出單位體積燃?xì)庵薪褂偷钠骄喀裈AR=32.23 g/(N·m3)。經(jīng)測(cè)試，焦油高位發(fā)熱量為22 700 kJ/kg，低位發(fā)熱量QTAR為20 853 kJ/kg。

表5 焦油在燃?xì)庵械暮縏able 5 Tar content in biomass gas

3.4 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間，記錄日間正常供汽時(shí)段的氣化爐加料量、空氣供應(yīng)量、蒸汽產(chǎn)量等數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 6 Operation data of the system

4 氣化爐運(yùn)行的熱能計(jì)算

4.1 燃?xì)猱a(chǎn)量

氣化后的燃?xì)猱a(chǎn)量以氮平衡法計(jì)算，即忽略生物質(zhì)木料中的氮含量，而氣化鼓風(fēng)中的氮含量與氣化所得燃?xì)獾牡肯嗟龋諝獾堪?9%計(jì)，由下式可計(jì)算出平均燃?xì)猱a(chǎn)量（V）。

折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的燃?xì)猱a(chǎn)量（V0）：

其中，T是取樣時(shí)的鼓風(fēng)溫度，為25℃；P為取樣時(shí)的大氣壓力，Pa。

4.2 氣化爐輸出功率計(jì)算

氣化爐輸出功率由三部分構(gòu)成：（1）燃?xì)獾臒峁β剩唬?）燃?xì)庵薪褂偷臒峁β?；?）燃?xì)饧敖褂偷娘@熱功率。

（1）燃?xì)獾娜紵裏峁β剩≒1）：

其中，GDWJ為燃?xì)獾牡臀粺嶂怠?/p>

（2）焦油的燃燒熱（P2）：

其中，ρTAR為焦油含量，QTAR為焦油的低位熱值。

（3）按燃?xì)饨M分計(jì)算的定壓比熱Cp（0℃）為1.32 kJ/(m3·℃)，Cp（200℃）為1.349 kJ/(m3·℃)。

燃?xì)怙@熱（P31）為：

T℃時(shí)焦油的比熱為：Cp焦油（T℃）=1.73 + 0.0025T，由此算得Cp焦油（200℃）=2.23 kJ/(kg·℃)。

焦油顯熱（P32）為：

總顯熱（P3）為：

（4）氣化爐輸出總功率（Q）：

（5）氣化爐總熱量轉(zhuǎn)換率η0，即氣化爐每小時(shí)輸出的總熱量與氣化爐消耗木料所含熱量之比：

其中，GW為每小時(shí)供給氣化爐的生物質(zhì)木料量，QDW為生物質(zhì)木料干基低熱值。

4.3 氣化效率（η）

冷氣體的氣化效率由下式計(jì)算：

4.4 氣化爐鍋爐一體化系統(tǒng)的總能熱效率

由表6數(shù)據(jù)可得單位質(zhì)量木料的蒸汽產(chǎn)量GSTM==4.70 （kg）。每千克蒸汽在0.4 MPa（溫度為151.85℃）下的焓為2 748.5 kJ，鍋爐平均回水溫度70℃，熱焓290 kJ/kg，每千克蒸汽實(shí)際獲得的熱焓HSTM=2 748.5–290=2 458.50（kJ/kg）。因此系統(tǒng)總能熱效率為：

其中，QW為收到基生物質(zhì)木料低熱值。

4.5 焦油及燃?xì)怙@熱的熱效率

焦油及燃?xì)怙@熱熱效率由下式計(jì)算：

4.6 運(yùn)行結(jié)果分析

氣化爐所生產(chǎn)的可燃?xì)饣径紴楸?所列的組分，不同的廢木料生產(chǎn)氣體組分有略微差別，但變化不大，主要以H2、N2、CH4、CO和CO2等為主，其中可燃?xì)怏w主要為H2、CH4、CO和少量的C2H2、C2H4和C2H6等，燃?xì)獾牡蜔嶂刀荚? MJ/(N·m3)以上。焦油和氣體顯熱占?xì)饣癄t輸出總熱功率的13.23%，這部分熱量的利用，正是焦油成分隨可燃?xì)庵苯尤紵岣呦到y(tǒng)熱效率的主要原因。氣化爐采用中部出氣結(jié)構(gòu)使原料在干燥區(qū)釋出的水分向下流動(dòng)，經(jīng)高溫?zé)岱纸鈪^(qū)參加氣化反應(yīng)，提高產(chǎn)出氣熱值，與常規(guī)上吸式氣化爐相比[8]，燃?xì)庵蠧O2組分明顯減少，而CO組分顯著增加，燃?xì)鉄嶂祻? MJ提高到6 MJ以上，冷氣體氣化效率達(dá)到75.06%，含焦油及氣體顯熱的氣化爐熱效率達(dá)86.51%，生物質(zhì)燃?xì)獯腿紵惑w化系統(tǒng)的總能轉(zhuǎn)換效率為73.7%。

5 鍋爐排放及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 鍋爐尾氣排放

生物質(zhì)燃?xì)馊紵骃O2、NOx和灰分排放量比化石燃料要小得多，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表7，均顯著低于《大氣污染物排放限值》（DB44/27-2001）第1時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)，無需對(duì)鍋爐尾氣治理即可直接排放[9]。

表7 鍋爐尾氣排放數(shù)據(jù)Table 7 Emission data of boiler

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

本系統(tǒng)在東莞市某五星級(jí)酒店的實(shí)際應(yīng)用證明其經(jīng)濟(jì)效益顯著，該酒店每天用蒸汽24 t，改造前鍋爐以重油為燃料，改造后用生物質(zhì)燃?xì)鉃槿剂希灰?～3.5 t廢木料氣化產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)獾哪芰颗c1 t重油所產(chǎn)生的能量相當(dāng)，參照目前的市場(chǎng)價(jià)格，3 t廢木料只需1 500元左右，而1 t重油卻要3 500元，原料成本節(jié)省57%。

6 結(jié) 論

目前針對(duì)蒸汽鍋爐的生物質(zhì)能源改造仍以生物質(zhì)成型燃料為主，燃燒成型燃料如煙氣處理不當(dāng)，PM2.5超標(biāo)排放將影響空氣環(huán)境，因此廣東珠三角地區(qū)在大面積推廣生物質(zhì)成型燃料幾年后已不再審批新增項(xiàng)目。中部出氣的上吸式氣化爐及生物質(zhì)氣化燃?xì)庠谡羝仩t中替代煤、油或天然氣應(yīng)用具有成本、環(huán)保、政策方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，可以有效解決中小企業(yè)的用能問題，達(dá)到節(jié)能減排的目的，如有效解決焦油二次污染問題，其逐漸走向規(guī)?；瘧?yīng)用只是時(shí)間問題。

符號(hào)表：

QDWJ燃?xì)獾牡臀粺嶂?，kJ/(N·m3)；

QHW燃?xì)獾母呶粺嶂担琸J/(N·m3)；

QDW生物質(zhì)木料干基低熱值，kJ/kg；

QW收到基生物質(zhì)低熱值，kJ/kg；

ρTAR單位體積燃?xì)庵薪褂偷暮浚?；

QTAR焦油熱值，kJ/kg；

VGAS每小時(shí)氣化爐鼓風(fēng)量，m3；

GW每小時(shí)供給氣化爐的生物質(zhì)木料量，kg；

GSTM每小時(shí)鍋爐的蒸汽產(chǎn)量，kg；

HSTM每千克蒸汽獲得的熱焓，kJ/kg；

Vo 揮發(fā)分（生物質(zhì)工業(yè)分析），%；

As 灰分（生物質(zhì)工業(yè)分析），%；

Fc 固定碳（生物質(zhì)工業(yè)分析），%；

H2O 生物質(zhì)水分，%。

[1] 楊帥, 楊樹斌, 甘云華, 等. 生物質(zhì)成型燃料熱解特性及動(dòng)力學(xué)研究[J]. 節(jié)能技術(shù), 2010, 28(161): 199-205.

[2] 熊昌國(guó), 庹洪章, 張 蕓. 生物質(zhì)燃?xì)夂娓杉Z食的試驗(yàn)和應(yīng)用研究[J]. 四川農(nóng)機(jī), 2005(2): 28-30.

[3] 王建安, 劉國(guó)順. 生物質(zhì)燃燒鍋爐熱水集中供熱烤煙設(shè)備的研制及效果分析[J]. 中國(guó)煙草學(xué)報(bào), 2012, 18(6): 32-37.

[4] 梁先林. 生物質(zhì)燃?xì)馓娲加透脑煸阱仩t中的運(yùn)用[J].廣東化工, 2013, 40(251): 89-90.

[5] 杜海江, 徐冰嬿, 李宗楠, 等. 中部出氣的上吸式固定床氣化爐及其自動(dòng)控制的料斗供料系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 應(yīng)用能源技術(shù), 2015(1): 23-28.

[6] 徐冰嬿, 羅曾凡, 陳小旺, 等. 上吸式氣化爐的設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J]. 太陽能學(xué)報(bào), 1988, 9(4): 358-368.

[7] 杜海江, 徐冰嬿, 李宗楠, 等. 基于鍋爐出口蒸汽壓力的生物質(zhì)氣化熱能轉(zhuǎn)換一體化系統(tǒng)的自適應(yīng)智能控制[J]. 新能源進(jìn)展, 2014, 2(2): 104-110.

[8] 劉國(guó)喜, 莊新姝. 生物質(zhì)氣化爐[J]. 農(nóng)村能源, 1999, 88(6): 17-19.

[9] 陸長(zhǎng)清, 劉光華. 秸桿生物質(zhì)在上吸式固定床氣化爐中的氣化特性分析[J]. 江西科學(xué), 2013, 31(5): 647-650.

The Improved Updraft Fixed-bed Biomass Gasifier and Its Application in Steam Boiler Instead of Fuel Oil

DU Hai-jiang1, GUO Chang-qing2, XU Bing-yan2, LI Zong-nan2, LIU Guang-hua3
(1. Chinese Academy of Sciences Guangzhou Electronic Technology Co., Ltd., Guangzhou 510070, China；2. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China；3. Dongguan Baida New Energy Shares Co., Ltd., Dongguan 523808, China)

For biomass energy transformation in steam boilers, gasification gas has more advantages than coal or oil, such as cost, environmental protection, and policy benefits. However, we must solve the problem of secondary pollution out of tar in its application. In this paper, firstly we propose an improved technical solution, which can produce high heat value, low tar content biomass gas by updraft fixed-bed biomass gasifier with gas outlet in the middle position, and the tar composition burned directly in boiler furnace with biomass gas. Based on the technical solution, we take 2 T/h steam boiler for example to design and calculate the main structure parameters of the gasifier. Next, we provide an intelligent adaptive control on air supply of gasifier according to steam pressure. Finally, the feasibility and efficiency of biomass gas as a new boiler fuel was proved through the test data in practical application cases.

biomass gas； biomass boiler； fuel of boiler； improved updraft fixed-bed biomass gasifier

TK6；TP273+.2

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2015.03.003

2095-560X（2015）03-0177-07

杜海江（1964-），男，高級(jí)工程師，從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)及工業(yè)自動(dòng)化工程應(yīng)用工作。

2015-02-06

2015-03-16

廣東省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)公關(guān)項(xiàng)目（2012A032300003）；廣東省重大科技專項(xiàng)（2012A080103002）；廣東省重大科技專項(xiàng)（2013B091300001）

? 通信作者：杜海江，E-mail：duhj88@163.com