2 生物质气化燃烧系统
2.1 原料
本气化系统以枝丫、造材截头、木块、板皮、次小薪材等农林废弃物加工而成的木片为原料，符合国家及地方以“三剩物”和次小薪材为原料生产加工的资源综合利用产品相关优惠
政策[8-10]。常用生物质的主要特性如表1所示。
表1 生物质特性
生物质
水分(ad)
元素分析（ad）w/%
工业分析（ad）w/%
高位热值（ad）
w/%
碳
氢
氧
氮
硫
挥发分
固定碳
灰分
/MJ·kg-1
枝丫
8.31
46.04
5.17
45.90
0.20
0.01
78.07
17.21
2.67
17.89
造材截头
8.16
44.52
5.25
47.01
0.19
0.01
77.64
16.65
2.99
17.40
木块
8.13
45.07
5.42
46.23
0.24
0.01
76.37
17.82
3.03
17.36
板皮
8.52
43.65
5.28
48.63
0.19
0.02
78.95
16.67
2.21
17.98
次小薪材
8.04
45.25
5.06
46.78
0.23
0.02
76.16
17.67
2.62
17.67
木片
8.04
45.16
5.12
47.48
0.18
0.01
74.25
16.24
2.03
17.25
2.2 气化系统
本气化系统以中国科学院广州能源研究所自主研发的新型固定床作为气化反应器[11]，经过对相关气化设备不断完善，已分别在工业锅炉、不锈钢退火炉、熔铝炉等场合进行试用，该生物质气化炉性能日趋稳定，处理能力不断提高，原料适应性也越来越强，可以木片、成型颗粒、棕榈壳等作为原料，单炉原料处理能力可达2t/h。每台气化炉的输出热容量约为25GJ/h，可满足2台20t熔铝炉（热负荷以12GJ/h计算）的燃气用量要求。
本气化炉可以空气、氧气、水蒸气等作为气化介质，通过改变气化介质可调节生物质燃气组分及热值。本工艺的产品生物质燃气符合《高新技术企业认定管理办法》中国家重点支持的高新技术领域中第六项“新能源及节能技术”的“生物质气化和液化技术”的产品要求，属于高新技术产品[12]。最常用的空气气化过程所生产的生物质燃气主要组分如下：（22±2）%CO，（11.5±2）%H2，（10±2）CO2，（47±2）%N2，（3.0±1）%CH4，（0.5±0.3）%C2Hx，以及其它等。其低位热值在5.0MJ/Nm3～6.0MJ/Nm3之间，可燃气体温度约为400℃左右，在高温引风机作用下，经除尘净化后送入燃烧系统，在熔铝炉中直接燃烧温度最高可达1250℃，可满足熔铝炉生产过程对温度的要求。
2.3 燃烧系统
空气气化所生产生物质燃气为含有少量焦油（以气态形式存在）等杂质高温低热值燃气，针对生物质燃气的特性，并结合熔铝炉原燃烧系统特性，专门开发生物质低热值燃气-燃油混烧装置，正常情况下以生物质燃气作为燃料，在紧急情况下使用燃油作为备用燃料，保证燃烧过程的稳定、高效和安全。
熔铝炉原燃烧系统中未安装废气余热利用设备，为充分利用废气所携带的热量，提高系统热效率，改造后燃烧系统中采用连续式蓄热燃烧技术，该技术可以很好的克服火焰切换式蓄热燃烧方式的缺点，在蓄热燃烧系统工作过程中，通过换向装置可以实现向燃烧器连续供应热空气，燃气的供应不需要停止，不需切换，比较合适于生物质低热值燃气的特性；同时，可以在蓄热状态下实现单个火焰的连续燃烧，火焰的强度和燃气气氛也可以调节，比较合适于熔铝炉中的燃烧。
3 熔铝炉系统改造前后运行特性
现有20t熔铝炉（卧式矩形火焰反射炉）的主要运行参数如表2所示：
表2 现有熔铝炉主要参数
序号
项目
技术参数
备注
1
熔铝炉最大热负荷
～12GJ/h
单炉功率
2
熔铝炉膛温度
～1100℃
3
铝液温度
700～760℃
4
排烟温度
400～900℃
无余热利用设备
5
熔铝炉内压力
+200～300Pa
6
熔铝炉生产能力
20吨/周期
每周期6～8小时
7
燃烧系统
燃油燃烧系统
无余热利用设备
8
燃料热值
～40MJ/kg
180#重油
9
燃料消耗量
0～300kg/h波动
每生产周期共约1.6t
10
单位产品能耗
～80kg/t?Al
现有熔铝炉生产周期在6～8h内波动，在每个生产周期中，燃烧器累计开启时间在4～5.5h范围内无序波动，为了满足熔铝炉正常生产的需要，改造后的熔铝炉运行参数如表3所示。
表3 改造后熔铝炉主要技术参数
序号
项目
技术参数
备注
1
生产周期
6～8h/周期
其中开火时间累计4～5.5h
2
熔铝炉生产能力
20吨/周期
每周期6～8小时
3
炉膛温度
～1100℃
最高可达1250℃
4
蓄热器入口烟气温度
400～900℃
熔炉启动初期温度较低
5
蓄热器
出口烟气温度
150～200℃
受蓄热器入口烟气温度影响
6
预热空气温度
最高约650℃
受烟气温度影响
7
铝液温度
700～760℃
735±5℃为佳
8
炉内压力
微正压
有时微负压
9
熔铝炉燃料
生物质燃气
350～450℃，5.0～6.0MJ/Nm3
10
燃气消耗量
0～2000Nm3/h波动
每生产周期共约9000 Nm3
从实际运行情况看，利用生物质固定床气化炉和蓄热式燃烧装置可以满足现有熔铝炉的工艺要求。
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