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摘要：生物质固定床气化炉出渣系统是生物质气化中很重要的一个系统，一个有效的排渣系统即能快速回收碳渣又能节省人力物力，在现有传统出渣方式的基础上提出经济有效的出渣方式。
关键词：生物质气化；固定床气化炉；出渣系统，干式出渣；出渣方式
【分类号】TK6
生物能源属于新能源和可再生能源，也是一种清洁能源，生物能源的发展可降低对石油、天然气和煤炭等传统能源的依赖，对改善环境及实现可持续发展战略目标具有重大意义，是国家大力扶持的行业。生物质气化是获取生物质能源的利用方式之一，固定床气化炉是生物质气化最常用的炉型之一，出渣系统作为生物质气化主要系统之一，出渣系统是否有效可靠直接制约着生物质气化的规模化和产业化。所以，一种经济可靠的出渣系统显得尤为重要。
1 固定床气化炉排渣的基本要求
固定床气化是在完全或部分缺氧条件下，借助于部分空气（或氧气）、水蒸气的作用，使生物质挥发分中的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热裂化或催化裂化为小分子化合物，获得含CO、H2和CH4等可燃气体的过程。生物质气化后产生的灰渣主要有大量木炭和少量炉渣，出渣温度在200℃-300℃间，高温灰渣遇到空气即会马上剧烈燃烧，多余的氧气跟燃气接触会产生爆炸，所以固定床气化炉出渣在隔绝空气的情况下进行的，在排渣过程中不允许有大量空气进入固定床气化炉。
2 传统排渣方式原理及特点
在煤气化中常采用链条刮渣机出渣方式，固定床气化炉出渣斗直接伸到链条刮渣机箱体，箱体内充满水，通过水来冷却灰渣和密封。链条刮渣机由电机带动，通过底下链条上刮板将灰渣刮出后在通过输渣皮带输送到料坑储存。链条式刮渣机驱动采用标准金属滚子链，其抗拉强度和耐磨性强，在链节上焊接刮板支架，不必用刮板专用链节，增减刮板自如，灰渣密度必须是比水重，刮板能有效的与灰渣接触。
3 传统排渣方式存在的问题
链条式刮渣机在生物质固定床气化炉中应用时出现很多问题，刮渣机在运行过程中因设计、制造等原因，经常出现传动链卡链、跳链、绷断，两套圆环链因受力不均而出现不等长，刮板和壳体的刮、卡、碰等现象。主要表现在如下方面：
1）生物质气化后的灰渣主要是木炭，密度比水小，在采用水封式密封时，下渣斗水面往上段长期有大量木炭漂浮，导致水面上大量碳渣堆积，使下渣斗变形。
2）在刮渣机运行时，在上部的刮板往后运动时会把漂浮的木炭刮后部，在刮板挤压的作用下，后部木炭堆积密实，引起刮渣机卡死，在刮渣机运行过程中，由于链条的跑偏又会引起单位时间内捞出的渣偏少，导致两次排出的渣在时间间隔内不能全部捞出。随着碳渣的逐渐积累，导致刮渣机的负荷越来越大，特别是在刚排渣结束时，随着捞渣机内的渣沉积在底部，对刮板的阻力逐渐增大，导致驱动电机超电流而跳车。此外，每次排的渣都或多或少地含有一些细渣，这些细渣很容易粘在刮板上，并且在捞渣机上部脱落积累，会增加捞渣机的负荷，使捞渣机在运行过程中电流增大和链条受的力增大，导致捞渣机跳车和链条出现断裂现象。
3）随着刮渣机运行时间的延长，主链轮在和链条咬合的部位会逐渐出现磨损，在链条的强度不够时，链条也会变长。当磨损增加到一定程度时，主链轮和链条咬合后会脱不开，造成捞渣机跳车，甚至带来刮板脱落和变形，给检修工作带来很大的被动，甚至会影响生产。
4）固定床气化炉排渣过程中为保证水封效果，需不停补水和排水，产生的废水PH值在8-10之间，一来对链条式刮渣机连接处腐蚀严重，容易造成漏水，二来废水不能直接排放，需处理排放或者处理回用，这无疑增加了生产成本。
5）输渣皮带存在着回程渣量大、托辊磨损严重、皮带易跑偏、检修任务重和需要专人清渣维护等问题。存在上面问题的主要原因是因为碳渣中含有细渣，这些较细的固体会在皮带表面粘上一层，不易清除，导致回程的渣量较大，这些细渣夹杂在皮带和托辊之间，由于细渣较硬加剧了托辊的磨损和皮带跑偏。
4 改进措施
针对排渣系统存在的问题和原因，结合项目工艺特点和生产条件，考虑到固定床气化炉出渣大量木炭可以回收利用或者销售，最终提出如下改进方案：
4.1.1干式排渣系统排渣原理
固定床气化炉下安装一个高温锁气器，当排渣时，将锁气器打开，让碳渣落到灰渣仓，排完渣后，将锁气器关闭，然后启动排渣螺旋，排渣螺旋工作时，打开排渣螺旋上方的喷头，水雾和碳渣接触降温，排渣螺旋出来的碳渣通过链条刮板机输送到灰渣池。
4.1.2 干式排渣系统排渣优点
1）干式出渣系统的水消耗量为零，10台3000Nm?固定床气化炉每年节约水量为2600吨，节约水资源，无污水的排放 。
2）干式出渣系統的碳渣含水量能满足用户的要求，不需要再进行后处理即可直接销售，大大节约后续处理的费用，降低生产成本，也避免了后续处理带来的环境污染问题。
3）系统自动运行时，与水力出渣系统和传统机械出渣系统相比，系统的操作费用是可以忽略的。自动控制只需要操作人员的监督和少量维护。系统可实现连续或非连续操作，灰渣仓的存储空间足够存储固定床气化炉8小时的出渣。
4.1.3 改造费用和效益计算
根据安装公司给出的材料清单及报价，以及我们所需要配备的材料与设备，每台固定床气化炉技改的花费大约在2万元左右，十台造气炉总共的花费在20万元左右，投运后一年年可收回成本，具体效益如下：
4.1.3.1 效益计算
相对于链条式刮渣机出渣系统：每台刮渣机每天产生的废水大概是1吨，每吨废水处理费用需要3元，一年废水处理费用为7920元。因气化炉的碳渣中木炭占80%以上，故刮渣机出渣时容易堵渣，链条和刮板容易变形卡死，需经常更换维修，按运行一个月统计，平均每天需要通渣检修3次，算上人工费和维修费每年每台超1万元，十台共10万元，10台固定床气化炉整体改造完成，每年可以节省至少10万元，另外需增加一套碳渣干燥设备，花费大概在15万元。
相对于链条式刮渣机出渣系统：水力输渣系统中碳渣每年需带走约2600吨循环水，约5200元，碳渣干燥设备每年的运行费用约20万。
5 结论和建议
目前国内的水资源比较紧张，尤其是在我国的西北部地区，固定床气化炉传统链条刮渣机排渣系统和水力排渣系统的高耗水量已经严重限制了生物质气化的经济性。
与传统链条刮渣机排渣系统和水力排渣系统相比，干式出渣系统具有系统更简单、占地面积小、节约用水、无废水排放、对环境污染小、自动化程度高、运行维护费用低、碳渣综合利用范围广等特点，特别是手动炉排的固定床气化炉，因其碳渣含碳量高达80%，具有很高的经济利用价值，市场需求量大。所以，不管从改造成本还是运行成本上，干式出渣系统在固定床气化系统中更具优势，选择干式出渣系统也将成为一种趋势。
参考文献：
[1] 刘振峰 李 磊. 壳牌煤气化装置排渣系统改造[J]. 中国高新技术企业， 2013，4（247）：103-105
[2] 石文秀. 壳牌和德士古煤气化排渣系统[J]. 当代化工，2009，38（4）：426-428，438
[3] 苏 炼，刘志盛. BGL 气化炉下渣口挂渣堵塞问题分析[J].中氮肥，2013，5：15-17
[4] 谢泽宇，卫立功. 浅谈固定床机械排渣式气化炉不停炉下灰技改[J].中国化工贸易，2014，6（17）：121-123，125
关键词：生物质气化；固定床气化炉；出渣系统，干式出渣；出渣方式
【分类号】TK6
生物能源属于新能源和可再生能源，也是一种清洁能源，生物能源的发展可降低对石油、天然气和煤炭等传统能源的依赖，对改善环境及实现可持续发展战略目标具有重大意义，是国家大力扶持的行业。生物质气化是获取生物质能源的利用方式之一，固定床气化炉是生物质气化最常用的炉型之一，出渣系统作为生物质气化主要系统之一，出渣系统是否有效可靠直接制约着生物质气化的规模化和产业化。所以，一种经济可靠的出渣系统显得尤为重要。
1 固定床气化炉排渣的基本要求
固定床气化是在完全或部分缺氧条件下，借助于部分空气（或氧气）、水蒸气的作用，使生物质挥发分中的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热裂化或催化裂化为小分子化合物，获得含CO、H2和CH4等可燃气体的过程。生物质气化后产生的灰渣主要有大量木炭和少量炉渣，出渣温度在200℃-300℃间，高温灰渣遇到空气即会马上剧烈燃烧，多余的氧气跟燃气接触会产生爆炸，所以固定床气化炉出渣在隔绝空气的情况下进行的，在排渣过程中不允许有大量空气进入固定床气化炉。
2 传统排渣方式原理及特点
在煤气化中常采用链条刮渣机出渣方式，固定床气化炉出渣斗直接伸到链条刮渣机箱体，箱体内充满水，通过水来冷却灰渣和密封。链条刮渣机由电机带动，通过底下链条上刮板将灰渣刮出后在通过输渣皮带输送到料坑储存。链条式刮渣机驱动采用标准金属滚子链，其抗拉强度和耐磨性强，在链节上焊接刮板支架，不必用刮板专用链节，增减刮板自如，灰渣密度必须是比水重，刮板能有效的与灰渣接触。
3 传统排渣方式存在的问题
链条式刮渣机在生物质固定床气化炉中应用时出现很多问题，刮渣机在运行过程中因设计、制造等原因，经常出现传动链卡链、跳链、绷断，两套圆环链因受力不均而出现不等长，刮板和壳体的刮、卡、碰等现象。主要表现在如下方面：
1）生物质气化后的灰渣主要是木炭，密度比水小，在采用水封式密封时，下渣斗水面往上段长期有大量木炭漂浮，导致水面上大量碳渣堆积，使下渣斗变形。
2）在刮渣机运行时，在上部的刮板往后运动时会把漂浮的木炭刮后部，在刮板挤压的作用下，后部木炭堆积密实，引起刮渣机卡死，在刮渣机运行过程中，由于链条的跑偏又会引起单位时间内捞出的渣偏少，导致两次排出的渣在时间间隔内不能全部捞出。随着碳渣的逐渐积累，导致刮渣机的负荷越来越大，特别是在刚排渣结束时，随着捞渣机内的渣沉积在底部，对刮板的阻力逐渐增大，导致驱动电机超电流而跳车。此外，每次排的渣都或多或少地含有一些细渣，这些细渣很容易粘在刮板上，并且在捞渣机上部脱落积累，会增加捞渣机的负荷，使捞渣机在运行过程中电流增大和链条受的力增大，导致捞渣机跳车和链条出现断裂现象。
3）随着刮渣机运行时间的延长，主链轮在和链条咬合的部位会逐渐出现磨损，在链条的强度不够时，链条也会变长。当磨损增加到一定程度时，主链轮和链条咬合后会脱不开，造成捞渣机跳车，甚至带来刮板脱落和变形，给检修工作带来很大的被动，甚至会影响生产。
4）固定床气化炉排渣过程中为保证水封效果，需不停补水和排水，产生的废水PH值在8-10之间，一来对链条式刮渣机连接处腐蚀严重，容易造成漏水，二来废水不能直接排放，需处理排放或者处理回用，这无疑增加了生产成本。
5）输渣皮带存在着回程渣量大、托辊磨损严重、皮带易跑偏、检修任务重和需要专人清渣维护等问题。存在上面问题的主要原因是因为碳渣中含有细渣，这些较细的固体会在皮带表面粘上一层，不易清除，导致回程的渣量较大，这些细渣夹杂在皮带和托辊之间，由于细渣较硬加剧了托辊的磨损和皮带跑偏。
4 改进措施
针对排渣系统存在的问题和原因，结合项目工艺特点和生产条件，考虑到固定床气化炉出渣大量木炭可以回收利用或者销售，最终提出如下改进方案：
4.1.1干式排渣系统排渣原理
固定床气化炉下安装一个高温锁气器，当排渣时，将锁气器打开，让碳渣落到灰渣仓，排完渣后，将锁气器关闭，然后启动排渣螺旋，排渣螺旋工作时，打开排渣螺旋上方的喷头，水雾和碳渣接触降温，排渣螺旋出来的碳渣通过链条刮板机输送到灰渣池。
4.1.2 干式排渣系统排渣优点
1）干式出渣系统的水消耗量为零，10台3000Nm?固定床气化炉每年节约水量为2600吨，节约水资源，无污水的排放 。
2）干式出渣系統的碳渣含水量能满足用户的要求，不需要再进行后处理即可直接销售，大大节约后续处理的费用，降低生产成本，也避免了后续处理带来的环境污染问题。
3）系统自动运行时，与水力出渣系统和传统机械出渣系统相比，系统的操作费用是可以忽略的。自动控制只需要操作人员的监督和少量维护。系统可实现连续或非连续操作，灰渣仓的存储空间足够存储固定床气化炉8小时的出渣。
4.1.3 改造费用和效益计算
根据安装公司给出的材料清单及报价，以及我们所需要配备的材料与设备，每台固定床气化炉技改的花费大约在2万元左右，十台造气炉总共的花费在20万元左右，投运后一年年可收回成本，具体效益如下：
4.1.3.1 效益计算
相对于链条式刮渣机出渣系统：每台刮渣机每天产生的废水大概是1吨，每吨废水处理费用需要3元，一年废水处理费用为7920元。因气化炉的碳渣中木炭占80%以上，故刮渣机出渣时容易堵渣，链条和刮板容易变形卡死，需经常更换维修，按运行一个月统计，平均每天需要通渣检修3次，算上人工费和维修费每年每台超1万元，十台共10万元，10台固定床气化炉整体改造完成，每年可以节省至少10万元，另外需增加一套碳渣干燥设备，花费大概在15万元。
相对于链条式刮渣机出渣系统：水力输渣系统中碳渣每年需带走约2600吨循环水，约5200元，碳渣干燥设备每年的运行费用约20万。
5 结论和建议
目前国内的水资源比较紧张，尤其是在我国的西北部地区，固定床气化炉传统链条刮渣机排渣系统和水力排渣系统的高耗水量已经严重限制了生物质气化的经济性。
与传统链条刮渣机排渣系统和水力排渣系统相比，干式出渣系统具有系统更简单、占地面积小、节约用水、无废水排放、对环境污染小、自动化程度高、运行维护费用低、碳渣综合利用范围广等特点，特别是手动炉排的固定床气化炉，因其碳渣含碳量高达80%，具有很高的经济利用价值，市场需求量大。所以，不管从改造成本还是运行成本上，干式出渣系统在固定床气化系统中更具优势，选择干式出渣系统也将成为一种趋势。
参考文献：
[1] 刘振峰 李 磊. 壳牌煤气化装置排渣系统改造[J]. 中国高新技术企业， 2013，4（247）：103-105
[2] 石文秀. 壳牌和德士古煤气化排渣系统[J]. 当代化工，2009，38（4）：426-428，438
[3] 苏 炼，刘志盛. BGL 气化炉下渣口挂渣堵塞问题分析[J].中氮肥，2013，5：15-17
[4] 谢泽宇，卫立功. 浅谈固定床机械排渣式气化炉不停炉下灰技改[J].中国化工贸易，2014，6（17）：121-123，125