生物质气化机理及应用

  生物质气化机理及应用 · · 建 筑 热 能 通 风 空 调 年 生物质气化机理及应用 郑的 ’ 邵岩 ’ 李斌 ’ 福建省电力勘测设计院 济南锅炉集团有限公司 摘 要 介绍了生物质气化机理 、工艺及设备 , 并介绍了目前应用较多的生物质气化供气和生物质气化发电方式 , 指出了生物质气化技术目前面临的问题 , 提高效率和可靠性 、降低飞灰和焦油含量等是今后生物质气化技术应用 的主要研究课题 。 关键词 生物质 气化原理 气化技术应用 生物质能是指由光合作用而产生的各种有机体 , 光合作...

  · · 建 筑 热 能 通 风 空 调 年 生物质气化机理及应用 郑的 ’ 邵岩 ’ 李斌 ’ 福建省电力勘测设计院 济南锅炉集团有限公司 摘 要 介绍了生物质气化机理 、工艺及设备 , 并介绍了目前应用较多的生物质气化供气和生物质气化发电方式 , 指出了生物质气化技术目前面临的问

  , 提高效率和可靠性 、降低飞灰和焦油含量等是今后生物质气化技术应用 的主要研究课题 。 关键词 生物质 气化原理 气化技术应用 生物质能是指由光合作用而产生的各种有机体 , 光合作用利用空气中的二氧化碳和土壤中的水 , 将吸 收的太阳能转换为碳水化合物和氧气 。 生物质通常包 括农业废弃物 、木材及森林工业废弃物 、禽畜粪便 、城 镇生活垃圾以及能源作物等几种类型 。 生物质能具有 以下特点 属于可再生能源 , 可保证能源的永续 利用 种类多而分布广 ,便于就地利用 ,利用形式多 样 相关技术已经成熟 , 可贮存性好 节能 、环保 效果好 。 表 几种生物质的工业

  成分 生物质气化技术 生物质气化技术的原理 生物质气化是利用空气中的氧气或含氧物作气 化剂 ,在高温条件下将生物质燃料中的可燃部分转化 为可燃气 主要是氢气 、一氧化碳和甲烷 的热化学反 应 。 世纪 年代 , ! 首次提出了将气化技术应 用于生物质这种含能密度低的燃料 。 生物质的挥发分 含量一般在 一 , 生物质受热后在相对较低的 温度下就能使大量的挥发分物质析出 。 几种常见生物 质燃料的工业分析成分如表 所示 。 为了提供反应的热力学条件 , 气化过程需要供给 空气或氧气 , 使原料发生部分燃烧 。 尽可能将能量保 留在反应后得到的可燃气中 , 气化后的产物含有 、 及低分子的 尹。等可燃性气体 。 整个过程可分 为 干燥 、热解 、氧化和还原 。 干燥过程 。 生物质进人气化炉后 , 在热量作用 下 , 析出表面水分 。 一 ℃时为主要干燥阶段 。 热解反应 。 当温度升高到 ℃以上时开始进 行热解反应 。 在 ℃时 , 生物质就可以释放出 左右的挥发组分 , 而煤要到 ℃才能释放出大 约 的挥发分。 热解反应析出挥发分主要包括水蒸 气 、氢气 、一氧化碳 、甲烷 、焦油及其他碳氢化合物。 氧化反应 。 热解的剩余木炭与引人的空气发 生反应 , 同时释放大量的热以支持生物干燥 、热解和 后续的还原反应 , 温度可达到 一 ℃ 。 还原过程 。 还原过程没有氧气存在 , 氧化层中 的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭发生反应 , 生成 氢气和一氧化碳等。 这些气体和挥发分组成了可燃气 体 , 完成了固体生物质向气体燃料的转化过程 。 气化工艺 生物质气化有多种形式 , 如果按气化介质可以分 为使用气化介质和不使用气化两种 , 前者又可以细分 为空气气化 、氧气气化 、水蒸气气化 、氢气气化等 ,后者 有热分解气化 。 不同气化技术所得到的热值不同 , 因 年 建 筑 热 能 通 风 空 调 , 而应用领域也有所不同 。 如表 所示为不同气化工 艺技术产生可燃性气体的热值及其主要的用途。 表 不同气化工艺技术的用途 , 化技 术 可娜气体 热值

  状态 〕 气化设备 气化炉是生物质气化反应的主要设备 。 按气化炉 的运行方式不同 , 可以分为固定床 、 流化床和旋转床 三种类型 。 国内 目前生物质气化过程所采用的气化 炉主要为固定床气化炉和流化床气化炉 。 固定床气化 炉和流化床气化炉又有多种不同的形式 , 其各种类型 如图 所示 。 下下叫称弋固定床气化炉炉 物物质气僻 卜卜卜 厂颐面卡气化炉 一一 人炉栅下部的灰室 。 燃气呈水平流动 , 故称作横吸式 气化炉 。 该气化炉的燃烧区温度可达到 ℃ , 超过 灰熔点 , 容易结渣 。 因此该炉只适用于含焦油和灰分 不大于 的燃料 , 如无烟煤 、焦炭和木炭等 。 流化床气化炉 流化床燃烧技术是一种先进的燃烧技术 。 流化床 气化炉的温度一般在 一 ℃ 。 这种气化炉适用于 气化水分含量大 、热值低 、着火困难的生物质物料 ,但 是原料要求相当小的粒度 , 可大规模 、高效的利用生物 质能 。 按照气固流动特性不同 , 流化床气化炉分为鼓 泡床气化炉 、循环流化床气化炉 、双流化床气化炉和携 带床气化炉 。 鼓泡床中气流速度相对较低 , 几乎没有固体颗粒 从中逸出 。 循环流化床气化炉中流化速度相对较高 , 从床中带出的颗粒通过旋风分离器收集后 , 重新送人 炉内进行气化反应 。 双流化床与循环流化床相似 ,如图 所示 ,不同的 是第 级反应器的流化介质在第 级反应器中加热 。 在第 级反应器中进行裂解反应 , 第 级反应器中进 行气化反应 。 双流化床气化炉炭转化率较高。 图 生物质气化炉的分类 固定床气化炉 固定床气化炉 月是一种传统的气化反应炉 , 其运 行温度大约为 ℃ 。 固定床气化炉可以分为上吸 式 、下吸式和横吸式气化炉 。 上吸式气化炉中 , 生物质原料由炉顶加人 , 气化 剂由炉底部进气 口加人 , 气体流动的方向与燃料运动 的方向相反 , 向下流动的生物质原料被向上流动的热 气体烘干 、裂解 、气化 。 其主要优点是产出气在经过裂 解层和干燥层时 , 将其携带的热量传递给物料 , 用于 物料的裂解和干燥 , 同时降低 自身的温度 , 使炉子的 热效率提高 ,产出气体含灰量少 。 下吸式气化炉中 , 生物质由顶部的加料口投人 , 气化剂可以在顶部加人 ,也可以在喉部加人 。 气化剂 与物料混合向下流动 。 该炉的优点是 ,有效层高度几 乎不变 、气候强度高 、工作稳定性好 、可以随时加料 ,而 且气化气体中焦油含量较少 。 但是燃气中灰尘较多 , 出炉温度较高。 横吸式气化炉中 , 生物质原料 由气化炉顶部加 人 ,气化剂从位于炉身一定高度处进人炉 内 , 灰分落 图 双循环流化床示意图 携带床气化炉是流化床气化炉的一种特例 , 其运 行温度高达 一 ℃ , 产出气体中焦油成分和冷 凝物含量很低 , 碳转化率可以达到 。 生物质气化技术的应用 生物质气化供气 生物质气化供气技术是指气化炉产出的生物质 燃气 ,通过相应的配套装备 ,完成为居民供应燃气的技 术。 生物质气化供气系统工艺

  如图 所示 。 生物质原料首先经过处理达到气化炉的使用条 件 ,然后由送料装置送人气化炉中 , 不同类型的气化炉 需要配备不同的送料装置 。 所产生的可燃气体 , 在净 化器中除去灰尘和焦油等杂质 。 经过净化后的气体经 过水封 , 由鼓风机送人储气罐中 ,水封相当于一个单向 建 筑 热 能 通 风 空 调 年 阀 , 只允许燃气向储气罐中流动。 储气罐出口 的阻火 器是一个重要的安全设备 。 最后 ,燃气通过燃气供应 网统一输送给用户 。 空气 豁 离 过洲目一斡伞二解务寻气厂了、科卜卜 汁少州 二 下二二一传铸一礼一二毒一 一一一—, 服。 卜一 介 聋 图 生物质整体气化联合循环工艺流程图 图 生物质气化供气系统工艺流程图 生物质气化技术面临的问题及展望 目前 , 生物质气化供气技术已经在山东 、辽宁 、吉 林 、安徽等十几个省市推广开来 , 已经成功气化的生 物质包括玉米芯 、玉米秸 、棉柴和麦秸等 。 生物质气化发电技术 生物质气化发电技术是目前研究与应用最多 、装 备最为完善的技术 。 目前 , 主要有三种方式 作为蒸汽锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽 轮机发电 。 这种方式对气体要求不是很严格 , 直接在 锅炉内燃烧气化气 。 气化气经过旋风分离器除去杂质 和灰分后即可使用 。 燃烧器在气体成分和热值有变化 时 ,能够保持稳定的燃烧状态 ,排放污染物较少 。 在燃气轮机内燃烧带动发电机发电 。 这种方式 对气体的压力有要求 ,一般为 一 留 , 。 该种技术 存在灰尘 、杂质等污染问题 。 在内燃机内燃烧带动发电机发电 。 这种方式应 用广泛 , 效率高。 但是该种方法对气体要求极为严格 , 气化气必须经过净化和冷却处理 。 大型的生物质气化发电系统均采用燃气轮机发 电机 ,这是目前世界上最先进的生物质发电技术 。 该 系统包括两种发电技术 整体气化联合循环 和 整体气化热空气循环 。 由于燃气轮机系统发电后排放 的尾气温度大于 ℃ , 所以增加余热锅炉和过热器产生蒸汽 , 再利用 蒸汽循环 , 可以有效提高发电效率 , 这就是生物质整 体气化联合循环 ,其发电工艺流程如图 所示 。 该系统 由物料预处理设备 、气化设备 、净化设备 、 换热设备 、燃气轮机 、蒸汽轮机等发电设备组成 。 功率 范围在 一 ,整体效率可以达到 。 整体气化热空气循环 技术正处于开发 阶段 , 它和 的主要区别在于用一个燃气轮机代 替了后者的燃气轮机和汽轮机 。 由水蒸气和燃气的混 合工质通过燃气轮机输出有用功 ,其整体效率可以达 到 ,有望成为 世纪的新型发电技术 。 生物质能在我国是仅次于煤炭 、石油和天然气的 第四种能源资源 ,在能源系统中占有重要地位。 当前 , 生物质气化技术在实际利用过程中 ,还存在以下几个 主要问题 生物质灰熔点低 、碱金属元素含量高 , 直接燃烧 易结焦和产生高温碱金属元素腐蚀 生物质气化时 ,渣与飞灰的含碳量较高 , 气化效 率低 燃气中焦油含量高 , 容易导致产生含焦废水以 及影响设备的正常运行 目前气化发电机组的尾气余热回收效果不好 , 造成整个系统效率较低。 所以 , 降低燃气中的飞灰和焦油含量 、提高系统效 率和可靠性是今后利用生物质气化技术的主要研究 方 向 。 我国生物质能资源十分丰富 , 仅各类农业废弃 物的资源每年即有 气标准煤 , 薪柴资源量为 阮标准煤 。 第 巧 次世界能源大会将生物质气化 技术确定为优先开发的新能源技术之一 。 目前 , 我国 已经建立了 个以上的生物质气化应用

  , 连续 运行的经验表明 , 生物质气化技术对处理大量的农作 物废弃物 、减轻环境污染 、提高人民生活水平等多方面 都发挥着积极的作用 。 参考文献 吴正舜 , 吴创之 , 郑舜鹏 级生物质气化发电示范工程 的设计研究 能源工程 , , 一 峨 曲 · · · , , 一 李传统 新能源与可再生能源技术 南京 东南大学出版社 , 骆仲涣 , 张冀强 , 姚向军 中国生物质能利用技术评价 ‘ 中国能 源 , , 并 刘荣厚 , 牛卫生 , 张大雷 生物质热化学转换技术 , 北京 化学 工、卜出版社

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