精选生物质气化技术的应用现状及其发展趋势

精选生物质气化技术的应用现状及其发展趋势内容摘要：

气和一氧化碳等。 这些 气体和挥发份组成了可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料 的转化过程。 第 节 气化过程中的几个基本参数 （ 1） 当量比 当量比指自供热气化系统中，单位生物质在气化过程所消耗的空气 (氧气 )量与完全燃烧所需要的理论空气 (氧气 )量之比。 是气化过程的重要的控制参数。 当量比大，说明气化过程消耗的氧量多，反应温度升高，有利于气化反应的进行，但燃烧的生物质份额增加，产生的 CO2 量增加，使气体质量下降，理论最佳当量比为 028，由于原料与气化方式的不同，实际运行中，控制的最佳当量比在 ~ 之间。 （ 2） 气体 产率 气体产率是指单位质量的原料气化后所产生气体燃料在标准状态下的体积。 （ 3） 气体热值 气体热值是指单位体积气体燃料所包含的化学能。 气体燃料的低值简化计算公式为： Qv=126CO+108H2+359CH4+665CnHm (21) Qv— 气体热值， KJ/m3， CnHm— 不饱和碳氢化合物 C2 与 C3 的总和。 （ 4） 气化效率 气化效率是指生物质气化后生成气体的总热量 与气化原料的总热量之比。 它是衡量气化过程的主要指标。 ）原料热值（ ）干冷气体率（）冷气体热值（）气化效率（ kgKJ kgKJ / /mm/%33 ?? （ 22） （ 5） 热效率 热效率为生成物的总热量与总耗热量之比。 （ 6） 碳转换率 碳转换率是指生物质燃料中的碳转换为气体燃料中的碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。 它是衡量气化效果的指标之一。 （ 7） 生产强度 生产强度指单位时间内每单位反应炉截面积处理原料的能力。 GvHCCHCOCO mc )273/298( %%%12 n42 ? ????? （ 23） 第 节 气化技术的分类 生物质气化有多种形式，如果按气化介质分，可分为使用气化介质和不使用气化介质两种，不使用气化介质有干馏气化；使用气化介质则分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、水蒸气 — 氧气混合气化和氢气气化等，如图 21 所示 图 21 生物质气化的形式 （ 1）干馏气化 干馏气化其实是热解气体的一种特例。 它是在完全无氧或只提供极有限的氧使气化不至于大量发生情况下进行的生物质热解，也可描述 成生物质的部分气化。 它主要是生物质的挥发分在一定温度作用下进行挥发，生成四种产物：固体碳、木焦油和木醋液 (可凝挥发物 )与气化气 (不可凝挥发物 )。 由于干馏气化是吸热反应，应在工艺中提供外部热源以使反应进行。 （ 2）空气气化 以空气为气化介质的气化过程。 空气中的氧气与生物质中的可燃组分进行氧化反应，产生可燃气，反应过程中放出的热量为气化反应的其他过程即热分解与还原过程提供所需的热量，整个气化过程是一个自供热系统。 但由于空气中含有 79%的氮气，它不参加气化反应，却稀释了燃气中可燃组分的含量，其气化气中氮气含量高 达 50%左右，因而降低了燃气的热值气体，热值在 5MJ／ m3 左右。 由于空气可以任意取得，空气气化过程又不需要外供热源，所以，空气气化是所有气化过程中最简单也最易实现的形式，因而这种气化技术应用较普遍。 （ 3）氧气气化 氧气气化是指向生物质燃料提供一定氧气，使之进行氧化还原反应，产生可燃气，但没有情性气体 N2，在与空气气化相同的当量比下，反应温度提高，反应速率加快，反应器容积减小，热效率提高，气化气热值提高一倍以上。 在与空气气化相同反应温度下，耗氧量减少，当量比降低，因而也提高了气体质量。 氧气气化的气体产生物热值与城市煤气相当。 在该反应中应控制氧气供给量，既保证生物质全部反应所需要的热量，又不能使生物质同过量的氧反应生成过多的二氧化碳。 氧气气化生成的可燃气体的主要成分为一氧化 碳、氢气及甲烷等，其热值为 15000KJ／ m3 左右，为中热值气体。 (4)水蒸气气化 水蒸气气化是指水蒸气同高温下的生物质发生反应，它不 仅包括水蒸气与碳的还原反应。 尚有 CO 与水蒸气的变换反应等各种甲烷化学反应以及生物质在气化炉内的热分解反应等，其主要气化反应是吸热反应过程，因此，水蒸气气化的热源来自外部热源及蒸汽本身热源。 水蒸气气化的热源来自外部热源及蒸汽本身热源，但反应温度不能过高，该技术较复杂，不宜控制和操作。 （ 5）水蒸气 — 氧气混合气化 水蒸气 — 氧气混合气化是指空气 (氧气 )和水蒸气同时作为气化质的气化过程。 从理论上分析，空气 (或氧气 )— 水蒸气气化是比单用空气或单用水蒸气都优越的气化方法。 一方面，它是自供热系统，不需要复杂的外供热源；另 一方面，气化所需要的一部分氧气可由水蒸气提供，减少了空气 (或氧气 )消耗量，并生成更多的 H2 及碳氢化合物，特别是在有催化剂存在的条件下， CO 变成 CO2 反应的进行，降低了气体中 CO 的含量，使气体燃料更适合于用作城市燃气。 （ 6）氢气气化 氢气气化是使氢气同碳及水发生反应生成大量的甲烷的过程，其反应条件苛刻，需在高温高压且具有氢源的条件下进行。 其气化气热值可达 22260— 26040kJ／ m3，属高热值气化气，此类气化不常应用。 表 2— 1 为不同气化技术的气化特性 气化装置类型 空气气化炉 氧气气化炉 水蒸气气化炉 氢气气化炉 气化剂 空气 氧气 水蒸气 氢气 热值 /(kj/m3) 4200~7560 10920~18900 22260~26040 用途 锅炉、干燥、动力 区域管网、合成燃料、氨 工艺热源、管网 第 节 生物质气化的主要设备 气化炉的定义：用来气化固体燃料的设备叫做气化炉。 气化炉是生物质气化系统中的核心设备，生物质在气化炉内进行气化反应，生成可燃气。 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，其各种类型见图 22。 图 22 生物质气化炉的分类 所谓固定床气化炉，是指气流在通过物料层时，物料相对于气流来说，处于静止状态，因此称做固定床。 一般情况下，固定床气化炉适用于物料为块状及大颗粒原料。 固定床气化炉具有以下优点： ① 制造简便，有很少的运行部件； ② 较高的热效率。 其缺点为： ① 内部过程难于控制； ② 内部物质容易搭桥形成空腔； ③ 处理量小。 根据气化炉内气流运动的方向，固定床气化炉又可分为下吸式气化炉、上吸式气化炉、横吸式气化炉及开心式气化炉四种类型，如图 23 所示 图 23 固定气化床分类 在流化床气化炉中，一般采用砂子作为流化介质 (也可不用 )，由气化炉底部吹人的、向上流动的强气流使砂子和生物质物料的运行就像是液体沸腾一样漂浮起来。 所以，流化床有时也称做沸腾床。 流化床气化炉具有气、固接触，混合均匀的优点，是惟一在恒温床上反应的气化炉，反应温度一般为 750~8500C。 其气化反应在床内进行，焦油也在床内裂 解。 流化介质一般选用情性材料 (如砂子 )或非惰性材料 (石灰或催化剂 )，可增加传热效率及促进气化反应。 流化床气化炉适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质原 料，原料适应性广，可大规模、高效利用。 按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为单床气化炉、双床气化炉、循环流化床气化炉及携带床气化炉四种类型；如按气化压力，流化床气化炉可分为常压流化床和加压流化床。 固定床气化炉 如上所述，固定床气化炉分为下吸式气化炉、上吸式气化炉、横吸式气化炉和开心式气化炉。 （ 1）下吸式固定床气化炉 下吸式固定床气化炉主要由内胆、外腔及灰室组成。 内胆又分为储料区及喉管区。 储料区即是我们前面所说的物料预处理区，而喉管区则是气化反应区，储料区的容积及喉管区直径及高度是气。