生物质气化技术研究进展
来源:未知    发布时间:2020-08-07    

摘要:叙说了生物质气化技能的分类、原理、气化炉特色。介绍 了生物质气化技能在国内外的展开现状,阐明晰生物质气化技能需求处理的问题,提出了我国生物质气化技能的展开方向。

关键词:生物质气化;气化炉;气化功能;展开方向

1、前语

动力和环境问题已成为全球注重的焦点,跟着动力消耗的敏捷增长,化石燃料的很多运用带来了严峻的环境污染和生态损坏,再加上惯例动力如煤、石油、天然气等资源量的日益减少,开发洁净的可再生动力成为了可持续展开的迫切需求。与此一起,生物质能在可再生动力中,是地球上仅有能够储存和可运送的清洁动力,资源量大,散布广,开发潜力巨大。

生物质能要真实成为矿藏燃料的代替动力,其关键是要将能量密度低的低档次的生物质能转变成高档次动力。怎么有效地将生物质转化为洁净、高效的高档次动力,是该范畴现在的首要研讨课题。当时,生物质能转化技能首要包含生物质气化、液化、固化以及直接焚烧技能。生物质能气化技能便是其间重要的手法之一。

我国因为地域宽广,生物质资源丰富而电力供应相对严重,生物质气化发电具有较好的生存条件和展开空间,所以在我国大力展开生物质气化发电技能能够最大极限地表现该技能的优越性和经济性。

2、生物质气化原理与工艺

2.1生物质气化原理

生物质气化是指生物质质料约束成型或经简略的破碎加工处理后,在欠氧条件下,送入气化炉中进行气化裂解,得到可 燃气体并进行净化处理而取得产品气的进程。其原 理是在必定的热力学条件下,借助于部分空气、水蒸气的效果,使生物质的高聚物发作热 解、氧化、复原、重整反响,热解伴生的焦油进一步热 裂化或催化裂化为小分子碳氢化合物,取得含 CO、H2 和 CH4 的气体。因为生物质由纤维素、半纤维素、木质素、慵懒灰等组成,含氧量和蒸发分高,焦炭的活化性强,因而,生物质与煤比较,具有更高的活性,更适宜气化。生物质气化首要包含气化反响、组成气催化改换和气体别离净化进程。气化转化的要点为气体组分与产率的调整与操控。生物质气化与热解不同,气化进程需求气化介质,气体热值较低,一般为 4~6 MJ /m3;热解进程一般不需求气化剂,其产品是液、气、炭 3 种产品,气体热值较高,一般为 10~15 MJ /m3。气化进程随同有热解进程,热解是气化的第一步。生物质气化的意图是得到洁净的产品气,因而要采 用催化剂来按捺或消除热解反响中发作的焦油。

2.2 生物质气化技能分类

①依据气化反响的工艺分一级气化、二级气化和多级气化。多级气化即固定床、流化床及催化热解炉等气化炉的不同组合。

②依据气化反响器的类型分固定床气化、移 动床气化、流化床气化、气流床气化和旋风别离床气 化。

③依据气化反响器的压力分常压气化、加 压 气 化和超临界气化。

④ 依据加热机理分自热气化、配热气化和外加热源气化,常用自热气化。

⑤ 依据气化介质的品种分空气气化、氧气气化、水蒸气气化、CO2 气化、混合介质气化和空气加氢气化。

⑥ 依据催化剂运用状况分非催化气化和催化气化。

典型的气化工艺有以下3种:干馏工艺、快速热解工艺、气化工艺。其间前两种生物质气化工艺适用于木材或木屑的热解;后一种适用于农作物秸秆的气化。

生物质气化技能的一般工艺进程如图1所示,其首要有四大组成体系,分别为进料体系、气化反响器、气化气体净化体系和气化气体处理体系。进料体系包含生物质进料、空气进料、水蒸气进料及其操控。气化气体净化体系首要是除掉产出气体中的固体颗粒、可冷凝物及焦油,常用设备有旋风别离器、水浴清洗器及生物质过滤器。后处理体系首要是气化气进一步转化运用的设备,比如发电、制取液体燃料等设备。

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图1 生物质气化工艺一般流程

3、生物质气化关键技能

气化炉是生物质气化体系中的中心设备,生物质在气化炉内进行气化反响,生成组成气。生物质气化炉能够分为固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉及等离子体气化炉等类型。

我国对各种气化办法都有研讨,已完结了多种气化炉的研发,现在已运用的气化炉有上吸式、下吸式、敞口式和流化床等。从原理上讲,各种气化炉都能够用于气化发电,但现在研讨完结并正常工作的首要有三种,即敞口下吸式,下吸式及循环流化床,发电功率能够从几千瓦到几千千瓦,这为气化发电技能的进一步展开供给了条件。

3.1生物质固定床气化炉

固定床是一种传统的气化反响器,其工作温度一般在1000℃左右。固定床气化炉中气化反响是在一个相对停止的物料床层中进行,即物料相关于气流来说,是处于停止状况。物料在炉内基本上是有层次的分为四个阶段,即枯燥阶段、热解阶段、焚烧阶段、复原阶段。固定床气化炉的炉内反响速度较慢。依据炉内气化剂的活动方向,可将固定床气化炉分为四类:上吸式、下吸式、横吸式和高兴式。

下面对上吸式固定床生物质气化炉的工作工艺作简略介绍

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在上气式固定床气化炉中,生物质质料从气化炉的上部的加料设备送入炉内,整个料层由炉膛下部的炉栅支撑。气化剂从炉底下部的送风口进入炉内,由炉栅缝隙均匀散布并进入料层底部区域的灰渣层,气化剂和灰渣进行热交换,气化剂被预热,灰渣被冷却。气化剂随后上升至焚烧层,在焚烧层气化剂和质猜中的碳发作氧化反响,放出很多的热量。可使炉内温度到达1000℃,这一部分热量可维持气化炉内的气化反响所需热量。气流接着上升到复原层,在焚烧层生成的CO2复原成CO;气化剂中的水蒸气分化,生成H2和CO2这些气体与气化剂中未反响部分一同持续上升,加热上部的质料层,使质料层发作热解,脱除蒸发分,生成的焦炭落人复原层。生成的气体持续上升,将刚入炉的质料预热、枯燥后,进入气化炉上部,经气化炉气体出口引出。

固定床气化炉的长处:气化炉结构简略、出资少、工作牢靠、操作比较简略,对质料的品种及粒度要求不高。缺陷:固定床气化炉一般产气量比较小,多用于小型气化站、小型热电联产或户用供气,不适宜大规划的出产。

3.2流化床气化炉

流化床焚烧是一种先进的焚烧技能,运用于生物质焚烧上已取得了成功,可是用于生物质气化仍是一个新课题。与固定床比较。流化床没有炉栅,一个简略的流化床由焚烧室、布风板组成,气化剂经过布风板进人流化床反响器中。按气固活动特性不同,将流化床分为鼓泡流化床和循环流化床,如图4所示。鼓泡流化床气化炉中气流速度相对较低,简直没有固体颗粒从流化床中逸出。而循环流化床气化炉中流化速度相对较高,从流化床中携带出的颗粒在经过旋风别离器搜集后从头送人炉内进行气化反响。流化床气化炉有杰出的混合特性和较高的气固反响速率。

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图4 流化床气化炉

流化床气化炉的长处:温度安稳均匀;运用燃料颗粒很细微,传热面积大;气化功率高;适用于接连工作,适宜大规划的商业运用。已被破坏的质料和被加压的气化剂从塔顶一起进入气化炉。塔顶部的湍流火焰焚烧部分质料,为整个气化进程供给满意的热量,气化炉内的温度到达1300 ?C。

在生物质气化进程中,流化床首要经过外加热到工作温度,床料吸收并储存热量。鼓人气化炉的适量空气经布风板均匀散布后将床料流化,床料的湍流活动和混合使整个床坚持一个安稳的温度当适宜粒度的生物质燃料经供料设备加入到流化床中时,与高温床料敏捷混合,在布风板以上的必定空间内剧烈翻滚,在常压条件下敏捷完结枯燥、热解、焚烧及气化反响进程,使之在等温条件下完结能量转化,然后出产出需求的燃气。床料自身的较高的热容量像一个热量词速器,可使生物质气化炉在停炉一整夜后无需外在热量状况下从头开车。因为床料热容大,即便水分含量较高的燃料也可直接气化。经过操控工作参数可使流化床床温坚持在结渣温度以下,床层只需坚持均匀流化就可使床层坚持等温,这样可防止部分焚烧高温。流化床气化炉气化强度高,人炉的燃料量及风量可严格操控,十分适宜于大型的工业供气体系,且燃气的热值可在必定的规划内恣意调整。因而,流化床反响器是生物质气化转化的一种较佳挑选,特别是关于灰熔点较低的生物质。

3.3固定床气化炉与流化床气化炉功能比较

固定床气化炉与流化床气化炉有着各自的优缺陷和必定的适用规划。例如,逆流式固定床气化反响器结构简略、操作便当,工作形式灵敏,可是只能适用于中小规划出产;而流化床气化反响器尽管适宜于工业化、大型化.但设备杂乱、出资大,并且需求一个相对安稳的对产品气的市场需求。下面首要从工业技能及工作状况、运用的质料、能量运用和转化、环境效益和经济性五个方面对流化床和固定床气化炉进行比较。

3.4气流床气化炉

已被破坏的质料和被加压的气化剂从塔顶一起进入气化炉。塔顶部的湍流火焰焚烧部分质料,为整个气化进程供给满意的热量,气化炉内的温度到达1300 ?C。气流床的特色:组成气出炉的温度可达1300 ?C,大部分焦油可在半焦气化进程中裂化,出炉的组成气中简直不含焦油;气化炉壁上的灰融物可当作熔渣除掉。

3.5等离子体气化炉

质料从塔顶进入气化炉,接触到常压、温度为500~1500 ?C的由电生成的等离子体后,质猜中有机物转化为高质量的组成气,无机物变成玻璃化的慵懒熔渣。这种炉的气化功率很高,得到不含焦油的组成气。等离子弧也能够用于净化组成气。

4、生物质气化发电技能运用及国内外展开现状

4.1生物质气化发电技能在国外的展开及现状

生物质气化及发电技能在发达国家已遭到广泛注重,如奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典和美国等国家生物质能在总动力消耗中所占的份额添加适当敏捷。奥地利成功地推行了树立焚烧木材剩余物的区域供电站的方案,生物质能在总能耗中的份额由本来大约2%~3%增到现在的25%。到现在为止,该国已具有装机容量为1~2MWe的区域供热站80~90座。瑞典和丹麦正在施行运用生物质进行热电联产的方案,使生物质能在转化为高档次电能的一起满意供热的需求,以大大进步其转化功率。一些展开我国家,跟着经济展开也逐渐注重生物质的开发运用,添加生物质能的出产,扩展其运用规划,进步其运用功率。菲律宾、马来西亚以及非洲的一些国家,都先后展开了生物质能的气化、成型固化、热解等技能的研讨开发,并形成了工业化出产。

生物质气化的发电技能首要有以下三种办法:带有气体透平的生物质加压气化、带有透平或者是引擎的常压生物质气化、带有Rankine循环的传统生物质焚烧体系。传统的BIGCC技能包含生物质气化、气体净化、燃气轮机发电及蒸汽轮机发电。因为生物质燃气热值低,炉子出口气体温度较高,要使BIGCC具有较高的功率,有必要具有两个条件.一是燃气进入燃气轮机之前不能降温,二是燃气有必要是高压的。这就要求体系有必要选用生物质高压气化和燃气高温净化两种技能才能使BIGCC的整体功率较高现在欧美一些国家正展开这方面研讨,如美国Battelle和夏威夷项目.欧洲英国、瑞典、芬兰以及欧盟制作3个7~12Mwe生物质气化发电BIGCC演示项目,其间一个是加压气化,两个是常压气化。但因为焦油处理技能与燃气轮机改造技能难度大.存在的许多问题约束了其运用推行。以意大利12Mwe的BIGcC演示项目为例,发电功率约为31.7%但制作本钱高达25000元/kW,发电本钱约1.2元/.实用性很差。近运用了生物质质料固有的高反响特性。生物质的气化强度超越l46000kg/.而其他气化体系的气化强度一般小于1000kg/。Battelle气化工艺的商业规划演示建在弗蒙特州的柏林顿McNeil电站,该项意图一期工程.用Battelle技能制作日产200t燃料气的气化炉,在初始阶段出产的燃料气用于现有的Mc—Neil电站锅炉。二期工程设备一台燃气轮机来承受从气化炉来的高温燃气,组成联合循环。该气化设备于1998年完结设备并投入工作。

大型生物质气化循环发电体系包含质料预处理、循环流化床气化、催化裂解净化、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电等设备,适宜于大规划处理农林废物。

除了将生物质气化用于发电之外,欧共体从而展开了生物质气化组成甲醇、氨的研讨工作。1998年,欧共体树立了四个规划在4.8~12.1t/d之间不等的生年欧美展开了其它技能道路的研讨,如比利时和奥地利展开的生物质气化与外燃式燃气轮机发电技能,美国的史特林循环发电等,但技能仍未老练,本钱较高。

美国在运用生物质能发电方面处于世界领先地位美国树立的Battelle生物质气化发电演示工程代表生物质能运用的世界先进水平,出产一种中热值气体,不需求制氧设备,此工艺运用两个实际上分隔的反响器:气化反响器,在其间生物质转化成中热值气体和残炭;焚烧反响器,焚烧残炭并为气化反响供热。两个反响器之间的热交换载体由气化炉和焚烧室之间的循环沙粒完结。