生物质气化气作为锅炉燃料的装置研发与应用.docx

    生物质气化气作为锅炉燃料的装置研发与应用    关键字：生物质气化，原理与工艺，气化炉，焦油炉内裂解引言：能源和环境问题已成为全球关注的焦点，随着能源消耗的迅速增长，化石燃料的大量使用带来了严重的环境污染和生态破坏，再加上常规能源如煤、石油、天然气等资源量的日益减少，开发洁净的可再生能源成为了可持续发展的迫切需要与此同时，生物质能在可再生能源中，是地球上唯一能够储存和可运输的清洁能源，资源量大，分布广，开发潜力巨大生物质能要真正成为矿物燃料的替代能源，其关键是要将能量密度低的低品位的生物质能转变成高品位能源如何有效地将生物质转化为洁净、高效的高品位能源，是该领域目前的主要研究课题当前，生物质能转化技术主要包括生物质气化、液化、固化以及直接燃烧技术生物质能气化技术就是其中重要的手段之一，生物质气化技术的基本应用方式主要有四个方面，即用于供热、用于发电、用于供气、用于化学品合成常规生物质气化炉类型：目前，生物质气化炉有固定床、流化床两种类型固定床气化炉：分为下吸式气化炉、横吸式气化炉和开心式气化炉固定床气化炉因其具有结构简单、制造简便、造价低廉、操作容易、适用于块状及大颗粒原料等优点。

下吸式气化炉：气流是向下流动的，通过炉栅进入外腔原料由上部加入，依靠重力下落经过干燥区后水分蒸发，在裂解区分解出的二氧化碳、一氧化碳、氢气、焦油等热气流向下流经气化区在气化区发生氧化还原反应同时由于氧化区的温度高，焦油在通过该区时发生裂解，变为可燃气体炉内运行温度在400~1200℃左右，燃气从反应层下部吸出，灰渣从底部排出下吸式固定床气化工作温度，生产的气体成分相对稳定；可燃气中焦油含量较少但可燃气中灰分含量较多下吸式气化炉，因产生的燃气要通过喉部结构，同时在该区域产生大量气体，气体流速增加，而且通道内存在有固体物料，气体流动阻力增大，消耗功率增大，并造成热解区压力增大，上部进料口密封困难，易冒烟；并且因生成的可燃气体通过燃烧区，出炉可燃气温度高，对炉体结构设计与配风、物料性能等条件要求苛刻，炉内热效率低上吸式气化炉：气流流动方向与物料运行方向相反物料由气化炉顶部加入，气化剂由炉底进入气化炉，产出的燃气通过气化炉内的各个反应区，从气化炉上部排出向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干脱去水分，干生物质进去裂解区后得到更多的热量，发生裂解反应产生的炭进入还原区，与氧化区产生的热气体发生还原反应，生产一氧化碳和氢气等可燃气体。

上吸式气化炉生产的可燃气直接作为锅炉或加热炉的燃料气或向系统提供工艺热源对于上吸式气化炉，存在有产气慢，产生的焦油多，容易烧空、架空，填料费时费力等缺点焦油的存在对气化有多方面的不利影响，首先它降低了气化效率，气化中焦油产物的能量一般占总能量的5～15%，这部分能量是在低温时难以与可燃气体一道被利用，大部分被浪费，其次焦油在低温时凝结为液态，容易和水、焦炭等结合在一起，堵送气管道，使气化设备运行发生困难另外，凝结为细小液滴的焦油比气体难以燃尽，在燃烧时容易产生炭黑等颗粒，对燃气利用设备损害相当严重开心式固定床气化炉：结构与气化原理与下吸式固定床气化炉相类似，是下吸式气化炉的一种特别形式开心式固定床气化炉是我国研制出的，主要用于稻壳气化，已投入商业运行多年流化床气化炉生物质流化床气化在吹入的气化剂作用下，物料颗粒、砂子、气化介质充分接触，受热均匀，在炉内呈“沸腾”状态，因此又叫沸腾床，反应温度一般为750~850℃流化床气化炉有一个热砂床，生物质的燃烧和气化反应都在热砂床上进行气化反应速度快，产气率高与固定床相比，流化床没有炉栅，一个简单的流化床由燃烧室、布风板组成，气化剂通过布风板进入流化床反应器中。

按气化器结构和气化过程，可将流化床分为鼓泡流化床和循环流化床流化床气化反应速度快，产气量大，燃气热值高焦油含量低，是唯一在恒温床上反应的气化炉，原料适应性广，可大规模利用但可燃气中灰分含量较多，结构比较复杂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新型固定床气化炉研究：焦油炉内裂解生物质气化炉+降温除尘净化系统为了克服目前上述固定床中气化炉所存在的问题，改变现有的固定床上吸式与下吸式气化炉的结构，研究设计一种新型的上吸式生物质气化炉，兼备上吸式与下吸式气化炉的优点的同时，可有效降低两者存在的问题；通过对燃气管道的布置及特殊设计，降低上吸式生物质气化炉焦油产生量及提高焦油的转换率，达到提高燃气热值、提高热效率的效果图1生物质气化装置及燃气供应系统工艺流程图结构组成（见附图说明）：焦油炉内裂解式生物质气化炉，包括下炉门，排灰口，灰仓，炉排，燃烧室，保温仓，燃气进口，料仓，进料口，炉盖，燃气管道，燃气出口，多孔介质，空气二次进口，空气一次进口，空气管道；特征是燃气一次出口，多孔介质，燃气管道，燃气出口组成燃气输送管道，安装在料仓中；燃气输送管道为U型管或螺旋盘管；多孔介质为蓄热陶瓷材料或者白云石、橄榄石、黏土矿石、木炭、碱金属化合物、镍基等焦油催化剂材料。

关键结构设计及优点：因燃气通过燃气管道经过燃烧区，不会与燃烧区的空气混合燃烧，解决了目前下吸式易烧透的技术难题；而且燃烧区可通过燃气管道对燃气进行加热，多孔介质的蓄热、过滤、催化作用能使燃气中含有的焦油进一步转化，降低了生物质燃气中焦油含量，同时提高了转化率和燃气热值焦油炉内裂解式生物质气化炉具备转化率高、产气容易、焦油含量低等优点结语：生物质能作为一种可再生能源，在能源结构系统中的地位越来越重要由于化石燃料的不可再生性和使用过程对环境的影响，生物质能将成为本世纪的主要能源之一而生物质能源转换技术的发展将是这一转变的关键其中生物质气化技术是生物质高效利用的重要方法之一，也是当前生物质能技术研究热点之一由生物质气化原理出发，优化气化工艺，改进气化反应炉，针对影响气化特性的因素寻找提高气化效率的方法，通过焦油炉内裂解生物质气化炉能尽可能减少焦油量的产生及对焦油的最大化利用、利用降温除尘净化系统可减少二次污染及废气的环保达标排放，逐步做到真正高效地利用生物质能附图说明：图1焦油炉内裂解式生物质气化炉示意图具体实施方式：下面结合附图进一步说明焦油炉内裂解式生物质气化炉的具体实施方式本焦油炉内裂解式生物质气化炉如图1所示，包括下炉门（1），排灰口（2），灰仓（3），炉排（4），燃烧室（5），保温仓（6），燃气进口（7），料仓（8），进料口（9），炉盖（10），燃气管道（11），燃气出口（12），多孔介质（13），空气二次进口（14），空气一次进口（15），空气管道（16）。

燃气一次出口（7），多孔介质（13），燃气管道（11），燃气出口（12）组成燃气输送管道，安装在料仓（8）中；燃气输送管道，为U型管或螺旋盘管多孔介质，为蓄热陶瓷材料或者白云石、橄榄石、黏土矿石、木炭、碱金属化合物、镍基等焦油催化剂材料使用时，首先打开炉盖（10），向料仓（8）内投入生物质固体燃料；采用点火器从下方点火，然后用炉盖（10）、下炉门（1）对气化炉密封，并同时从空气一次进口（15）通入空气，生物质固体燃料在燃烧室（5）内发生不完全燃烧，料仓（8）中的生物质热解产生燃气，从燃气一次出口（7）排出至燃气管道（11）中，通过燃气管道（11）、多孔介质（13）与燃烧室（8）换热后，从燃气出口（12）输送至用户由于多孔介质（13）的过滤、蓄热、催化作用，可使燃气中的焦油进一步分解不使用生物质气化炉时，打开下炉门（1），进行除渣，也可以在运行时，边加料边除渣参考文献：[1]董玉平，郑波，等.中国生物质气化技术的研究和发展现状.山东大学学报，2007[2]段佳，罗永浩，等.生物质气化再燃特性实验研究.燃料化学学报，2007[3][2]宋旭,于钦凯,夏利江.生物质气化技术的发展与研究[J],科教前沿，2010.[4]张平.发展户用生物质气化炉[J]，能源研究与利用，2006[5]郑昀，邵岩,李斌.生物质气化技术原理及应用分析[J].热点技术，2010[6]袁振宏,吴创之,马隆龙,等.生物质能利用原理与技术[M].北京:化学工业出版社,2004  -全文完-。