生物質(zhì)氣化技術(shù)

1、了解：生物質(zhì)氣化技術(shù)類型，生物質(zhì)氣化設(shè)備類型及各自 的特點(diǎn)，生物質(zhì)氣化技術(shù)研究進(jìn)展 理解：生物質(zhì)氣化原理，生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 掌握：生物質(zhì)氣化的概念，生物質(zhì)氣化過(guò)程的基本參數(shù)及 其作用，生物質(zhì)燃?xì)庵械闹饕s質(zhì)成分及凈化方法 熟練掌握：上吸式和下吸式固定氣化爐的工作原理，流化 床氣化爐的工作原理 1 生物質(zhì)氣化的概念與特點(diǎn) 1.1 生物質(zhì)氣化的概念 生物質(zhì)氣化： 是在一定的熱力學(xué)條件下，只提供有限氧的情況下使生物質(zhì)發(fā)生 不完全燃燒，生成CO、H2、低分子烴等可燃?xì)怏w。 生物質(zhì)氣化原料： 廢木材、柴薪、秸稈、果殼、稻殼、木屑等。一般都是揮發(fā)分高、 灰分少、易裂解的生物質(zhì)廢棄物。 可燃?xì)怏w成

2、分組成 通過(guò)生物質(zhì)氣化過(guò)程產(chǎn)生的氣化氣主要可燃成份為一氧化碳、氫 氣、乙烯、甲烷等，是一種干凈、清潔的綠色能源。 1 生物質(zhì)氣化的概念與特點(diǎn) 原料原料氣化氣成分（氣化氣成分（%）低熱值低熱值 CO2O2COH2CH4CmHnN2kJ/m3 玉米芯玉米芯221.422.512.32.320.248.785.120 玉米秸玉米秸131.621.412.21.870.249.684.809 棉柴棉柴11.61.522.711.51.920.250.584.916 稻草稻草13.51.71512.02.100.155.604.002 麥秸麥秸141.717.68.51.360.156.743.664

3、* *下吸式空氣氣化爐的氣化氣成分下吸式空氣氣化爐的氣化氣成分 可燃成份以可燃成份以CO和和H2為主，約占為主，約占2535%。N2約約50% 生物質(zhì)氣化氣的主要用途生物質(zhì)氣化氣的主要用途 1）民用炊事與取暖）民用炊事與取暖 2）烘干谷物、木材、果品、炒茶等）烘干谷物、木材、果品、炒茶等 3）發(fā)電）發(fā)電 4）區(qū)域供熱等）區(qū)域供熱等 1.1 生物質(zhì)氣化的概念 1 生物質(zhì)氣化的概念與特點(diǎn) 1.1 生物質(zhì)氣化的概念 生物質(zhì)氣化的特點(diǎn)： 氣化是將化學(xué)能的載體由固態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài) 氣化反應(yīng)中放出的熱量則小得多 氣化后的可燃?xì)怏w再燃燒則可進(jìn)一步釋放出其具有的化學(xué)能 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)夂?，利用效率明顯提高，用途

4、更為廣泛 系統(tǒng)復(fù)雜，生成的燃?xì)庀鄬?duì)其他主要?dú)怏w燃料而言熱值較低， 不便于儲(chǔ)存運(yùn)輸，須有專門的用戶或配套的利用設(shè)施。 1 生物質(zhì)氣化的概念與特點(diǎn) 1.2 氣化與燃燒的差異 在原理上，氣化與燃燒都是有機(jī)物與氧發(fā)生反應(yīng)； 生物質(zhì)燃燒: 燃燒過(guò)程中提供充足的氧氣，燃燒后的產(chǎn)物是CO2和水等不 可再燃燒的煙氣，放出大量的反應(yīng)熱。即燃燒主要是將原 料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?生物質(zhì)氣化： 生物質(zhì)氣化時(shí)發(fā)生不完全反應(yīng)，總體上是吸熱反應(yīng)，氣化 產(chǎn)物可進(jìn)一步燃燒。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 干燥層干燥層 100250 熱解層熱解層 300 500 800 還原層還原層 900 氧化層氧化層

5、1200 濕料濕料氣體氣體 灰灰空氣空氣 以上吸式固定床氣化爐為例。以上吸式固定床氣化爐為例。 生物質(zhì)從上部加入，依次進(jìn)入干燥層、生物質(zhì)從上部加入，依次進(jìn)入干燥層、 熱解層、還原層、氧化層，最終以灰熱解層、還原層、氧化層，最終以灰 分形式排出。而氣化劑從底部吹入，分形式排出。而氣化劑從底部吹入， 與生物質(zhì)物料走向相反。與生物質(zhì)物料走向相反。 反應(yīng)爐工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則：合反應(yīng)爐工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則：合 理的溫度分布理的溫度分布 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 基本反應(yīng)包括： 固化燃料的干燥 熱分解反應(yīng) 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng) 四個(gè)過(guò)程， 相應(yīng)的爐內(nèi)分為： 干燥區(qū)、 熱分解區(qū)、

6、 還原區(qū)、 氧化區(qū) 四個(gè)區(qū)（層） 燃料燃料 準(zhǔn)備區(qū)準(zhǔn)備區(qū) 氣化區(qū)氣化區(qū) 生物質(zhì)氣化機(jī)理示意 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 2.1 固體燃料的干燥 2.1.1 干燥過(guò)程特點(diǎn)： 生物質(zhì)原料被加熱，析出吸附在生物質(zhì)表面的水分。 在100150主要為干燥階段，大部分水分在低于105 條件下釋出，此階段過(guò)程進(jìn)行比較緩慢。需要供給大量的熱。 原料表面水分完全脫除之前，被加熱的生物是溫度是不 上升的。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 氣化爐的最上層為干燥區(qū)。氣化爐的最上層為干燥區(qū)。 生物質(zhì)的干燥生物質(zhì)的干燥 氣氣 體體 高溫氣流高溫氣流 干燥層干燥層 100250 濕料

7、濕料 干干 物物 水水 分分 氧化層燃燒氧化層燃燒 干燥區(qū)溫度約為干燥區(qū)溫度約為100250。 濕料同來(lái)自下面三個(gè)反應(yīng)區(qū)的濕料同來(lái)自下面三個(gè)反應(yīng)區(qū)的 熱氣體換熱，蒸發(fā)水蒸氣隨著熱氣體換熱，蒸發(fā)水蒸氣隨著 熱氣流上升排出氣化爐，干物熱氣流上升排出氣化爐，干物 料落入裂解區(qū)。料落入裂解區(qū)。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 秸稈受熱后發(fā)生裂解反應(yīng)，大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。秸稈受熱后發(fā)生裂解反應(yīng)，大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。 裂解需要大量熱量，溫度降到裂解需要大量熱量，溫度降到400600。裂解反應(yīng)方程式為：。裂解反應(yīng)方程式為： CH1.4O0.6=0.64C+0.44H

8、2+0.15H2O+0.17CO+0.13CO2+0.005CH4 裂解區(qū)主要產(chǎn)物：裂解區(qū)主要產(chǎn)物：C、H2、H2O、CO、CO2、CH4、焦油和烴、焦油和烴 類等類等。 此后熱氣體上升到干燥區(qū)，而炭則下降到還原區(qū)。此后熱氣體上升到干燥區(qū)，而炭則下降到還原區(qū)。 2.2 熱分解反應(yīng)熱分解反應(yīng) 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 當(dāng)溫度達(dá)到160以上，高分子有機(jī)物開始發(fā)生吸熱的不可逆熱分解反應(yīng)，隨著 溫度進(jìn)一步升高，分解進(jìn)行愈加激烈。 生物質(zhì)中含有較多氧。當(dāng)溫度升高到一定程度后，氧將參加反應(yīng)而使溫度迅速提 高，從而加速完成熱分解。 生物質(zhì)中的化學(xué)變化： 大分子的碳水化合物的鏈被打破

9、析出生物質(zhì)中的揮發(fā)分 留下木炭構(gòu)成進(jìn)一步反應(yīng)的床層。 熱分解反應(yīng)產(chǎn)物： 復(fù)雜的混合氣體和固態(tài)炭?；旌蠚怏w中至少包括數(shù)百種碳?xì)浠衔?，有些?在常溫下冷凝成焦油，不可凝氣體可作為氣體燃料使用，熱值可達(dá)15MJ/m3。 2.2.1 熱分解反應(yīng)的特點(diǎn) 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 2.2.1 熱分解反應(yīng)主要影響因素 原料種類和加熱條件是生物質(zhì)熱分解過(guò)程中的主要影響因素。 原料種類的影響： 生物質(zhì)中揮發(fā)組分高，在較低的溫度下（300400）就可釋放出70% 左右的揮發(fā)組分，而煤到800才釋放出約30%的揮發(fā)組分。 溫度的影響： 熱分解速率隨著溫度的升高而加快，完成熱分解反應(yīng)所需時(shí)間

10、隨著溫度 升高呈線性下降。 試驗(yàn)顯示，當(dāng)溫度為600時(shí)，完成時(shí)間約27s；而溫度達(dá)900時(shí)只需9s 左右。 足夠的氣相滯留期和較高的溫度則會(huì)使二次反應(yīng)在很大程度上發(fā)生，從 而使最終的不可凝氣體產(chǎn)量隨著溫度的升高而增加。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 2.3 還原反應(yīng) 在還原區(qū)已沒有O2存在，氧化反應(yīng)中生成的CO2在該區(qū)同碳及水蒸汽發(fā)生 還原反應(yīng)，生成CO和H2 。 由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，還原區(qū)的溫度也相應(yīng)降低，約為700900。 CO2還原的反應(yīng) C+ CO2 2CO； H-162.142KJ/mol l 是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，故溫度愈高，CO2還原愈徹底。 l 正向反應(yīng)體積

11、增加，故壓力增大使CO平衡含量減少。 l CO2在氧化器內(nèi)與燃料的接觸時(shí)間也影響其還原反應(yīng)的徹底程度，高溫下 所需時(shí)間短。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 水蒸汽還原的反應(yīng) CH2O(g) COH2；H-118.628KJ/mol C2H2O（g） CO22H2；H-75.114KJ/mol l 吸熱反應(yīng)，溫度增加有利于反應(yīng)進(jìn)行。 溫度較低不利于CO的生成，而有利于CO2的生成。 l 溫度高于800時(shí)，水蒸汽與碳的反應(yīng)速率才有明顯增加； 溫度低于700時(shí)，水蒸汽與碳的反應(yīng)速率極為緩慢， 400以下幾乎不反應(yīng)。 甲烷生成反應(yīng) l 生物質(zhì)氣化可燃?xì)庵械募淄?，一部分?lái)源于生物質(zhì)熱分

12、解 和揮發(fā)分的二次裂解，另一部分來(lái)源于氣化器中碳與可燃 氣中氫的反應(yīng)、與氣體產(chǎn)物的反應(yīng)。 C2H2 CH4； H 752.400KJ/mol CO3H2 CH4 +H2O(g)； H 203.566KJ/mol CO4H2 CH4 + 2H2O(g) ； H 827.514KJ/mol l 上述都是體積縮小的放熱反應(yīng)。 l 常壓下甲烷生成反應(yīng)速率很低，高壓有利于反應(yīng)進(jìn)行。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 甲烷生成反應(yīng) C2H2O（g） CH4 +CO2； H677.286KJ/mol l 是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)。 甲烷是穩(wěn)定的化合物

13、，但當(dāng)溫度高于600時(shí)甲烷將向分解 方向進(jìn)行，碳以碳黑的形式析出。 甲烷的平衡含量隨著溫度的升高而減少。 l 生物質(zhì)氣化反應(yīng)總體是體積增大的反應(yīng)。 為增加產(chǎn)氣中甲烷含量，宜采用較高氣化壓力和較低溫度； 反之，若想制取反應(yīng)原料氣，應(yīng)降低甲烷含量，則可采用較 低的氣化壓力和較高的反應(yīng)溫度。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 CO變換反應(yīng) COH2O（g） H2 +CO2； H-43.514KJ/mol l 該式是制取以H2為主要成分的氣體燃料的重要反應(yīng)。也提 供甲烷化反應(yīng)所需的H2。 l 當(dāng)溫度高于850時(shí)，此反應(yīng)的正反應(yīng)速度高于逆反應(yīng)，有 利于生成H2，通常要求反應(yīng)溫度高于900

14、。 l 該反應(yīng)通常在氣化器燃?xì)獬隹跍囟认路磻?yīng)達(dá)到平衡，故決 定了出口燃?xì)獾慕M成。 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 2.4 氧化反應(yīng) l 由于碳與二氧化碳、水蒸汽之間的還原反應(yīng)及物料的熱分 解都是吸熱反應(yīng)，為保持氣化器內(nèi)高溫，通常采用經(jīng)氣化 殘留的碳與氣化劑中的氧進(jìn)行部分燃燒，并放出熱量。 l 由于限氧燃燒，氧化反應(yīng)包括完全燃燒和不完全燃燒，同 時(shí)放出熱量。 氧化區(qū)溫度可達(dá)10001200。 l 2CO2 2CO ； H246.034KJ/mol CO2 CO2 ； H408.177KJ/mol 2 2 生物質(zhì)氣化的反應(yīng)生物質(zhì)氣化的反應(yīng)過(guò)程過(guò)程 氣體產(chǎn)物中總是摻雜有燃料的干餾裂

15、解產(chǎn)物，氣體產(chǎn)物中總是摻雜有燃料的干餾裂解產(chǎn)物， 如焦油、醋酸、低溫干餾氣體、炭黑。如焦油、醋酸、低溫干餾氣體、炭黑。 氣化反應(yīng)主要場(chǎng)所氣化反應(yīng)主要場(chǎng)所 氧化區(qū)氧化區(qū) 還原區(qū)還原區(qū) 氣化區(qū)氣化區(qū) 干燥區(qū)干燥區(qū) 裂解區(qū)裂解區(qū) 干餾反應(yīng)的主要場(chǎng)所干餾反應(yīng)的主要場(chǎng)所燃料準(zhǔn)備區(qū)燃料準(zhǔn)備區(qū) 熱載體熱載體 氣化過(guò)程要點(diǎn)氣化過(guò)程要點(diǎn) 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) （1）比消耗量； （2）氣體產(chǎn)率； （3）氣化效率； （4）熱效率； （5）燃?xì)赓|(zhì)量 （6） 碳轉(zhuǎn)換率； （7） 氣化強(qiáng)度 （8）氣化爐輸出功率 在評(píng)價(jià)生物質(zhì)氣化過(guò)程時(shí)，經(jīng)常用到下列指標(biāo)： 比消耗量指氣化系統(tǒng)中，單位生物質(zhì)在

16、氣化過(guò)程所消耗的氣 化劑（空氣、氧氣、水蒸汽、CO2等)量。 為對(duì)比各種氣化方法，也以制造1m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）可燃?xì)饣?純CO +H2為基準(zhǔn)。 是生物質(zhì)氣化站設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) （1）比消耗量 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) 比消耗量相關(guān)因素： 與生物質(zhì)種類有關(guān)。 隨著生物質(zhì)原料中固定碳含量的增加而增大； 與氣化方法和操作條件有關(guān)。 若空氣氣化時(shí)比消耗大，說(shuō)明氣化過(guò)程消耗的氧量多，反應(yīng)溫度升高， 有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行；但燃燒的生物質(zhì)份額增加，產(chǎn)生的CO2量增加， 使氣體質(zhì)量下降。 水蒸汽氣化時(shí)，通入的蒸汽量要能

17、滿足氣化反應(yīng)需要，還須夠用來(lái)冷 卻氧化層，以控制氣化反應(yīng)溫度低于灰分的熔點(diǎn)。蒸汽量由鼓風(fēng)溫度 控制，它是鼓風(fēng)溫度下的飽和水蒸汽含量。 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) 當(dāng)量比： 采用空氣(氧氣)氣化時(shí)比消耗量與完全燃燒所需要的理論空氣(氧氣)量之比。 是氣化過(guò)程的重要控制參數(shù)。 理論最佳當(dāng)量比為0.28，由于原料與氣化方式的不同，實(shí)際運(yùn)行中，控制 的最佳當(dāng)量比在0.250.30之間。為宜。此時(shí)燃?xì)獬煞州^好。原料水分大或 揮發(fā)分低時(shí)應(yīng)取上限，反之取下限。必要時(shí)應(yīng)實(shí)驗(yàn)確定適宜的當(dāng)量比。 生物質(zhì)完全燃燒理論空氣量可根據(jù)元素分析計(jì)算： V= （1.866C+5.55H+0.7S+0

18、.7O） 0.21 1 V為理論空氣量(m3/kg) ；C為C元素含量% 實(shí)際空氣需要量：VL=V （2）氣體產(chǎn)率 氣體產(chǎn)率是指單位質(zhì)量的原料氣化后所產(chǎn)生氣體燃料在 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。 相關(guān)因素： 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) 與生物質(zhì)種類有關(guān) 決定于原料中的水分、灰分及揮發(fā)分 惰性組分（灰分、水分）越少、可燃組分越高，則氣體 產(chǎn)率越高。 氣化效率指生物質(zhì)氣化后所得燃?xì)鉄嶂蹬c氣化原料的熱值之比。 是衡量氣化過(guò)程的主要指標(biāo)。 0 0 100 b gv Q QG 式中式中: 氣化效率氣化效率，%； Gv為為每千克原料產(chǎn)出的燃?xì)饬浚?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），每千克原料產(chǎn)出的燃?xì)饬浚?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

19、），(m3/kg)，一般為，一般為2.02.2； Qg為為燃?xì)猓?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）低位熱值，燃?xì)猓?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）低位熱值，kJ/m3； Qb為為原料低位熱值，原料低位熱值，kJ/kg。 國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 70%。國(guó)內(nèi)固定床氣化爐通常為。國(guó)內(nèi)固定床氣化爐通常為70% 75%；流化床氣化爐可達(dá)；流化床氣化爐可達(dá)78%。 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) （3）氣化效率 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) （4）熱效率 熱效率為生成物的總熱量與總耗熱量之比。 （5）燃?xì)赓|(zhì)量（燃?xì)獾慕M成和熱值） 氣體燃料的組成 通常用容積百分率或分壓百分率表示。 其中CO、H

20、2、CH4、C2H4等為有效組分，N2為惰性組分，CO2、H2S等為雜質(zhì)。 氣體熱值 是指單位體積氣體燃料所包含的化學(xué)能。氣體燃料低位熱值簡(jiǎn)化計(jì)算公式為: Qg = 126CO + 108 H2 + 359 CH4 + 665 CnHm 式中：Qg為氣體的低位熱值，KJ /m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）； CO 、H2 、CH4 、CnHm分別為相應(yīng)氣體在氣化氣中所占的體積分?jǐn)?shù)，%。 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) 碳轉(zhuǎn)換率是指生物質(zhì)燃料中的轉(zhuǎn)換為氣體燃料中的碳的份額， 即氣體中含碳量與原料中含碳量之比。 是衡量氣化效果的指標(biāo)之一。 式中：式中：c 碳碳轉(zhuǎn)換率，轉(zhuǎn)換率，%； Gv為為氣

21、體產(chǎn)率（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氣體產(chǎn)率（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），m3/kg； CO2 、CO 、CH4 、CnHm分別分別為相應(yīng)氣體在氣化氣中所占為相應(yīng)氣體在氣化氣中所占 的體的體 積分?jǐn)?shù)，積分?jǐn)?shù)，%； WCHxOy生物質(zhì)生物質(zhì)原料的特征分子量。原料的特征分子量。 v OCH HCCHCOCO C G W yx mn )5 . 2(12 42 （6）碳轉(zhuǎn)化率 3 3 氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù)氣化過(guò)程的幾個(gè)基本參數(shù) （7）氣化強(qiáng)度 指單位時(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)爐截面積處理原料的能力。 單位時(shí)間處理原料量（kg/h） 反應(yīng)爐總截面積（m2） 氣化強(qiáng)度kg/ (m2 h) = （8）氣化爐輸出功率 輸出功率定義為單位時(shí)間產(chǎn)出的（燃

22、氣）熱能。等于燃?xì)猱a(chǎn) 率與其熱值之積。 燃?xì)猱a(chǎn)率m3/h 熱值kJ/m3功率 = 一般而言下流式固定床氣化爐功率較小，其次為上流式固定 床，流化床氣化爐功率較大。 4 4 氣化效果的影響因素氣化效果的影響因素 1）原料性質(zhì) 原料水分、揮發(fā)性、灰分、C/H比、密度、物料形態(tài)等。 2) 反應(yīng)溫度：最重要的影響因素 溫度對(duì)燃?xì)獬煞钟绊懞艽?，一般而言溫度升高時(shí)，“CO2降低”，其他 成分升高，反應(yīng)時(shí)間縮短，燃?xì)猱a(chǎn)量增大。但溫度太高會(huì)增加原料氧化量， 增加CO2，增加熱損失，增加材料與設(shè)備成本。 3） 進(jìn)風(fēng)強(qiáng)度 進(jìn)風(fēng)量與傳質(zhì)效果的主要影響：燃燒溫度、還原、干燥、熱解、焦油的高 溫裂解、燃?xì)鉄嶂怠?4）爐

23、內(nèi)物料高度 干燥層高度影響因素：原料形態(tài)與水分。水多、塊大，層高增加。 熱解層高度影響因素：原料形態(tài)、揮發(fā)性。 氧化層高度影響因素：供熱強(qiáng)度、燃燒性能、氣化劑、進(jìn)風(fēng)方式 1 1 氣化技術(shù)氣化技術(shù) 采用不同生物質(zhì)原料，使用不同的氣化介質(zhì)進(jìn)行氣化時(shí)， 所產(chǎn)生的可燃?xì)獬煞指鞑幌嗤?以空氣和水蒸汽同時(shí)作為氣化劑生產(chǎn)生物質(zhì)燃?xì)獾募夹g(shù)應(yīng) 用最廣?，F(xiàn)行的固定床生物質(zhì)氣化系統(tǒng)基本上都采用這種 氣化方式。 （1）技術(shù)類型 生物質(zhì)氣化 不使用氣化介質(zhì) 干餾氣化 固體炭固體炭 木焦油木焦油 木醋液木醋液 氣化氣氣化氣 使用介質(zhì)氣化 空氣氣化 氧氣氣化 水蒸氣氣化 水蒸氣-氧氣混合氣化 氫氣氣化 空氣氣化：空氣氣化

24、： 以空氣為氣化介質(zhì)的自供熱氣化工藝系統(tǒng)。獲得以以空氣為氣化介質(zhì)的自供熱氣化工藝系統(tǒng)。獲得以CO為主的為主的 低熱值燃?xì)?。低熱值燃?xì)狻?惰性惰性N2全部保留，燃?xì)鉄嶂递^低（全部保留，燃?xì)鉄嶂递^低（5MJ/m3左右）左右） 用于近距離燃燒或發(fā)電時(shí)，空氣氣化是最佳選擇。我國(guó)目前使用用于近距離燃燒或發(fā)電時(shí)，空氣氣化是最佳選擇。我國(guó)目前使用 最多的氣化方式。最多的氣化方式。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，能源自給設(shè)備簡(jiǎn)單，能源自給， 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：熱值低，存儲(chǔ)、輸送成本高，應(yīng)用受限制熱值低，存儲(chǔ)、輸送成本高，應(yīng)用受限制 （1）技術(shù)類型 （1）技術(shù)類型 氧氣氣化：氧氣氣化： 氧氣氣化以氧氣為氣化介質(zhì)的氣化過(guò)程。其

25、過(guò)程原理與空氣氣化氧氣氣化以氧氣為氣化介質(zhì)的氣化過(guò)程。其過(guò)程原理與空氣氣化 相同。相同。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 沒有惰性氮?dú)?，在與空氣氣化相同的當(dāng)量比下，反應(yīng)溫度提高，沒有惰性氮?dú)?，在與空氣氣化相同的當(dāng)量比下，反應(yīng)溫度提高， 反應(yīng)速率加快，設(shè)備容積減小，熱效率提高，氣體熱值反應(yīng)速率加快，設(shè)備容積減小，熱效率提高，氣體熱值(約約 10MJ/m3)提高一倍以上，熱值與城市煤氣相當(dāng)。因此，可建立以提高一倍以上，熱值與城市煤氣相當(dāng)。因此，可建立以 生物質(zhì)廢棄物為原料的中小型生活供氣系統(tǒng)，也可用作化工合成生物質(zhì)廢棄物為原料的中小型生活供氣系統(tǒng)，也可用作化工合成 燃料的原料。燃料的原料。 （1）技術(shù)類型 水蒸氣氣

26、化：水蒸氣氣化： 水蒸氣氣化是以水蒸氣為氣化介質(zhì)水蒸氣氣化是以水蒸氣為氣化介質(zhì) 的氣化工藝。它不僅包括水蒸氣和的氣化工藝。它不僅包括水蒸氣和 碳的還原反應(yīng)，尚有碳的還原反應(yīng)，尚有CO與水蒸氣與水蒸氣 的變換反應(yīng)。的變換反應(yīng)。 C + H2O(g) CO + H2 H = +118.628 kJ /mol 需要外供熱源。需要外供熱源。 H2CO2COCH4CnHm低熱值 20-2616-2328-4210-206-7%17-21 (MJ/m3) 典型典型*的水蒸氣氣化的燃?xì)饨M成（的水蒸氣氣化的燃?xì)饨M成（V%） 螺旋進(jìn)料器螺旋進(jìn)料器 料箱料箱 燃?xì)馊細(xì)?示意圖示意圖 氣化爐氣化爐 H2O （1）技

27、術(shù)類型 空氣（氧氣）空氣（氧氣）- -水蒸氣氣化：水蒸氣氣化： 以空氣（氧氣）和水蒸氣同時(shí)作為氣化介質(zhì)的氣化過(guò)程。以空氣（氧氣）和水蒸氣同時(shí)作為氣化介質(zhì)的氣化過(guò)程。 H2CO2COCH4CnHm低熱值 32%30%28%7.5%2.5%11.5 MJ/m3 * 水蒸氣與生物質(zhì)比為水蒸氣與生物質(zhì)比為0.95 典型典型*情況下，氧氣情況下，氧氣-水蒸氣氣化工藝的燃?xì)獬煞郑w積分?jǐn)?shù)）水蒸氣氣化工藝的燃?xì)獬煞郑w積分?jǐn)?shù)） 自供熱系統(tǒng)自供熱系統(tǒng) 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 部分氧來(lái)源于水蒸汽，減少了空氣消耗量部分氧來(lái)源于水蒸汽，減少了空氣消耗量 H2與與CH4含量較高含量較高 （1）技術(shù)類型 氫氣氣化：氫氣氣化： 是

28、使氫氣同碳及水發(fā)生反應(yīng)生成大量甲烷，形成高熱值燃?xì)馐鞘箽錃馔技八l(fā)生反應(yīng)生成大量甲烷，形成高熱值燃?xì)?（22.326MJ/m3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣）的工藝。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氣）的工藝。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：高質(zhì)量氣體燃料，用途廣泛，效率高。高質(zhì)量氣體燃料，用途廣泛，效率高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：反應(yīng)需在高溫高壓且具有氫源的條件下進(jìn)行，條件苛反應(yīng)需在高溫高壓且具有氫源的條件下進(jìn)行，條件苛 刻，實(shí)際應(yīng)用很少。刻，實(shí)際應(yīng)用很少。 熱分解氣化：熱分解氣化： 熱解氣化是將農(nóng)作物秸稈在熱解爐中進(jìn)行隔絕空氣干餾熱解氣化是將農(nóng)作物秸稈在熱解爐中進(jìn)行隔絕空氣干餾, 獲得獲得 以以CH4、H2為主的中熱值可燃?xì)鉃橹鞯闹袩嶂悼扇細(xì)? 同時(shí)獲得木炭

29、和木焦油等產(chǎn)同時(shí)獲得木炭和木焦油等產(chǎn) 品。這種方法既不用氧氣也不用外加熱源，氣體熱值可達(dá)到品。這種方法既不用氧氣也不用外加熱源，氣體熱值可達(dá)到 10.7 MJ/m3以上。以上。 (2)不同氣化技術(shù)的產(chǎn)物及用途 氣化類型氣化類型主要生成物主要生成物加解溫度加解溫度氣化氣熱值氣化氣熱值 （kJ/m3） 產(chǎn)物用途產(chǎn)物用途 干干 餾餾 氣氣 化化 慢速熱解慢速熱解炭（炭（28%30%），）， 木焦油（木焦油（5%10%）, 木醋液（木醋液（30%35%）, 氣化氣（氣化氣（25%30%） 低溫（低溫（600）, 中溫（中溫（600 900）, 高溫（高溫（900） 中熱值中熱值 1087812552

30、燃?xì)?，發(fā)電燃?xì)?，發(fā)電 快速熱解快速熱解中熱值中熱值 15000左右左右 生產(chǎn)汽油與酒生產(chǎn)汽油與酒 精精 空氣氣化空氣氣化H2,CH4 ,CO2， N2（50%左右）左右） 自供熱自供熱,900 1100 低熱值，低熱值，4100 7500 鍋爐，干燥，鍋爐，干燥， 動(dòng)力動(dòng)力 氧氣氣化氧氣氣化CO，H2,CH4中熱值，中熱值， 1087818200 燃?xì)?，燃?xì)猓?化工合成原料化工合成原料 水蒸汽氣化水蒸汽氣化H2（20%26%），）， CO（28%42%），）， CO2（16%23%），）， CH4（10%20%），）， C2H2（2%4%），）， C2H6（2%4%） 吸熱反應(yīng)，需外吸熱反應(yīng)，

31、需外 供熱源供熱源 中熱值中熱值 1012018900 燃?xì)?，燃?xì)猓?合成燃料合成燃料 水蒸汽水蒸汽-氧氣氧氣H2（32%），），CO（28%），）， CO2（30%），），CH4 （7.5%），），CnHm（2.5%） 自供熱自供熱800中熱值中熱值 11500左右，左右， 燃?xì)?，燃?xì)猓?制氫制氫 氫氣氣化氫氣氣化CH4高壓、高溫高壓、高溫高熱值，高熱值， 2226026040 工藝熱源，工藝熱源， 管網(wǎng)管網(wǎng) （3）氣化工藝流程）氣化工藝流程 主要工藝流程：經(jīng)粗切碎后直接進(jìn)入氣化爐點(diǎn)燃分解，不需外熱源。 燃?xì)饨?jīng)提純、凈化后送至貯氣柜，再經(jīng)管道送至用戶。 上料機(jī) 粉 碎 機(jī) 氣 化 反 應(yīng) 爐

32、 除 塵 凈 化 器 儲(chǔ) 氣 柜 氣化氣 凈化氣化氣 油 塵 灰 分 粉碎后的秸稈 主 支 氣 管 道 入 戶 管 道 秸稈 2 氣化設(shè)備 固體生物質(zhì)燃料氣化時(shí)所應(yīng)用的設(shè)備稱為氣化爐或氣化器，它是生物質(zhì) 氣化系統(tǒng)中的核心設(shè)備。 生物質(zhì)在氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成可燃?xì)狻?氣化爐分類：氣化爐分類： 按照氣化爐內(nèi)可燃?xì)庀鄬?duì)按照氣化爐內(nèi)可燃?xì)庀鄬?duì) 于生物質(zhì)物料的流動(dòng)速度于生物質(zhì)物料的流動(dòng)速度 和方向不同，氣化爐可分和方向不同，氣化爐可分 為為固定床固定床氣化爐和氣化爐和流化床流化床 氣化爐，二者又都有多種氣化爐，二者又都有多種 不同形式。不同形式。 氣化爐分類氣化爐分類 生物質(zhì)氣化爐 固定床氣化爐

33、流化床氣化爐 鼓泡床氣化爐 循環(huán)流化床氣化爐 雙流化床氣化爐 攜帶床氣化爐 上流式氣化爐 開心式氣化爐 橫流式氣化爐 下流式氣化爐 根據(jù)氣流方向根據(jù)氣流方向 按氣化爐按氣化爐結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)和氣化過(guò)程氣化過(guò)程 （一）固定床氣化爐 固定床氣化爐中，氣化反應(yīng)是在一個(gè)相對(duì)靜止的物料床層 中進(jìn)行，即物料相對(duì)于氣流來(lái)說(shuō)是處于靜止?fàn)顟B(tài)。 固定床氣化爐是一種傳統(tǒng)的氣化反應(yīng)爐。 按照氣化介質(zhì)的流動(dòng)方向不同又分為： 上流式（上流式）、下流式（下吸式）、橫流式（橫吸式） 氣化爐。 (1)下流式固定床氣化爐 生成的可燃?xì)怏w是通過(guò)爐柵向下流動(dòng)被吸出的，故稱為下流 式（下吸式）氣化器。 灰室 原料原料 空氣空氣 干燥區(qū)干燥區(qū)

34、 熱解區(qū)熱解區(qū) 氧化區(qū)氧化區(qū) 還原區(qū)還原區(qū) 產(chǎn)出氣產(chǎn)出氣 氣化器下部爐柵以下是灰室，氣化器下部爐柵以下是灰室， 爐柵與內(nèi)膽構(gòu)成一個(gè)承托的容爐柵與內(nèi)膽構(gòu)成一個(gè)承托的容 納原料的爐膛。納原料的爐膛。 爐柵上部?jī)?nèi)膽直徑減小的區(qū)域爐柵上部?jī)?nèi)膽直徑減小的區(qū)域 為喉管區(qū)，是氣化反應(yīng)區(qū)。為喉管區(qū)，是氣化反應(yīng)區(qū)。 喉管區(qū)中部偏上位置布置有進(jìn)喉管區(qū)中部偏上位置布置有進(jìn) 風(fēng)噴嘴，由氣化系統(tǒng)后端的容風(fēng)噴嘴，由氣化系統(tǒng)后端的容 積式風(fēng)機(jī)的抽力來(lái)實(shí)現(xiàn)氣化劑積式風(fēng)機(jī)的抽力來(lái)實(shí)現(xiàn)氣化劑 供給，使氣化器在微負(fù)壓條件供給，使氣化器在微負(fù)壓條件 下運(yùn)行。下運(yùn)行。 主要由內(nèi)膽外壁和灰室組成 干燥層： 熱解層： 氧化層： 還原層：

35、工作原理 結(jié)構(gòu) 原料自重下降，氣體下吸 脫水 揮發(fā)、裂解、碳化、 氣化、液化。 碳粒等燃燒供熱， 碳粒、CO2 、水等 還原形成燃?xì)狻?原料 空氣 干燥層 熱解層 氧化層 還原層 喉 管 區(qū) 灰室 (1)下流式固定床氣化爐 產(chǎn)出氣體 最大特點(diǎn)是下吸流動(dòng)方式。水蒸氣、熱解氣、焦油等產(chǎn)物都 經(jīng)過(guò)氧化層與還原層，利于焦油分解為可燃?xì)怏w，利于水參與反應(yīng)形成 CO、CH4、H2等有可燃成分 ，國(guó)內(nèi)氣化站大多用此爐型。 特點(diǎn)特點(diǎn) 溫度分布溫度分布 干燥層250 熱解層500-700 氧化層1000-1200 還原層700-900 原料 空氣 燃?xì)馊細(xì)?干燥層 熱解層 氧化層 還原層 喉 管 區(qū)區(qū) 灰室灰室

36、 1200800400 下流式固定床氣化的幾種生物質(zhì)的燃?xì)獬煞?原料原料 燃?xì)獬煞秩細(xì)獬煞? CO2O2COH2CH4CnHmN2 木材木材8-12 0.1-0.223.112-172.5-3.550.5-55.3 新收麥秸新收麥秸13.30.215.414.83.20.153 干燥糞便干燥糞便12.80.416.113.21.80.2155.49 (1)下流式固定床氣化爐 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效層高度幾乎不變，運(yùn)行穩(wěn)定性好。 負(fù)壓操作可隨時(shí)打開填料蓋，操作方便。 燃?xì)饨褂秃康停怏w中焦油在通過(guò)下部高溫區(qū)時(shí)部分被裂解，）（氣體中焦油在通過(guò)下部高溫區(qū)時(shí)部分被裂解，） 氣流下行方向與熱氣流升力相反，使風(fēng)

37、機(jī)功耗增加；可燃?xì)?須經(jīng)過(guò)灰層和儲(chǔ)灰室吸出，灰分較高；氣體經(jīng)高溫層流出，出爐溫 度較高。若用于發(fā)電或集中供氣時(shí)須進(jìn)行除灰或降溫。需由縮小的 喉口加強(qiáng)其燃燒速度，阻力較大，不便于設(shè)備的放大；因此不適于 水分大、灰分高且易熔結(jié)的物料。 缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) (1)下流式固定床氣化爐 (2)上流式固定床氣化爐 氣化劑（空氣或水蒸汽） 由氣化爐底部經(jīng)過(guò)爐柵 進(jìn)入氣化器的氧化層 （燃燒）并逐漸上升， 而氣化產(chǎn)出的可燃?xì)怏w 通過(guò)氣化器內(nèi)的各個(gè)反 應(yīng)區(qū)后從氣化器上部出 氣口排出，故稱為上流 式（上吸式）氣化器。 氣流流動(dòng)方向與原料移 動(dòng)方向相反，故也稱逆 流式氣化器。 (2)上流式固定床氣化爐 上流式固定床氣化爐工作

38、原理 生物質(zhì)原料從氣化爐上部的加料裝置送入爐內(nèi)，整個(gè)料層由 爐膛下部的爐柵支撐。 爐底。氣化劑從爐底下部的送風(fēng)口進(jìn)入爐內(nèi)，由爐柵縫隙 均勻分布、并滲入料層底部區(qū)域的灰渣層，氣化劑和灰渣進(jìn) 行熱交換，氣化劑被預(yù)熱，灰渣被冷卻。 氧化層。氣化劑隨后上升至燃燒層，在燃燒層中和原料中 熾熱的炭發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的熱量，可使?fàn)t內(nèi)溫度迅 速上升到1000以上，這一部分熱量可維持氣化爐內(nèi)的氣化 反應(yīng)所需熱量。 還原層。氣流接著上升到還原層，此時(shí)氣流中已沒有氧氣存在， 燃燒層生成的CO2遇到熾熱的炭被還原成CO；氣化劑中的水蒸氣 被分解，生成H2和CO。 此時(shí)進(jìn)行的是吸熱反應(yīng)，使該區(qū)溫度開始下降到7009

39、00。 熱分解層。還原區(qū)生成氣體與氣化劑中未反應(yīng)部分一起繼續(xù)上 升，加熱上部的原料層，使原料層發(fā)生熱解，脫除揮發(fā)分，生成 的木炭落入還原層。 干燥層?；旌蠚怏w還有很高的溫度，它們繼續(xù)上升，將剛?cè)霠t 的原料預(yù)熱和干燥脫水，并使可燃?xì)怏w的溫度降低到100300, 然后進(jìn)入氣化爐上部，經(jīng)氣化爐氣體出口排出。 (2)上流式固定床氣化爐 (2)上流式固定床氣化爐 上流式氣化爐特點(diǎn) 氣化爐的熱效率提高。燃?xì)庠诮?jīng)過(guò)熱分解層和干燥層時(shí)將其攜帶的熱 量傳遞給物料，用于物料的熱分解和干燥，同時(shí)降低自身溫度； 熱分解層和干燥層對(duì)燃?xì)庥幸欢ǖ倪^(guò)濾作用，出爐燃?xì)庵谢曳趾可伲?燃?xì)庵谢煊袩岱纸馕龀龅膿]發(fā)物，發(fā)熱量較高；

40、 氧化層位于氣化器最底部，氧氣供應(yīng)充足，使底部木炭充分燃燒； 氣化燃?xì)夂蜔崃魍颍使ぷ鲿r(shí)不必消耗很大的動(dòng)力，啟動(dòng)容易； 爐柵由于受到進(jìn)風(fēng)的冷卻，工作比較可靠。 優(yōu)點(diǎn)： (2)上流式固定床氣化爐 上流式氣化爐特點(diǎn) 燃?xì)獬隹诤瓦M(jìn)料品的位置接近，為防止燃?xì)庑孤?，必須?取密封措施； 添料不方便； 戶用爐（微型爐）一般采用間斷式加料方式； 連續(xù)生產(chǎn)則需要專門的加料裝置，而氣閘葉片磨損后易導(dǎo) 致密封不嚴(yán)漏氣； 燃?xì)庵袚]發(fā)性物質(zhì)如焦油等含量較多宜不易凈化。 缺點(diǎn)： (2)上流式固定床氣化爐 上流式固定床氣化爐的適用情況： 原則上適用于各類生物質(zhì)物料，特別適用于木材等堆積密 度較大的原料； 可以使用較濕的

41、物料，物料含水量可達(dá)50%，并對(duì)原料尺 寸要求不高，但不適用于焦油含量高的物料； 氣化劑是通過(guò)爐柵空隙進(jìn)入爐內(nèi)的，氣流流速較低，燃燒 速度也低，不適于燃用不易燃燒的燃料。 一般用于粗燃?xì)鉄o(wú)需冷卻和凈化就可直接使用的場(chǎng)合，可 直接作為鍋爐或加熱爐的燃料，或向系統(tǒng)提供工藝熱源。 (3)橫流式固定床氣化爐 空氣由側(cè)方向供給， 產(chǎn)出氣體由側(cè)向流出。 氣流橫向通過(guò)燃燒氣 化區(qū)。 主要用于木炭氣化， 反應(yīng)溫度很高。 在南 美洲應(yīng)用廣泛并投入 商業(yè)運(yùn)行。 (3)橫流式固定床氣化爐 原料原料 燃?xì)馊細(xì)饪諝饪諝?干燥層干燥層 熱解層熱解層 氧化層氧化層 還原層還原層 灰室灰室 橫流式固定床氣化爐橫流式固定床氣化

42、爐 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，啟動(dòng)快，負(fù)結(jié)構(gòu)緊湊，啟動(dòng)快，負(fù) 荷適應(yīng)能力強(qiáng)。荷適應(yīng)能力強(qiáng)。 燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間短，燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間短， 且爐中還原層容積很小，且爐中還原層容積很小， 影響燃?xì)赓|(zhì)量；影響燃?xì)赓|(zhì)量； 爐中心溫度可達(dá)爐中心溫度可達(dá)20002000， 超過(guò)了灰分的熔點(diǎn)，易超過(guò)了灰分的熔點(diǎn)，易 造成結(jié)渣。造成結(jié)渣。 (4)開心式固定床氣化爐 也稱層式下吸式固定床氣化爐。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：同下流式氣化爐相似，氣流同物料一起向下流動(dòng)，但是沒有縮口， 由中心向上搭起的轉(zhuǎn)動(dòng)爐柵代替了喉管區(qū)。 由我國(guó)于50年代初研制的，主要用于稻殼氣化，已投入商業(yè)運(yùn)行多年。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 空氣能均勻地進(jìn)

43、入反應(yīng)層，使反應(yīng)溫空氣能均勻地進(jìn)入反應(yīng)層，使反應(yīng)溫 度沿反應(yīng)截面的徑向分布一致，生產(chǎn)度沿反應(yīng)截面的徑向分布一致，生產(chǎn) 強(qiáng)度高；強(qiáng)度高； 氣、固同向流動(dòng)，有利于焦油裂解；氣、固同向流動(dòng)，有利于焦油裂解； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加料操作方便，而且運(yùn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加料操作方便，而且運(yùn)行 可靠?？煽俊?（二）流化床氣化爐 在管形爐體下部裝置一塊多 孔的水平分布板（布風(fēng)板）， 顆粒狀的流化介質(zhì)和燃料堆 放在板上，在吹入的氣化劑 作用下，帶動(dòng)固體像流體一 樣運(yùn)動(dòng)，使生物質(zhì)物料在爐 內(nèi)呈沸騰狀態(tài)，在高溫下生 成氣體。 基本概念流化床氣化 鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī) 螺旋進(jìn)料器螺旋進(jìn)料器 料箱料箱 燃?xì)馊細(xì)?流化床氣化爐流化床氣化爐 示

44、意圖示意圖 （二）流化床氣化爐 鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī) 螺旋進(jìn)料器螺旋進(jìn)料器 料箱料箱 燃?xì)馊細(xì)?流化床氣化爐流化床氣化爐 床層：流化介質(zhì)顆粒和 燃料顆粒堆放在布風(fēng)板 上形成的固體層稱為床 層，簡(jiǎn)稱為床。 流態(tài)化：當(dāng)流體流過(guò)固 體顆粒層時(shí)，帶動(dòng)固體 像流體一樣運(yùn)動(dòng)，此現(xiàn) 象稱為流態(tài)化。 （二）流化床氣化爐 流化床氣化爐中，一般采用惰性熱介質(zhì)（沙子等），作為 流化介質(zhì)來(lái)增加傳熱效率； 也可采用非惰性材料（石灰或催化劑），促進(jìn)氣化反應(yīng)，也 可不用氣化介質(zhì)。 是惟一的在恒溫床上反應(yīng)的氣化器。 通過(guò)控制運(yùn)行參數(shù)可使流化床床溫保持在結(jié)渣溫度以下，床 層只要保持均勻流化就可使床層保持等溫，這樣可避免局部 燃燒高溫。

45、 流化床氣化爐特點(diǎn)： （二）流化床氣化爐 原料適應(yīng)性廣。 可用于水分含量大、熱值低、著火困難的生物質(zhì)原料。 反應(yīng)速度快，產(chǎn)氣率高。 物料顆粒、流化介質(zhì)和氣化介質(zhì)接觸充分，受熱均勻，氧化 反應(yīng)和焦油裂解都在床內(nèi)進(jìn)行； 可大規(guī)模、高效利用。 流化床氣化爐良好的混合特性和較高的氣固反應(yīng)速率使其非 常適合于大型的工業(yè)供氣系統(tǒng)。 （二）流化床氣化爐 （3）流化床氣化過(guò)程： 固定床階段。 首先通過(guò)外加熱達(dá)到運(yùn)行溫度，床料吸收并貯存熱量。 流化床階段。 鼓入氣化爐的適量空氣經(jīng)布風(fēng)板均勻分布后將床料流化，床 料的湍流流動(dòng)和混合使整個(gè)床保持一個(gè)恒定的溫度。 流體輸送階段。 當(dāng)合適粒度的生物質(zhì)燃料經(jīng)供料裝置加入到

46、流化床中時(shí)，與 高溫床料迅速混合，在布風(fēng)板以上的一定空間內(nèi)激烈翻滾， 在常壓條件下迅速完成干燥、熱解、燃燒及氣化反應(yīng)過(guò)程， 使之在等溫條件下實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化，從而生產(chǎn)出需要的燃?xì)狻?（二）流化床氣化爐 （4）類型 按氣化器結(jié)構(gòu)和氣化過(guò) 程，可分為四種類型： 鼓泡流化床 循環(huán)流化床 雙流化床 攜帶床流化床 （二）流化床氣化爐 鼓泡流化床（沸騰床）： 是最簡(jiǎn)單的流化床氣化器。 氣化方式： 生物質(zhì)原料在分布板上部被直接輸送 到熾熱沙床中熱分解生成炭和揮發(fā)分。 特點(diǎn)： 大分子的揮發(fā)分在熾熱的床層中會(huì)進(jìn)一步裂解成小分子氣體，生成的氣化 燃?xì)庵薪褂秃可佟?氣化燃?xì)庵苯佑蓺饣鞒隹谒腿雰艋到y(tǒng)中。 氣化爐中

47、氣流速度相對(duì)較低，幾乎沒有固體顆粒從流化床中逸出。 通過(guò)調(diào)節(jié)氣化劑的比消耗量，流化床溫度控制在800900左右。 （二）流化床氣化爐 循環(huán)流化床： 與鼓泡流化床的主要區(qū)別循 環(huán)流化床氣化爐中流動(dòng)速度相對(duì) 較高，使產(chǎn)出的燃?xì)庵泻写罅?固體顆粒。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 在氣化燃?xì)獬隹谔幵O(shè)有旋風(fēng)分離 器，從流化床中攜帶出的顆粒在 通過(guò)旋風(fēng)分離器收集后重新送入 爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)。 （二）流化床氣化爐 鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī) 螺旋進(jìn)料器螺旋進(jìn)料器 料箱料箱 燃?xì)馊細(xì)?循環(huán)流化床氣化爐循環(huán)流化床氣化爐示意圖示意圖 旋風(fēng)分旋風(fēng)分 離器等離器等 反應(yīng)物中常摻有精選惰性砂粒等填料。反應(yīng)物中常摻有精選惰性砂粒等填料。 吹入氣化劑使

48、填料與原料充分接觸、吹入氣化劑使填料與原料充分接觸、 流化、燃燒、傳熱傳質(zhì)。流化、燃燒、傳熱傳質(zhì)。 優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)條件好，氣化速度快、優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力學(xué)條件好，氣化速度快、 燃?xì)獾寐矢摺⒔褂秃可?。燃?xì)獾寐矢?、焦油含量少?缺點(diǎn)：灰分高、設(shè)備復(fù)雜、投資大。缺點(diǎn)：灰分高、設(shè)備復(fù)雜、投資大。 （二）流化床氣化爐 循環(huán)流化床的技術(shù)特點(diǎn)： 氣化過(guò)程中流化速度由所供給的空氣量保持。 一般生物質(zhì)氣化所需的空氣量是完全燃燒的20%30%。 為保持較高的流化速度，一方面氣化器相對(duì)截面不能太大， 另一方面要求生物質(zhì)顆粒的直徑較小。 循環(huán)流化床是目前商業(yè)化應(yīng)用最多的流化床氣化器。 （二）流化床氣化爐 雙流化氣化床： 分為

49、兩個(gè)組成部分： 一部分是氣化爐， 另一部分是燃燒爐。 氣化爐中產(chǎn)出的燃?xì)饨?jīng) 分離后，沙子和炭粒流 入燃燒爐中，在這里炭 粒燃燒，將沙子加熱， 灼熱的沙子再返回到氣 化爐中，以補(bǔ)充氣化爐 所需的熱量。 （二）流化床氣化爐 雙流化氣化床特點(diǎn)： 雙流化系統(tǒng)中燃燒和氣化的過(guò)程分開進(jìn)行， 燃燒爐采用鼓泡床或循環(huán)床，用空氣鼓風(fēng)，燃燒溫度為900 950； 氣化爐用蒸汽鼓風(fēng)，運(yùn)行溫度為800850。 系統(tǒng)的關(guān)鍵： 雙流化系統(tǒng)中，兩床間有足夠穩(wěn)定的物料循環(huán)量以保證有足夠 連續(xù)的熱量供氣化吸熱所需是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是其技術(shù)難點(diǎn)。 （二）流化床氣化爐 攜帶床氣化爐： 是流化床氣化爐的一種特例。 該床不使用惰性材料

50、，提供的氣化劑直接吹動(dòng)生物質(zhì)原料。 攜帶床氣化爐要求原料破碎成細(xì)小顆粒，其運(yùn)行溫度高達(dá) 1100以上， 產(chǎn)出氣體中焦油成分及冷凝物含量很低，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%。 由于運(yùn)行溫度高易燒結(jié)，故攜帶床氣化爐選材較難。 固定床氣化爐與流化床氣化爐性能比較 上流式上流式下流式下流式鼓泡流化床鼓泡流化床循環(huán)流化床循環(huán)流化床 原料適應(yīng)性原料適應(yīng)性 適應(yīng)不同形狀適應(yīng)不同形狀 尺寸原料、含尺寸原料、含 水量在水量在15-45% 間可穩(wěn)定運(yùn)行。間可穩(wěn)定運(yùn)行。 大塊原料不大塊原料不 經(jīng)預(yù)處理可經(jīng)預(yù)處理可 直接使用。直接使用。 原料尺寸控制較嚴(yán)，原料尺寸控制較嚴(yán)， 需預(yù)處理過(guò)程。需預(yù)處理過(guò)程。 能適應(yīng)不同種類的能適應(yīng)

51、不同種類的 原料，但要求為細(xì)原料，但要求為細(xì) 顆粒，原料需預(yù)處顆粒，原料需預(yù)處 理過(guò)程。理過(guò)程。 燃?xì)馓攸c(diǎn)燃?xì)馓攸c(diǎn) 后處理過(guò)程后處理過(guò)程 的簡(jiǎn)單性的簡(jiǎn)單性 H2和和CnHm含含 量少，量少，CO2含含 量高，焦油含量高，焦油含 量高，需要復(fù)量高，需要復(fù) 雜凈化處理。雜凈化處理。 H2含量增加。含量增加。 焦油經(jīng)高溫焦油經(jīng)高溫 區(qū)裂解，含區(qū)裂解，含 量減少。量減少。 與直徑相同的固定與直徑相同的固定 床比，產(chǎn)氣量大床比，產(chǎn)氣量大4 倍，焦油較少，燃倍，焦油較少，燃 氣成分穩(wěn)定，后處氣成分穩(wěn)定，后處 理過(guò)程簡(jiǎn)單。理過(guò)程簡(jiǎn)單。 焦油含量少焦油含量少, 產(chǎn)氣量產(chǎn)氣量 大大,氣體熱值比固定氣體熱值比固定

52、 床氣化爐高床氣化爐高40%左左 右。后處理簡(jiǎn)單。右。后處理簡(jiǎn)單。 設(shè)備實(shí)用性設(shè)備實(shí)用性 單爐生產(chǎn)能單爐生產(chǎn)能 力力 生產(chǎn)強(qiáng)度小。生產(chǎn)強(qiáng)度小。生產(chǎn)強(qiáng)度小。生產(chǎn)強(qiáng)度小。 生產(chǎn)強(qiáng)度是固定床生產(chǎn)強(qiáng)度是固定床 的的4倍，但受氣流倍，但受氣流 速度的限制。速度的限制。 生產(chǎn)強(qiáng)度是固定床生產(chǎn)強(qiáng)度是固定床 的的8-10倍，流化床倍，流化床 的的2倍，單位容積的倍，單位容積的 生產(chǎn)能力最大。生產(chǎn)能力最大。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜程結(jié)構(gòu)復(fù)雜程 度及制造維度及制造維 修費(fèi)用修費(fèi)用 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加 工制造容易工制造容易 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 容易實(shí)現(xiàn)連容易實(shí)現(xiàn)連 續(xù)加料。續(xù)加料。 故障處理容易，維故障處理容易，維 修費(fèi)

53、用低修費(fèi)用低 故障處理容易，維故障處理容易，維 修費(fèi)用低。修費(fèi)用低。 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 生物質(zhì)物料特性的影響 氣化條件與工藝相同而物料特性不同，其氣化產(chǎn)物也各 有差異。不同生物質(zhì)原料的熱值、水分、揮發(fā)分、灰分 以及元素組成各不相同，這些差異造成了氣化產(chǎn)氣結(jié)果 的變化。 通過(guò)對(duì)物料含水率、粒度、料層厚度及物料種類等因素 的調(diào)整，可得到不同的氣化效果。 另外，原料的黏結(jié)性、結(jié)渣性、灰熔溫度等對(duì)氣化爐及 過(guò)程影響較大，氣化溫度受其限制最為明顯。 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 氣化溫度的影響 溫度是熱解和氣化的關(guān)鍵控制變量之一。 主要的氣化反應(yīng)溫度為7001000。 隨著氣化溫度的增大

54、，氣化產(chǎn)氣量也逐漸增大，燃?xì)饨M分中 的可燃組分濃度增大，氣體熱值增大。 氣化溫度過(guò)低，易造成氣化產(chǎn)氣熱值小，焦油產(chǎn)量大等問(wèn)題； 氣化溫度過(guò)高，也不利于高熱值氣化氣的生成，而且能量損 耗大。 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 高溫有利于H2濃度的增加，CO濃度稍有降低。H2/CO隨反應(yīng) 溫度的增大而增大。 在750850的氣化條件下，氣化氣熱值有先升高后降低的 趨勢(shì)。故要獲得高熱值的氣體，氣化溫度應(yīng)控制在800左右。 但在小于800時(shí)，氣化產(chǎn)氣中的H2濃度低于CO， 當(dāng)溫度高于800后，H2濃度逐漸高于CO濃度。 因?yàn)闇囟壬邔?dǎo)致熱解反應(yīng)的二次裂解速率加快，增加了 H2、CO和烴類物質(zhì)增加，焦油

55、裂解速率也會(huì)加快。 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 氣化介質(zhì)的影響 氣化劑量直接影響到反應(yīng)器的運(yùn)行速率與氣化氣的停留時(shí)間，從而影響燃?xì)?品質(zhì)與產(chǎn)率。 目前采用的氣化介質(zhì)主要有4種：空氣氣化、富氧氣化、空氣-水蒸氣氣化、 水蒸氣氣化。 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 生物質(zhì)粒徑的影響 粒徑大小在300m1 mm，高溫下較小粒徑之間的氣化差異 表現(xiàn)并不明顯； 但對(duì)粒徑大于1 mm的顆粒，隨著反應(yīng)溫度的升高，氣體產(chǎn)率 逐漸增大，但是總體上小于小粒徑的產(chǎn)氣率。 表明：隨著粒徑的增大，顆粒表面和內(nèi)部的熱傳遞的效果變 差而逐漸成為限制因素。 氣化產(chǎn)氣量及組分與生物顆粒的升溫速率有關(guān)： 高升溫速率會(huì)產(chǎn)生較多

56、的小分子氣體，較少的焦炭及焦油， 主要是由于小顆粒具有較大的比表面積因此升溫速率較快。 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 氣化過(guò)程中ER較合適的取值范圍一般為0.190.43。 適當(dāng)?shù)腅R可以實(shí)現(xiàn)氣化過(guò)程的自熱反應(yīng)，減少外來(lái)能源的輸入。這是氣 化工藝追求的目標(biāo)之一。 對(duì)下吸式氣化爐來(lái)講當(dāng)ER=0.38時(shí)，氣化效果達(dá)到最優(yōu)，單位燃料的產(chǎn) 氣量隨當(dāng)量比呈線性增加關(guān)系。 在ER=0.25、0.30和0.35三種條件下，流化床反應(yīng)器氣化中，流化速率為 0.22 m/s的條件下，ER=0.25為氣化的最優(yōu)當(dāng)量比。 氣化爐溫度隨著當(dāng)量比的增加而增加。 主要原因是部分燃燒釋放出的溫度大于系統(tǒng)的熱損失。 較大的

57、ER也使氣化產(chǎn)氣的熱值以及H2、CO含量降低。 這是由于氧氣在與生物質(zhì)反應(yīng)的同時(shí)，也部分與氣化產(chǎn)生的H2、CO、 CH4等可燃?xì)怏w發(fā)生氧化反應(yīng)，從而造成了燃?xì)馄焚|(zhì)的下降 當(dāng)量比（ER）的影響 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 S/B的影響 S/B是指氣化過(guò)程中的水蒸氣與生物質(zhì)量之比。 水蒸氣作為氣化介質(zhì)有幾個(gè)特點(diǎn)： 水蒸氣參與反應(yīng)可以大大提高氣化產(chǎn)氣中的氫氣含量； 可以改善燃?xì)馄焚|(zhì)，增加燃?xì)鉄嶂担?由于水蒸氣參與的反應(yīng)大多為吸熱反應(yīng)，因此需要和氧氣 混合使用，或者增加外來(lái)能源。 3 生物質(zhì)氣化過(guò)程中的影響因素 S/B的影響 研究發(fā)現(xiàn)，S/B比值在0.40.8，生產(chǎn)量和產(chǎn)能增加明顯， 但在高S/B

58、時(shí)，氣體產(chǎn)量接近常量。 S/B值為1.2比為0.8時(shí)產(chǎn)氣有較小的降低，氣體中CO、CO2 和CH4變化較小。 研究表明，隨著S/B的增加產(chǎn)氣量也隨著增加，但焦油和 木炭則出現(xiàn)減少。 增加的氣體產(chǎn)量來(lái)源于水蒸氣作用焦油的重整、裂解和焦 炭的還原反應(yīng)。 4 各類氣化爐性能及主要參數(shù) 1）氣化強(qiáng)度 指單位時(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)爐截面積處理原料的能指單位時(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)爐截面積處理原料的能 力力 一般固定床的氣化強(qiáng)度為100-250kg/m2h， 流化床的氣化強(qiáng)度可高達(dá)2000kg/m2h 2）燃?xì)赓|(zhì)量 主要內(nèi)容為焦油含量、熱值、灰分、CO比例等。 焦油含量大體為：上流式固定床 下流式固定床 流化床 灰分含量大

59、體為：上流式固定床 下流式固定床 流化床 燃?xì)鉄嶂荡篌w為：氫氣-燃?xì)?氧氣或水蒸氣-燃?xì)?空氣-燃?xì)?一一. 性能指標(biāo)：性能指標(biāo)： 4 各類氣化爐性能及主要參數(shù) 3) 氣體產(chǎn)率（m3/kg） 單位質(zhì)量生物質(zhì)原料氣化后生成的燃?xì)怏w積。也就是燃?xì)?得率 。 氣化氣的低熱值簡(jiǎn)化計(jì)算式： Qv=126CO+108H2+359CH4+665CnHm kJ/m3 CO、H2等為體積分?jǐn)?shù) 4) 碳轉(zhuǎn)換率 生物質(zhì)原料中的C轉(zhuǎn)換到氣化氣中的份額。 4 各類氣化爐性能及主要參數(shù) 5 5）氣化效率）氣化效率 單位生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)換成的氣體燃料的化學(xué)能（熱能）與生物 質(zhì)原料的熱值之比。 = VmHm H 100% 氣化效

60、率 Vm燃?xì)獾寐?m3/kg（標(biāo)態(tài)下） Hm燃?xì)獾臀粺嶂?kJ/m3 H原料低位熱值 kJ/kg 國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定70%，國(guó)內(nèi)固定床氣化爐通常為，國(guó)內(nèi)固定床氣化爐通常為70-75%，流化，流化 床氣化爐可達(dá)床氣化爐可達(dá)78% 4 各類氣化爐性能及主要參數(shù) 6）當(dāng)量比 自供熱系統(tǒng)中，單位生物質(zhì)氣化的空氣消耗量與其完全燃燒時(shí) 所需理論空氣量之比。 V= （1.866C+5.55H+0.7S+0.7O） 0.21 1 V為理論空氣量(m3/kg) ；C為C元素含量% 一般當(dāng)量比=0.250.3 為宜。此時(shí)燃?xì)獬煞州^好。原料水分大或揮發(fā) 分低時(shí)應(yīng)取上限，反之取下限。必要時(shí)應(yīng)實(shí)驗(yàn)確定適宜