生物质流化床炭气联产技术

2018-12-13 14:46:06 / 打印

生物质流化床炭气联产技术

能源是人类赖以生存和发展的基础,随着社会经济的快速发展,人类对能源的需求也越来越大。大量的开采和使用化石能源会污染环境和破坏生态平衡,开发和利用清洁的可再生能源已经迫在眉睫,生物质是可以转化为液体燃料的环境友好的可再生能源,是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源。生物质气化技术是清洁高效利用生物质能的有效途径之一,生物质气化技术除了可以用于发电、供气、供热等方面外,还可以用于将各种生物质能转化成为高品位的燃料和生物质炭。

流化床炭气联产炉,最重要的特点是气化剂(空气和水蒸汽,或氧气和水蒸汽)和生物质固体燃料进入一个高温的颗粒流化床,由于在流化床内,气体和燃料的强烈混合,气化过程的不同阶段,而且各点的温度非常均匀,因而操作变得非常简单:只要控制好气化剂和燃料的比例就可以了。

生物质进入气化炉的中部;含饱和蒸汽的气化剂分若干个喷嘴,从倒锥形的底部喷入。进入流化床的生物质颗粒迅速被气化剂举起,然后在气化炉的周边下降,再次进入中心射流区。中心射流上部的高温火焰将生物质热解,炭化,在循环过程中,形成小颗粒炭粉随气体带出炉外。经旋风除尘器排除,送去炭粉仓。气体则送去燃烧炉加热或干燥物料。

流化床气化炉,跟固定床气化炉相比,优点是(1)对燃料的适应性比较强,不需要用整齐划一的大颗粒生物质;(2)产生的气体中不含木焦油和其他油;(3)不必担心因为温度分布不均匀而造成的局部结渣。

流化床气化炉,按气—固接触模式属于鼓泡流化床。鼓泡流化床的操作气速比较低,一般在1m/s左右。由于气泡的存在,完全气化与没有完全气化的燃料紧密地混合在一起,使得气化炉排出未完全气化的炭粉。炭粉产量高,有效气体的热值也较高。

与固定床气化炉相比,主要优点是:

(1).  气化强度比固定床高

(2).  气化剂与燃料之间的传热传质效率高

1、生物质气化原理

生物质气化是指将固体生物质加热,进行不完全燃烧,使生物质裂解,变成小分子量的CO、H2、CH4等可燃性气体,在转换过程中要加入气化剂(空气、氧气或水蒸气)。

炭与氧反应是放热反应:C+O2=CO2

蒸汽与炭反应是吸热反应:C+H2O=CO+H2

氧气与炭反应产生:2C+O2=2CO

一氧化碳与蒸汽反应产生:CO+H2O=CO2+H2

当生物质原料进入炉内,依次被干燥、预热和干馏、生成的蒸汽、焦油雾和木煤气。蒸汽和焦油雾在高温下继续参与反应和裂解产生有效气体。

由于生物质的特殊性质,在气化前还需要经过干燥、破碎和切片等预处理过程。经预处理的生物质在气化炉中,约于600℃下发生热解反应,生成的气体中包括解离气体、气化的挥发分、H2、CO、CO2、焦油和水蒸气。由于生物质中的挥发分含量(70%~80%,干基)远高于煤炭(30%),所以生物质气化的热解反应比煤炭更为重要。挥发分在气相中的热裂化反应使木焦油分解成有效气体,热解反应的副产物是生成不挥发的焦炭和炭粉。

颗粒状的物料被送入炉内,在炉体底部以较大压力通入气化剂,使炉内呈沸腾、鼓泡等不同状态,物料和气化剂充分接触,发生气化反应。流化床气化炉的优点:温度稳定均匀;使用燃料颗粒很细小,传热面积大;气化效率高;适用于连续运转,适合大规模的商业应用。流化床气化技术是气化生物质的另一个主要方法。颗粒可在10mm以下,与固定床要求是块状颗粒有所不同。其过程是将气化剂(氧气或空气与水蒸汽)从气化炉底部鼓入炉内,炉内的细粒被气化剂流动起来,在一定温度下发生燃烧和气化反应。气流达到一定速度先鼓泡,叫鼓泡床,进一步就湍流,叫湍流床,再进一步叫快速流化床。

2.1 反应特性:

2.1.1 流化床生物质气化的主要反应包括:热解反应、热解气体二次反应、生物质与CO2及水蒸汽反应、水蒸汽变换反应和甲烷化反应。流化床气化过程也可分为氧化层和还原层。氧化层高度为约为80-100mm,其高度与原料粒度无关。氧化层上面为还原层,还原层一直延伸到床层的上部界限。

2.1.2 流化床的气体流量,一方面受到生物质颗粒粒流化的最小速度--临界速度限制,又不能大于颗粒的终端速度--吹出速度,在两者之间寻求最佳流化速度。

2.1.3 提高压力,可大幅提高气化强度。提高温度,可提高木煤气转化率及木煤气产量。由于流化床是固态干法排渣,为防止炉内结渣,在保持一定流速的同时,要求生物质在气化炉操作温度一般选定在900℃左右。

中闽绿康

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