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生物质热解气化

15万和60万千卡/时的煤气发生炉。 燃烧器的结构形式 生物质热解气化过程是在同一个燃烧器里完成的,分氧化、还原、干馏、干燥四个阶段。根据流入空气和流出可燃气(通常称为煤气)的方向,有上吸式、下吸式和平吸式煤气发生炉三种结构形式(见图)。上吸式煤气发生炉燃料由顶部装入炉内,使之停留在炉篦上,由炉篦下引入空气,点火燃烧。由于空气充足

植物类固体燃料在缺氧条件下热解产生以一氧化碳(CO)为主要成分的可燃气体。这种气体燃料输送方便,燃烧充分,控制灵活,能扩大可燃生物质燃料的应用范围。

发展概况

20世纪20年代末,德国首先利用煤和木炭气化,继而采用木柴气化。第二次世界大战中制取煤气代替石油驱动车辆。战后由于大量开采石油使气化技术停滞不前。直到1973年石油危机,发达国家为寻求代用能源,再次研究生物质的气化技术,并较多地考虑利用农林业加工后的废异物,如锯木屑、稻壳、玉米芯等以扩大能源的来源,同时能减轻废弃物对环境的污染。美国利用农业废弃物和城镇垃圾作原料,气化后用于烘干作业和发电。瑞典、比利时、澳大利亚等一些生产木材较多的国家,利用加工木材后的废弃物进行气化以驱动车辆或用于发电。中国在抗日战争时期,由于燃油短缺,曾利用木柴和木炭气化以驱动车辆。80年代初中国开始研制新一代的气化装置用于燃烧农业废料,现已制有能输出2万、5万、15万和60万千卡/时的煤气发生炉。

燃烧器的结构形式

生物质热解气化过程

是在同一个燃烧器里完成的,分氧化、还原、干馏、干燥四个阶段。根据流入空气和流出可燃气(通常称为煤气)的方向,有上吸式、下吸式和平吸式煤气发生炉三种结构形式(见图)。

上吸式煤气发生炉燃料由顶部装入炉内,使之停留在炉篦上,由炉篦下引入空气,点火燃烧。由于空气充足,燃料氧化生成二氧化碳(CO2),并释放出热量Q1,此阶段谓之氧化阶段,其反应式为:

C+O2→CO2+405.899千焦/摩

此热流气体向上运动,二氧化碳和上层燃料碳接触,在缺空气条件下,吸入热量Q2还原成一氧化碳(CO),谓之还原阶段,其反应式为:

C+CO2→2CO-164.453千焦/摩

当放热率大于吸热率,气化过程便能正常稳定进行。在氧化阶段中,燃烧温度可达1200~1500℃。还原阶段温度降至700~900℃。热气体继续上流,燃烧中的挥发质和焦油被分离,形成焦炭,这就是干馏阶段,温度在300~700℃间。最上层的物料在低于300℃热流体的温度下,水分被蒸发,这就是干燥阶段。一氧化碳同挥发气、水蒸气和空气中的氮气一齐由上部流出。这一煤气的热值约为4163.7千焦/米3(≈995千卡/米3)。为提高单位容积煤气的热值,可在进入空气中加一定量的水,水蒸气和灼热的燃料接触,可产生一部分热值较高的氢气。此时煤气的热值约为5104.7千焦/米3(1219.5千卡/米3)。

上吸式煤气发生炉是历史上最早使用的炉型,结构简单,启动容易,烟气流经路程较长,出口烟气温度较低,烟气中含有较多未经分解的焦油及烟垢等物,清洁度较差。适用于燃烧水分含量较高(30%~50%)而含焦油少的生物质。物料大小宜控制在10厘米范围内,否则上部容易架空。下吸式煤气发生炉的还原区在氧化区下部。燃料中的焦油易被高温氧化区分解,燃料中的水分亦可参加反应形成氢,可随时打开炉盖添加燃料,空气便于调节,燃烧稳定。烟气中焦油含量少,但灰分高于上吸式,流出煤气的温度较高。燃料的适应性范围大,因而适用于一般的生物质,是采用较多的一种炉型。平吸式煤气发生炉进入空气和流出的煤气在同一水平位置上。燃烧快,炉温高,煤气温度也高,将超过灰分熔点,易产生结渣。还原区容积小,还原成CO的量也随之减少。适用于燃烧含焦油和灰分少的焦炭、木炭等燃料。

上述三种炉型中,燃料都是缓慢移动的,称为固定床煤气发生炉。为提高燃烧和气化效果,且适用于含灰分高的生物质燃料,正研制流化床煤气发生炉,炉体为细长圆柱体,内放置定量的惰性截热体,如砂粒、陶瓷等物。对加入的燃料要求碎细,小于1厘米。在高速空气流动中,燃料随截热体进行悬浮燃烧,流出的煤气温度高并含有细灰,它对燃料的细度要求高,需进行加工并有复杂的控制系统。

经热解气化而得到的煤气中仍含有少量焦油,因此用煤气作发动机燃料时,须经净化。煤气是一种有毒气体,易爆炸,使用中需注意安全。