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1、1生物质气化 第2页主要内容主要内容生物质气化基本原理生物质气化基本原理生物质气化反应动力学生物质气化反应动力学生物质气化设备和工作原理生物质气化设备和工作原理生物质气化指标及影响因素生物质气化指标及影响因素 第3页生物质气化生物质气化基本原理基本原理图图 上吸式气化炉气化原理上吸式气化炉气化原理1.干燥区干燥区 温度大温度大约为约为100250 产产物物为为干物料和水蒸气干物料和水蒸气 水蒸气随着下面三个反水蒸气随着下面三个反应应区的区的产热产热排除气化炉排除气化炉 干物料干物料进进入裂解区入裂解区2.热热分解区（裂解区）分解区（裂解区）温度大温度大约为约为300600 产产物物为为炭、炭、
2、H2、水蒸气、水蒸气、CO、CO2、CH4、焦油及其、焦油及其他他烃类烃类物物质质 热热气体上升气体上升进进入干燥区入干燥区 炭炭进进入入还还原区原区 第4页生物质气化生物质气化基本原理基本原理图图 上吸式气化炉气化原理上吸式气化炉气化原理3.还还原区（吸原区（吸热热）温度大温度大约为约为700900 产产物物为为CO、CO2、H2 热热气体上升气体上升进进入裂解区入裂解区 未反未反应应炭炭进进入氧化区入氧化区4.氧化区（放氧化区（放热热）温度大温度大约为约为10001200 产产物物为为CO、CO2 热热气体上升气体上升进进入入还还原区原区 灰灰进进入灰室入灰室 第5页生物质气化生物质气化反
3、应动力学反应动力学 生物生物质质气化气化动动力学包括力学包括热热分解分解过过程机理及程机理及动动力学表达式，力学表达式，还还原原过过程中的程中的主要化学反主要化学反应应及及过过程速率，焦炭的燃程速率，焦炭的燃烧过烧过程及其二次反程及其二次反应过应过程速率。程速率。u分解过程机理及动力学表达式分解过程机理及动力学表达式 低温时（低于250）的主要产物是CO2、CO、H2O及焦炭；温度升高至400以上时，生成CO2、CO、H2O、H2、CH4焦炭及焦油等；温度继续升高至700并有足够停留时间时，出现二次反应，即焦油裂解为氢、轻烃及炭等产物。第6页生物质气化生物质气化反应动力学反应动力学u还原过程中
4、主要化学反应及过程速率还原过程中主要化学反应及过程速率 下面反应是可逆的，增加温度、降低压力促进反应进行。温度低于700时，反应有利于CO2的生成，并且水蒸气与碳的反应速率极为缓慢。温度从800开始升高时，水蒸气与碳的反应明显增加。其中水蒸气与碳的反应速率与温度的关系式：第7页生物质气化生物质气化反应动力学反应动力学u焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率 生物质炭的燃烧速率受燃烧温度控制，基本呈现对数曲线增长。又受氧通过灰层的扩散速率控制，细颗粒的燃烧速率比大颗粒快得多。随着颗粒粒径减小，燃烧速率按对数曲线递增。焦油的燃烧速率随温度增加而增加，且接近直线关系。二
5、次反应包括裂解、重整、水蒸气与一氧化碳的变换反应、二氧化碳与碳及碳与水蒸气的还原反应等。温度与停留时间是决定二次反应程度的主要因素。第8页1）固定床）固定床 上吸式气化炉上吸式气化炉优点是：优点是：1.1.燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量传燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量传递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时递给物料，用于物料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度，使炉子热效率大大提高；降低其自身的温度，使炉子热效率大大提高；2.2.热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作用，所以所以出炉的燃气中只含有少量灰分出炉的燃气中只含有少量灰分；结构简；结构
6、简单，加工制造容易，炉内阻力小。单，加工制造容易，炉内阻力小。缺点是：缺点是：1.1.原料中水分不能参加反应原料中水分不能参加反应，减少了燃气中，减少了燃气中H和碳氢化合物的含量，和碳氢化合物的含量，气体与固体逆向流动时，气体与固体逆向流动时，物料中的水分随产品气体带出炉外物料中的水分随产品气体带出炉外，降低，降低了气体的实际热值，增加了排烟热损失；了气体的实际热值，增加了排烟热损失；2.2.热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低温度的气流相遇，原料在低温温度的气流相遇，原料在低温(250400oC)下进行热分解，导
7、致下进行热分解，导致焦焦油含量高。油含量高。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理 第9页下吸式气化炉下吸式气化炉优点是：优点是：1.1.气化强度较上吸式高；气化强度较上吸式高；2.2.工作稳定性好工作稳定性好；3.3.由于氧化区在热解区与还原区之间，因而干由于氧化区在热解区与还原区之间，因而干馏和热解的产物都要经过氧化区馏和热解的产物都要经过氧化区，在高温下，在高温下裂解成裂解成H2和和CO等永久性小分子气体等永久性小分子气体，使气，使气化气中化气中焦油含量大大减少焦油含量大大减少。缺点是：缺点是：1.1.出炉出炉的可燃气中含有的的可燃气中含有的灰分较多灰分较多；2.2.出炉的出炉
8、的可燃气的温度较高可燃气的温度较高，须用水进行冷却。，须用水进行冷却。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理 第10页 横吸式气化炉横吸式气化炉 生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部的灰室。气化剂由侧面进入，生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部的灰室。气化剂由侧面进入，产出的气体也由侧面流出，气流横向通过气化区，在氧化区、还原区进行产出的气体也由侧面流出，气流横向通过气化区，在氧化区、还原区进行的热化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧区温度甚的热化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧区温度甚至会超过灰熔点，至会超过灰熔点，容易造成结渣。因此，该炉适用
9、于含灰分少的原料，一容易造成结渣。因此，该炉适用于含灰分少的原料，一般用作焦炭和木炭气化。般用作焦炭和木炭气化。（2）流化床气化炉）流化床气化炉 流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材料沙子惰性材料沙子，在吹入气，在吹入气化剂作用下，物料化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈接触充分，受热充分，在炉内呈“沸腾沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高生产能力大，气化效率高。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理 第11页主要缺点主要缺点 产气中灰分需要很好地净化
10、处理和部产气中灰分需要很好地净化处理和部件磨损严重。件磨损严重。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理以外循环流化床气化炉为例：以外循环流化床气化炉为例：主要主要优点优点 气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭不断循环回反应炉内不断循环回反应炉内。使炭有足够的时间在床内停留，以适应还原使炭有足够的时间在床内停留，以适应还原反应速度慢的需要反应速度慢的需要。适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质物料。物料。第12页1.1.比消耗量。定义：气化比消耗量。定义：气化1kg1kg生
11、物质所消耗气化剂生物质所消耗气化剂(如空气、如空气、水蒸气、氧气水蒸气、氧气)的量。的量。2.2.产品气产率。气化产品气产率。气化1kg1kg原料所得到的气体燃料在标准状态下原料所得到的气体燃料在标准状态下的体积称为产品气产率。的体积称为产品气产率。3.3.碳转化率。碳转化率是指生物质燃料中的碳转化为气体燃碳转化率。碳转化率是指生物质燃料中的碳转化为气体燃料中碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。料中碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。气体产率，气体产率，m m3 3/kg/kg燃气中的体积百分比燃气中的体积百分比原料中碳的含量，原料中碳的含量，%生物质气化生物质气化指标及影响因
12、素指标及影响因素 第13页4.4.气化效率。生物质气化后生成的产品气总热量与气化原料气化效率。生物质气化后生成的产品气总热量与气化原料总热量之比，称为气化效率，它是衡量气化过程的主要指标。总热量之比，称为气化效率，它是衡量气化过程的主要指标。5.5.气化强度。单位时间内，气化反应器单位横截面上所能气化强度。单位时间内，气化反应器单位横截面上所能气化的原料量称为气化强度，单位通常为气化的原料量称为气化强度，单位通常为kgkg(m(m2 2h)h)。气化指标的影响因素气化指标的影响因素复杂的热化学过程，受很多因素的影响。复杂的热化学过程，受很多因素的影响。影响气化指标的因素取决于影响气化指标的因素
13、取决于3 3个方面，即原料特性、气化过个方面，即原料特性、气化过程的操作条件和气化反应器的构造。程的操作条件和气化反应器的构造。生物质气化生物质气化指标及影响因素指标及影响因素 第14页(1)(1)生物质特性生物质特性原料特性不但影响气化指标而日也决定气化方法的选择。生原料特性不但影响气化指标而日也决定气化方法的选择。生物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出的优点。物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出的优点。1)1)挥发分高、固定族低。生物质特别是秸秆类生物质，固定挥发分高、固定族低。生物质特别是秸秆类生物质，固定碳在碳在2020左右，而挥发分则高达左右，而挥发分则高达7070左右。在较低温
14、度下，约左右。在较低温度下，约400400度就可全部挥发出来。度就可全部挥发出来。2)2)生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快的速生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快的速度与度与COCO2 2及水蒸气进行气化反应。及水蒸气进行气化反应。如：在如：在815815、2MPa2MPa下，木炭在下，木炭在He(45He(45)、H2(5H2(5)及水蒸气及水蒸气(5(5)的气体中，只要的气体中，只要7 7分钟，分钟，8080能被气化，泥煤炭只能有约能被气化，泥煤炭只能有约2020被气化，而褐煤显几乎没有反应。被气化，而褐煤显几乎没有反应。3)3)生物质灰分少。生物质灰分一般少于生物
15、质灰分少。生物质灰分一般少于3 3(稻壳等除外稻壳等除外)。4)4)含硫量低。生物质台硫量一般少于含硫量低。生物质台硫量一般少于0 02 2，不需要气体脱，不需要气体脱硫装置，降低了成本，又有利于环境保护。硫装置，降低了成本，又有利于环境保护。生物质气化生物质气化指标及影响因素指标及影响因素 第15页(2)(2)原料的结渣性。原料的结渣性。反应性好的原料，可以在较低温度下操作气化过程不易结渣，有利于反应性好的原料，可以在较低温度下操作气化过程不易结渣，有利于操作，也有利于甲烷生成。矿物成分往往可使燃料在燃烧反应中起催化操作，也有利于甲烷生成。矿物成分往往可使燃料在燃烧反应中起催化作用。作用。例
16、如：将木灰例如：将木灰(15)喷在加热中的木材表面上就可使反应性加强，喷在加热中的木材表面上就可使反应性加强，反应时间减少反应时间减少1/2。生物质气化生物质气化指标及影响因素指标及影响因素 第16页(3)气化条件。气化条件。反应温度、反应压力、物料特性、气化设备结构等也是影响气反应温度、反应压力、物料特性、气化设备结构等也是影响气化过程中的主要因素，不同的气化条件，气化产物成分的变化化过程中的主要因素，不同的气化条件，气化产物成分的变化很大。很大。生物质气化生物质气化指标及影响因素指标及影响因素 第17页谢谢 谢谢 第18页 第19页固定床气化炉固定床气化炉下吸式：焦油含量少，热值高下吸式：
17、焦油含量少，热值高上吸式：焦油含量多，热值低上吸式：焦油含量多，热值低 第20页流化床气化炉流化床气化炉 第21页优点：优点：（1 1）流化床气化炉断面小，）流化床气化炉断面小，气化效率和气化强度较高气化效率和气化强度较高。（2 2）流化床气化对灰分要求不高，可以使用粒度很小的）流化床气化对灰分要求不高，可以使用粒度很小的原料。原料。（3 3）流化床气化的产气能力可在较大范围内波动，且气）流化床气化的产气能力可在较大范围内波动，且气化效率不会明显降低。化效率不会明显降低。（4 4）流化床使用的燃料颗粒很细，传热面积大，传热效）流化床使用的燃料颗粒很细，传热面积大，传热效率高，气化反应温度不是很高且均衡，结渣的可能性减弱。率高，气化反应温度不是很高且均衡，结渣的可能性减弱。缺点缺点 （1 1）产出气体的显热损失大。）产出气体的显热损失大。（2 2）由于燃料颗粒细，流化速度较高，故产出气体中的）由于燃料颗粒细，流化速度较高，故产出气体中的带出物较多。带出物较多。第22页双流化床气化炉双流化床气化炉 第23页谢谢 谢谢