生物质气化炉优化设计及原料试验研究分析.docVIP

生物质气化炉优化设计及原料的试验研究 摘要 由于生物质能具有储量大、环境友好等特点，生物质气化技术尤其是户用型生物质气化炉有相当的应用研究价值。在了解了国内外生物质气化炉发展水平的基础上，分析比较各类型生物质气化炉设计的优缺点，提出针对相应缺陷的解决方案，并分析研究改进型生物质气化炉对各种原料的适应性。 关键词 户用型；生物质；气化炉；环境友好；原料比较 1 引言 人类正面临着发展与环境友好的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多，尤其是化石燃料消费的增加，就有两个突出问题摆在我们面前：一是造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料经不起无休止的消耗。 生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，通常包括农业废弃物、木材及森林工业废弃物、禽畜粪便、城镇生活垃圾以及能源作物等，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。生物质能具有以下特点：(1)属于可再生能源，可保证能源的继续利用；(2)种类多而分布广，便于就地取材，利用形式多样；(3)相关技术已经成熟，可贮存性好；(4)节能、环保效果好。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源．生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40％来自生物质能源[1-2]。 2 生物质能气化技术的应用前景 我国是一个农业大国，每年产生农作物秸秆8.7亿t，其中2.8亿t 用于能源消费，占农村能源消费总量的70%[3]。在我国农村地区，仅秸秆等农林生物质废弃物资源量就有7×lOe8t／a，相当于3.1×lOe8t标准煤[4]。大量秸秆的废弃和焚烧现象已持续多年。合理有效地利用这些资源，是一件利国利民、具很大社会、经济、生态效益的大事。户用型生物质气化炉的推出，使大面积使用可再生能源技术成为可能，具有良好的市场前景。 近年来，随着农村经济的发展，生物质气化技术得到了推广和使用，而目前户用型生物质气化炉具有气化率达70%、常压产气、随产随用、无贮气装置、炉体结构合理、外壳无高温、产气稳定、燃烧时无烟无味、火焰稳定、一次加满原料可连续产气3 h，满足一般农户一天的生活用能需求的特点[4]。当然，要使户用型生物质气化炉在农村大规模的应用，还需要算一笔经济账,通过试验了解到：1公斤秸秆大概可产1立方米燃气，成本不过0．1元，造价比煤气、石油液化气、烧煤烧柴都低，农户每月支出不过30～40元。再一笔是环境效益账：男不砍树，女不抱柴，使生活和生态环境焕然一新，既减少了垃圾，又减少了烧大锅引起的大气污染，为将来的可持续发展打下了基础，为新农村建设打下了基础，宏观效益难以估算。 3 生物质气化机理及气化技术概况 3.1 气化机理 生物质气化是利用空气中的氧气或含氧物作气化剂，在高温条件下将生物质燃料中的可燃部分转化为可燃气(主要是H 、CO和CH )的热化学反应过程。生物质的挥发分含量一般在76 ～86 ，生物质受热后在较低的温度下就能使大量的挥发分物质析出。生物质气化炉可以分为固定床气化炉和流化床气化炉两种类型。 3.2 气化技术概况 3.2.1 国外情况 上世纪7O年代以来，欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视。现已达到了较高水平，如德国鲁奇公司进行100MW 生物质气化联合循环发电(BIGCC)的示范工程，美国可再生能源实验室和夏威夷大学研究开发的Battelle生物质气化发电系统(BIGCC)及瑞典开发成功的TPS生物质的BIGCC系统． 目前欧美国家正在致力于生物质气化合成甲醇、制氢燃料的研究。其生物质气化装置均为流化床气化炉，使用氧或水蒸汽作气化剂，产生中热值煤气。美国国家再生能源实验室曾研制成功生物质双器流化床气化炉．该方法不用氧而使用空气和水蒸汽生产中热值燃气，并建立了示范厂。由于运行时焦炭和热载体都在高温下进行循环，难以定量控制，使得难以稳定运行．目前这种技术尚无实际应用[2]。 3.2.2 国内情况 我国的生物质气化技术应用研究起始于上世纪80年代初。目前国内已经开发成功一些生物质气化技术，主要是固定床气化炉，这种固定床气化炉在全国一度有百台以上应用于农村作燃料使用。由于这种气化炉产生的燃气热值低，一般为4～5MJ／m，，运行不稳定，燃气中焦油含量高，造成后系统堵塞和腐蚀；由于规模小、经济性差，目前大部分处于停运状态。2O世纪9O年代初国内才开展生物质流化床气化的研究，中科院广州能源研究所研究开发了循环流化床气化炉．应用于发电，中国林科院林化所研究开发的内循环锥形流化床气化炉．应用于燃气生产。这两种流化床气化炉均为常压、采用空气作气化剂，产生低热值燃气。目前已在国内进行了推广。但从总体上来说，