第4章生物质气化.ppt

* 原料靠自重下降，经干燥层脱水后升温加快，在热解层产生碳、气体、焦油等。下行至氧化层的碳粒等可燃组分遇空气燃烧,提供气化系统所需热量。剩余碳粒在还原层与CO2、水等发生还原反应形成燃气。 结构简单，有效层高度几乎不变，运行稳定性好。负压操作可随时打开填料盖，操作方便。运行可靠，燃气焦油含量低。 气流下行方向与热气流升力相反，使风机功耗增加；可燃气须经过灰层和储灰室吸出，灰分较高；气体经高温层流出，出炉温度较高。因此不适于水分大、灰分高且易熔结的物料。 缺点 优点 下吸式固定床气化的几种生物质的燃气成分 原料 燃气成分% CO2 O2 CO H2 CH4 CnHm N2 木材 8-12 0.1-0.2 23.1 12-17 2.5-3.5 50.5-55.3 新收麦秸 13.3 0.2 15.4 14.8 3.2 0.1 53 干燥粪便 12.8 0.4 16.1 13.2 1.8 0.21 55.49 原料 燃气 空气 干燥层 热解层 还原层 氧化层 4.4.2 上吸式固定床气化器 一般由钢板内衬耐火砖或耐火水泥而做成直立桶状。顶部加料后靠自重下行，炉栅支撑燃料，灰分与炭渣等落入灰室定期排出。炉栅设计应考虑便于除灰和密封。 空气经灰室加热后与高温碳料燃烧产热，氧化层在1000℃以上。 CO2、水等升到还原层遇到下行的高温碳发生还原反应形成燃气，温度降低至700-900℃。热解层物料被热气流加热热解，析出挥发分，固体碳下落。热气流到干燥层烘干物料后降温到300 ℃以下排出。 工作原理 灰室 △H 燃气 空气 上吸式固定床气化器工艺原理 原料 干燥层 热解层 还原层 氧化层 灰室 物料脱水干燥，然后快速升温 生物质固体碳化、热解气化、 C+CO2 → 2CO 172kJ C+H2O(g) → CO +H2 132kJ C+2H2O(g)→CO2 +2H2 90kJ C+2H2→CH4 -75kJ CO+H2O →CO2+H2 41kJ C+O2 → CO2 -409kJ 2C+ O2 → 2CO -46kJ △H 主要优点 1、气化效率高，热解层与干燥层利用了还原反应后气体的余热；底层为氧化层，利于固体燃料完全燃烧。 2、燃气热值高 主要缺点： 焦油含量高 4.4.3 其他主要炉型 原料 燃气 空气 干燥层 热解层 氧化层 还原层 灰室 横流式固定床气化炉 鼓风机 螺旋进料器 料箱 燃气 流化床气化炉 示意图 鼓风机 螺旋进料器 料箱 燃气 循环流化床气化炉示意图 v 旋风分离器等 反应物中常掺有精选惰性砂粒等填料。吹入气化剂使填料与原料充分接触、流化、燃烧、传热传质。 优点：动力学条件好，气化速度快、燃气得率高、焦油含量少。 缺点：灰分高、设备复杂、投资大。 4.4.5 气化炉性能及主要参数 1）气化强度 气化炉单位横截面在单位时间内气化的原料量。 一般固定床的气化强度为100-250kg/m2h，流化床的气化强度可高达2000kg/m2h 2）燃气质量 主要内容为焦油含量、热值、灰分、CO比例等。 焦油含量大体为：上流式固定床 ＞下流式固定床 ＞ 流化床 灰分含量大体为：上流式固定床 ＜下流式固定床 ＜ 流化床 燃气热值大体为：氢气-燃气 ＞ 氧气或水蒸气-燃气 ＞ 空气-燃气 一. 性能指标： 3) 气体产率（m3/kg） 单位质量生物质原料气化后生成的燃气体积。也就是燃气得率 。 气化气的低热值简化计算式： Qv=126CO+108H2+359CH4+665CnHm [kj/m3] CO、H2等为体积分数 4) 碳转换率 生物质原料中的C转换到气化气中的份额。 5）气化效率 单位生物质原料转换成的气体燃料的化学能（热能）与生物质原料的热值之比。 η = VmHm H ×100% η 气化效率 Vm 燃气得率 m3/kg（标态下） Hm 燃气低位热值 kJ/m3 H 原料低位热值 kJ/kg 国家行业标准规定η≥70%，国内固定床气化炉通常为70-75%，流化床气化炉可达78% 6）当量比 自供热系统中，单位生物质气化的空气消耗量与其完全燃烧时所需理论空气量之比。 V= （1.866[C]+5.55[H]+0.7[S]+0.7[O]） 0.21 1 V为理论空气量(m3/kg) ；[C]为C元素