生物質資源轉化與利用第五章生物質直接氣化技術

1、生物質資源轉化與利用生物質資源轉化與利用第五章第五章 生物質直接氣化技術生物質直接氣化技術生生物物質質熱化學法熱化學法物理化學法物理化學法壓縮成型壓縮成型直接燃燒直接燃燒液化液化氣化氣化微生物法微生物法發(fā)酵發(fā)酵生物化學法生物化學法固體燃料固體燃料高壓蒸汽、熱氣流高壓蒸汽、熱氣流直接液化直接液化間接液化間接液化共液化共液化氫氣、木煤氣氫氣、木煤氣木炭、生物油、木煤氣、醋液木炭、生物油、木煤氣、醋液氫氣氫氣沼氣、乙醇沼氣、乙醇燃燒供熱、木炭燃燒供熱、木炭燃料油、化工原料燃料油、化工原料甲醇、柴油、二甲醇、柴油、二甲醚、氫氣甲醚、氫氣化學品、液體燃料化學品、液體燃料熱裂解熱裂解5.1 5.1 生物質

2、氣化原理與工藝生物質氣化原理與工藝生物質氣化概念生物質氣化概念以生物質為原料，以氧氣（游離氧、結合氧）、空氣、水蒸氣、以生物質為原料，以氧氣（游離氧、結合氧）、空氣、水蒸氣、水蒸氣水蒸氣氧氣混合氣或氫氣為氣化劑，在高溫不完全燃燒條件氧氣混合氣或氫氣為氣化劑，在高溫不完全燃燒條件下，使生物質中相對分子質量較高的有機碳氫化合物發(fā)生鏈裂下，使生物質中相對分子質量較高的有機碳氫化合物發(fā)生鏈裂解并與氣化劑發(fā)生復雜的熱化學反應而產(chǎn)生相對分子質量較低解并與氣化劑發(fā)生復雜的熱化學反應而產(chǎn)生相對分子質量較低的的COCO、氫氣和甲烷、氫氣和甲烷等可燃性氣體的過程。等可燃性氣體的過程。氣化過程與燃燒過程的區(qū)別：氣化

3、過程與燃燒過程的區(qū)別：燃燒過程提供充足的空氣或氧氣，原料充分燃燒，目的是燃燒過程提供充足的空氣或氧氣，原料充分燃燒，目的是直接獲取熱量，產(chǎn)物是直接獲取熱量，產(chǎn)物是COCO2 2和水等不可燃的煙氣和水等不可燃的煙氣氣化過程只供給熱化學反應所需的那部分氧氣，盡可能將氣化過程只供給熱化學反應所需的那部分氧氣，盡可能將能量保留在反應后得到的可燃氣體中，氣化后的產(chǎn)物為含氫、能量保留在反應后得到的可燃氣體中，氣化后的產(chǎn)物為含氫、COCO和低分子烴類的可燃氣體。和低分子烴類的可燃氣體。主要優(yōu)點主要優(yōu)點主要缺點轉化為可燃氣后，轉化為可燃氣后，利用效率高，用途利用效率高，用途廣泛，如可以用作廣泛，如可以用作生活

4、煤氣，也可用生活煤氣，也可用于鍋爐或直接發(fā)電。于鍋爐或直接發(fā)電。系統(tǒng)復雜，生成的系統(tǒng)復雜，生成的燃氣相對其他主要燃氣相對其他主要氣體燃料而言熱值氣體燃料而言熱值較低，不便于儲存較低，不便于儲存運輸，須有專門的運輸，須有專門的用戶或配套的利用用戶或配套的利用設施。設施。廢木材、柴薪、秸稈、果殼、稻殼、木屑等。一般都是揮發(fā)分高、廢木材、柴薪、秸稈、果殼、稻殼、木屑等。一般都是揮發(fā)分高、灰分少、易裂解的生物質廢棄物?；曳稚?、易裂解的生物質廢棄物。生物質氣化的主要原料生物質氣化的主要原料: :生物質氣化的主要用途生物質氣化的主要用途: :1 1）民用炊事與取暖）民用炊事與取暖2 2）烘干谷物、木材、果

5、品、炒茶等）烘干谷物、木材、果品、炒茶等3 3）發(fā)電）發(fā)電4 4）區(qū)域供熱等）區(qū)域供熱等5 5）工業(yè)企業(yè)用蒸汽）工業(yè)企業(yè)用蒸汽5.1.1 5.1.1 生物質氣化原理生物質氣化原理生物質氣化都要通過生物質氣化都要通過氣化爐氣化爐完成。典型的下吸收式生物質完成。典型的下吸收式生物質氣化過程通常包括生物質的干燥、熱解、氧化和還原氣化過程通常包括生物質的干燥、熱解、氧化和還原4 4個階個階段，這段，這4 4個階段在氣化爐中對應形成個階段在氣化爐中對應形成4 4個區(qū)域。個區(qū)域。1 1）干燥層）干燥層100250 100250 o oC C的高溫作用下，生物質中的自由水和結合水被加的高溫作用下，生物質中的

6、自由水和結合水被加熱析出，此過程比較緩慢，需要大量的熱量。熱析出，此過程比較緩慢，需要大量的熱量。以氣體在爐內自上而下流動的氣化爐工作情況，介紹生物質以氣體在爐內自上而下流動的氣化爐工作情況，介紹生物質氣化原理氣化原理2 2）熱分解層）熱分解層熱解是指生物質的基本熱解反應過程，可以看做是其纖維素、熱解是指生物質的基本熱解反應過程，可以看做是其纖維素、半纖維素、木質素熱解過程的綜合體現(xiàn)。半纖維素、木質素熱解過程的綜合體現(xiàn)。生物質被加熱到生物質被加熱到500600 500600 o oC C時，半纖維素、纖維素、木質素時，半纖維素、纖維素、木質素熱分解析出焦油、熱分解析出焦油、COCO2 2、CO

7、CO、氫氣、甲烷等大量可燃氣和生、氫氣、甲烷等大量可燃氣和生物質炭。物質炭。纖維素纖維素左旋葡萄糖酐左旋葡萄糖酐單糖、多糖單糖、多糖脫水低聚糖脫水低聚糖COCOCOCO2 2水水生物質炭生物質炭溫度超過溫度超過240 240 o oC C大分子苷鍵斷裂大分子苷鍵斷裂碳碳和碳氧鍵斷裂碳碳和碳氧鍵斷裂溫度進一步升高溫度進一步升高溫度超過溫度超過400 400 o oC C聚合和芳構化階段聚合和芳構化階段半纖維素半纖維素COCOCOCO2 2水水炭炭溫度超過溫度超過250 250 o oC C溫度超過溫度超過150 150 o oC C開始熱解開始熱解與纖維素熱解比較類似與纖維素熱解比較類似甲醇甲醇

8、焦油焦油醋酸醋酸木質素木質素COCOCOCO2 2溫度超過溫度超過310 310 o oC C熱解激烈，熱解激烈，放熱階段放熱階段甲醇甲醇醋酸醋酸焦油焦油其他有機化合物其他有機化合物甲烷甲烷溫度超過溫度超過420 420 o oC C蒸汽氣體產(chǎn)物減少，熱解基本完成蒸汽氣體產(chǎn)物減少，熱解基本完成3 3）氧化層）氧化層由于干燥區(qū)、還原區(qū)發(fā)生的都是吸熱反應，所以氣化設備中由于干燥區(qū)、還原區(qū)發(fā)生的都是吸熱反應，所以氣化設備中必須保持熱量的供給。通常的做法是將熱解區(qū)產(chǎn)生的生物質必須保持熱量的供給。通常的做法是將熱解區(qū)產(chǎn)生的生物質炭與氧氣進行燃燒反應來放出熱量，保持氣化設備中的熱量炭與氧氣進行燃燒反應來放

9、出熱量，保持氣化設備中的熱量平衡。生物質炭和氧氣在此層充分接觸、燃燒生成大量平衡。生物質炭和氧氣在此層充分接觸、燃燒生成大量COCO2 2，同事放出大量熱量，溫度可達到同事放出大量熱量，溫度可達到1300 1300 o oC C或更高?；蚋摺；瘜W反應式化學反應式C+OC+O2 2 = CO= CO2 2H= -408.8 kJ H= -408.8 kJ 2C+ O2C+ O2 2 = 2CO= 2COH= -246.44kJH= -246.44kJ4 4）還原層）還原層在沒有氧氣的條件下，生物質炭與氣流中的在沒有氧氣的條件下，生物質炭與氣流中的COCO2 2、水、氫氣、水、氫氣發(fā)生一系列反應

10、，還原層沒有氧氣存在，發(fā)生一系列反應，還原層沒有氧氣存在，COCO2 2和水在這里還和水在這里還原成原成COCO和氫氣，進行吸熱反應，溫度開始降低，一般溫度和氫氣，進行吸熱反應，溫度開始降低，一般溫度在在700900 700900 o oC C。C+COC+CO2 2 2CO 2CO H = +162.30 kJ H = +162.30 kJ C+HC+H2 2O(g) CO+HO(g) CO+H2 2 H = +118.74 kJ H = +118.74 kJ C+2HC+2H2 2O(g) COO(g) CO2 2+2H+2H2 2H = +75.19 kJ H = +75.19 kJ C

11、O+HCO+H2 2O(g) COO(g) CO2 2+H+H2 2H = +43.56 kJ H = +43.56 kJ 以上吸式固定床氣化爐為例。以上吸式固定床氣化爐為例。秸稈從上部加入，依次進入干燥層、秸稈從上部加入，依次進入干燥層、熱解層、還原層、氧化層，最終以灰熱解層、還原層、氧化層，最終以灰分形式排出。而氣化劑從底部吹入，分形式排出。而氣化劑從底部吹入，與生物質物料走向相反。與生物質物料走向相反。反應爐工藝結構設計的重要原則：合反應爐工藝結構設計的重要原則：合理的溫度分布理的溫度分布干燥層干燥層100250熱解層熱解層300500800還原層還原層900氧化層氧化層1200濕料濕料

12、氣體氣體灰灰空氣空氣原料原料氣化氣成分（氣化氣成分（%）低熱值低熱值COCO2 2O O2 2COCOH H2 2CHCH4 4C Cm mH Hn nN N2 2MJ/mMJ/m3 3玉米芯玉米芯22221.41.422.522.512.312.32.322.320.20.248.7848.785.1205.120玉米秸玉米秸13131.61.621.421.412.212.21.871.870.20.249.6849.684.8094.809棉柴棉柴11.611.61.51.522.722.711.511.51.921.920.20.250.5850.584.9164.916稻草稻草13.

13、513.51.71.7151512.012.02.102.100.10.155.6055.604.0024.002麥秸麥秸14141.71.717.617.68.58.51.361.360.10.156.7456.743.6643.664下吸式空氣氣化爐的氣化氣成分下吸式空氣氣化爐的氣化氣成分可燃成份以可燃成份以COCO和和H H2 2為主，約占為主，約占2535%2535%。N N2 2約約50%50%氣體產(chǎn)物中總是摻雜有燃料的干餾裂解產(chǎn)物，如焦油、醋酸、氣體產(chǎn)物中總是摻雜有燃料的干餾裂解產(chǎn)物，如焦油、醋酸、低溫干餾氣體、炭黑。低溫干餾氣體、炭黑。氣化過程要點氣化過程要點 氣化反應主要場所氣

14、化反應主要場所氧化區(qū)氧化區(qū)還原區(qū)還原區(qū)氣化區(qū)氣化區(qū)干燥區(qū)干燥區(qū)裂解區(qū)裂解區(qū) 干餾反應的主要場所干餾反應的主要場所燃料準備區(qū)燃料準備區(qū)熱載體熱載體5.1.2 5.1.2 生物質氣化工藝生物質氣化工藝混合氣體通常為混合氣體通常為 空氣（氧氣）與水蒸氣空氣（氧氣）與水蒸氣使用：使用：不用：不用：氣化介質氣化介質空氣空氣氧氣氧氣水蒸氣水蒸氣混合氣體混合氣體氫氣氫氣熱分解氣化熱分解氣化空氣氣化：空氣氣化：以空氣為氣化介質的自供熱氣化工藝系統(tǒng)。獲得以以空氣為氣化介質的自供熱氣化工藝系統(tǒng)。獲得以COCO為主的為主的低熱值燃氣。低熱值燃氣。 惰性惰性N N2 2全部保留，燃氣熱值較低（全部保留，燃氣熱值較低（

15、5MJ/m5MJ/m3 3左右）左右）用于近距離燃燒或發(fā)電時，空氣氣化是最佳選擇。我國目前使用用于近距離燃燒或發(fā)電時，空氣氣化是最佳選擇。我國目前使用最多的氣化方式。最多的氣化方式。優(yōu)點：優(yōu)點：設備簡單，能源自給設備簡單，能源自給，缺點：缺點：熱值低，存儲、輸送成本高，應用受限制熱值低，存儲、輸送成本高，應用受限制氧氣氣化：氧氣氣化：氧氣氣化以氧氣為氣化介質的氣化過程。其過程原理與空氣氣化氧氣氣化以氧氣為氣化介質的氣化過程。其過程原理與空氣氣化相同。相同。優(yōu)點：優(yōu)點：沒有惰性氮氣，在與空氣氣化相同的當量比下，反應溫度提高，沒有惰性氮氣，在與空氣氣化相同的當量比下，反應溫度提高，反應速率加快，設

16、備容積減小，熱效率提高，氣體熱值反應速率加快，設備容積減小，熱效率提高，氣體熱值( (約約10MJ/m10MJ/m3 3) )提高一倍以上，熱值與城市煤氣相當。因此，可建立以提高一倍以上，熱值與城市煤氣相當。因此，可建立以生物質廢棄物為原料的中小型生活供氣系統(tǒng)，也可用作化工合成生物質廢棄物為原料的中小型生活供氣系統(tǒng)，也可用作化工合成燃料的原料。燃料的原料。 水蒸氣氣化：水蒸氣氣化：水蒸氣氣化是以水蒸氣為氣化水蒸氣氣化是以水蒸氣為氣化介質的氣化工藝。它不僅包括介質的氣化工藝。它不僅包括水蒸氣和碳的還原反應，尚有水蒸氣和碳的還原反應，尚有COCO與水蒸氣的變換反應。與水蒸氣的變換反應。C + HC

17、 + H2 2O(g) CO + HO(g) CO + H2 2 H = +118.74kJ /molH = +118.74kJ /mol需要外供熱源。需要外供熱源。H H2 2COCO2 2COCOCHCH4 4CnHmCnHm低熱值低熱值20-2620-2616-2316-2328-4228-4210-2010-206-7%6-7%17-21 (MJ/m17-21 (MJ/m3 3) )典型的水蒸氣氣化的燃氣組成（典型的水蒸氣氣化的燃氣組成（V%V%） 螺旋進料器螺旋進料器料箱料箱燃氣燃氣示意圖示意圖氣化爐氣化爐H H2 2O O空氣（氧氣）空氣（氧氣）- -水蒸氣氣化：水蒸氣氣化：以空氣

18、（氧氣）和水蒸氣同時作為氣化介質的氣化過程。以空氣（氧氣）和水蒸氣同時作為氣化介質的氣化過程。H H2 2COCO2 2COCOCHCH4 4CnHmCnHm低熱值低熱值32%32%30%30%28%28%7.5%7.5%2.5%2.5%11.5 MJ/m11.5 MJ/m3 3水蒸氣與生物質比為水蒸氣與生物質比為0.950.95典型情況下，氧氣典型情況下，氧氣- -水蒸氣氣化工藝的燃氣成分（體積分數(shù)）水蒸氣氣化工藝的燃氣成分（體積分數(shù)）自供熱系統(tǒng)自供熱系統(tǒng)特點：特點：部分氧來源于水蒸汽，減少了空氣消耗量部分氧來源于水蒸汽，減少了空氣消耗量H H2 2與與CHCH4 4含量較高含量較高氫氣氣化

19、：氫氣氣化：是使氫氣同碳及水發(fā)生反應生成大量甲烷，形成高熱值燃氣是使氫氣同碳及水發(fā)生反應生成大量甲烷，形成高熱值燃氣（22.323.5MJ/m22.323.5MJ/m3 3標準狀態(tài)氣）的工藝。標準狀態(tài)氣）的工藝。優(yōu)點：優(yōu)點：高質量氣體燃料，用途廣泛，效率高。高質量氣體燃料，用途廣泛，效率高。缺點：缺點：反應需在高溫高壓且具有氫源的條件下進行，條件反應需在高溫高壓且具有氫源的條件下進行，條件苛刻，實際應用很少。苛刻，實際應用很少。熱分解氣化：熱分解氣化：熱解氣化是將農作物秸稈在熱解爐中進行隔絕空氣干餾熱解氣化是將農作物秸稈在熱解爐中進行隔絕空氣干餾, , 獲得獲得以以CHCH4 4、H H2 2

20、為主的中熱值可燃氣為主的中熱值可燃氣, , 同時獲得木炭和木焦油等產(chǎn)品。同時獲得木炭和木焦油等產(chǎn)品。這種方法既不用氧氣也不用外加熱源，氣體熱值可達到這種方法既不用氧氣也不用外加熱源，氣體熱值可達到10.7 10.7 MJ/mMJ/m3 3以上。以上。甲烷的一部分來源于秸稈揮發(fā)分的熱分解和二次裂解，另一甲烷的一部分來源于秸稈揮發(fā)分的熱分解和二次裂解，另一部分主要是炭或碳氧化物與氫氣的反應結果。部分主要是炭或碳氧化物與氫氣的反應結果。2C+2H2C+2H2 2O CHO CH4 4 + CO+ CO2 2(g) (g) H H298 298 = -15.32 kJ /mol= -15.32 kJ

21、/mol以上生成甲烷的反應使得體積減小，高壓有利于反應進行。以上生成甲烷的反應使得體積減小，高壓有利于反應進行。此外碳和水蒸氣直接生成甲烷也是甲烷的來源之一此外碳和水蒸氣直接生成甲烷也是甲烷的來源之一C+2HC+2H2 2CHCH4 4 H=-75 kJ H=-75 kJ CO+3HCO+3H2 2CHCH4 4+H+H2 2O(g) O(g) H=-206 kJ H=-206 kJ COCO2 2+4H+4H2 2CHCH4 4+2H+2H2 2O(g) O(g) H=-165 kJH=-165 kJ甲烷生成反應甲烷生成反應不同氣化技術的氣化特性不同氣化技術的氣化特性氣化爐氣化爐空氣氣化空氣

22、氣化氧氣氣化氧氣氣化水蒸氣氣化水蒸氣氣化 氫氣氣化氫氣氣化氣化劑氣化劑空氣空氣氧氣氧氣水蒸氣水蒸氣氫氣氫氣熱值熱值kJ/mkJ/m3 342007560420075601092018900109201890022260235202226023520特點特點設備簡單，自設備簡單，自供熱，熱值低供熱，熱值低無無N N2 2，熱值高，熱值高，高效高效熱值高，供熱值高，供熱與高熱與高C C料料高質氣，需氫高質氣，需氫氣，高壓高溫氣，高壓高溫用途用途鍋爐、干燥鍋爐、干燥合成燃料、合成氨合成燃料、合成氨 熱源、管網(wǎng)熱源、管網(wǎng)5.2 5.2 生物質氣化設備生物質氣化設備氣化爐氣化爐隧道窯氣化爐隧道窯氣化爐固

23、定床氣化爐固定床氣化爐流化床氣化爐流化床氣化爐固定床氣化爐固定床氣化爐下吸式下吸式上吸式上吸式橫流式橫流式開心式開心式主要工藝流程：經(jīng)粗切碎后直接進入氣化爐點燃分解，不需外熱源。主要工藝流程：經(jīng)粗切碎后直接進入氣化爐點燃分解，不需外熱源。燃氣經(jīng)提純、凈化后送至貯氣柜，再經(jīng)管道送至用戶。燃氣經(jīng)提純、凈化后送至貯氣柜，再經(jīng)管道送至用戶。 上料機上料機粉粉碎碎機機氣氣化化反反應應爐爐除除塵塵凈凈化化器器儲儲氣氣柜柜氣化氣氣化氣 凈化氣化氣凈化氣化氣油油塵塵灰灰分分粉碎后的秸稈粉碎后的秸稈主主支支氣氣管管道道入入戶戶管管道道秸稈秸稈氣化工藝流程氣化工藝流程下吸式固定床氣化爐主要由內膽外壁和灰室組成原料

24、產(chǎn)出氣體空氣干燥層熱解層氧化層還原層喉管區(qū)灰室干燥層： 熱解層：氧化層：還原層：工作原理結構原料自重下降，氣體下吸脫水揮發(fā)、裂解、碳化、氣化、液化。碳粒等燃燒供熱，碳粒、CO2 、水等還原形成燃氣。 最大特點是下吸流動方式。水蒸氣、熱解氣、焦油等產(chǎn)物都最大特點是下吸流動方式。水蒸氣、熱解氣、焦油等產(chǎn)物都經(jīng)過氧化層與還原層，利于焦油分解為可燃氣體，利于水參與反應形成經(jīng)過氧化層與還原層，利于焦油分解為可燃氣體，利于水參與反應形成COCO、CHCH4 4、H H2 2等有可燃成分等有可燃成分 ，國內氣化站大多用此爐型。，國內氣化站大多用此爐型。特點特點溫度分布溫度分布干燥層250熱解層500-700

25、氧化層1000-1200還原層700-900原料產(chǎn)出氣體空氣空氣干燥層熱解層氧化層還原層喉管區(qū)區(qū)灰室灰室1200800400 結構簡單，有效層高度幾乎不變，運行穩(wěn)定性好。負壓操作可隨時打開填料蓋，操作方便。運行可靠，燃氣焦油含量低。 氣流下行方向與熱氣流升力相反，使風機功耗增加；可燃氣須經(jīng)過灰層和儲灰室吸出，灰分較高；氣體經(jīng)高溫層流出，出爐溫度較高。因此不適于水分大、灰分高且易熔結的物料。缺點優(yōu)點下吸式固定床氣化的幾種生物質的燃氣成分下吸式固定床氣化的幾種生物質的燃氣成分原料燃氣成分%CO2O2COH2CH4CnHmN2木材8-120.1-0.223.112-172.5-3.550.5-55.

26、3新收麥秸13.30.215.414.83.20.153干燥糞便12.80.416.113.21.80.2155.49原料原料燃氣燃氣空氣空氣干燥層干燥層熱解層熱解層還原層還原層氧化層氧化層上吸式固定床氣化爐上吸式固定床氣化爐一般由鋼板內襯耐火磚或耐火水泥而做成一般由鋼板內襯耐火磚或耐火水泥而做成直立桶狀。頂部加料后靠自重下行，爐柵直立桶狀。頂部加料后靠自重下行，爐柵支撐燃料，灰分與炭渣等落入灰室定期排支撐燃料，灰分與炭渣等落入灰室定期排出。爐柵設計應考慮便于除灰和密封。出。爐柵設計應考慮便于除灰和密封。 空氣經(jīng)灰室加熱后與高溫空氣經(jīng)灰室加熱后與高溫碳料燃燒產(chǎn)熱，氧化層在碳料燃燒產(chǎn)熱，氧化層在

27、10001000以上。以上。 COCO2 2、水等升到還原層遇到下行的高溫碳發(fā)、水等升到還原層遇到下行的高溫碳發(fā)生還原反應形成燃氣，溫度降低至生還原反應形成燃氣，溫度降低至700-700-900900。熱解層物料被熱氣流加熱熱解，析。熱解層物料被熱氣流加熱熱解，析出揮發(fā)分，固體碳下落。熱氣流到干燥層出揮發(fā)分，固體碳下落。熱氣流到干燥層烘干物料后降溫到烘干物料后降溫到300 300 以下排出。以下排出。工作原理工作原理灰室灰室H H燃氣燃氣空氣空氣上吸式固定床氣化器工藝原理上吸式固定床氣化器工藝原理原料原料干燥層干燥層熱解層熱解層還原層還原層氧化層氧化層灰室灰室物料脫水干燥，然后快速升溫物料脫水

28、干燥，然后快速升溫生物質固體碳化、熱解氣化、生物質固體碳化、熱解氣化、C+COC+CO2 2 2CO 162.3kJ 2CO 162.3kJC+HC+H2 2O(g) CO +HO(g) CO +H2 2 118.7kJ 118.7kJC+2HC+2H2 2O(g)COO(g)CO2 2 +2H+2H2 2 75.2kJ 75.2kJC+2HC+2H2 2CHCH4 4 -75 -75kJkJCO+HCO+H2 2O COO CO2 2+H+H2 2 43.6kJ 43.6kJC+OC+O2 2 COCO2 2 -408.9kJ -408.9kJ 2C+ O2C+ O2 2 2CO -246.

29、4kJ 2CO -246.4kJ H H主要優(yōu)點主要優(yōu)點1 1、氣化效率高，熱解層與干燥層利用了還原反應后氣體、氣化效率高，熱解層與干燥層利用了還原反應后氣體的余熱；底層為氧化層，利于固體燃料完全燃燒。的余熱；底層為氧化層，利于固體燃料完全燃燒。2 2、燃氣熱值高、燃氣熱值高主要缺點：主要缺點： 焦油含量高焦油含量高其他主要爐型其他主要爐型原料原料燃氣燃氣空氣空氣 干燥層干燥層 熱解層熱解層氧化層氧化層 還原層還原層灰室灰室橫流式固定床氣化爐橫流式固定床氣化爐鼓風機鼓風機螺旋進料器螺旋進料器料箱料箱燃氣燃氣流化床氣化爐流化床氣化爐示意圖示意圖鼓風機鼓風機螺旋進料器螺旋進料器料箱料箱燃氣燃氣循環(huán)

30、流化床氣化爐示意圖循環(huán)流化床氣化爐示意圖 v v 旋風分旋風分離器等離器等反應物中常摻有精選惰性砂粒等填料。反應物中常摻有精選惰性砂粒等填料。吹入氣化劑使填料與原料充分接觸、吹入氣化劑使填料與原料充分接觸、流化、燃燒、傳熱傳質。流化、燃燒、傳熱傳質。優(yōu)點：動力學條件好，氣化速度快、優(yōu)點：動力學條件好，氣化速度快、燃氣得率高、焦油含量少。燃氣得率高、焦油含量少。缺點：灰分高、設備復雜、投資大。缺點：灰分高、設備復雜、投資大。氣化爐性能及主要參數(shù)氣化爐性能及主要參數(shù)1 1）氣化強度）氣化強度氣化爐單位橫截面在單位時間內氣化的原料量。氣化爐單位橫截面在單位時間內氣化的原料量。一般固定床的氣化強度為一

31、般固定床的氣化強度為100-250kg/m100-250kg/m2 2h h，流化床的氣化強度可高，流化床的氣化強度可高達達2000kg/m2000kg/m2 2h h 2 2）燃氣質量）燃氣質量主要內容為焦油含量、熱值、灰分、主要內容為焦油含量、熱值、灰分、COCO比例等。比例等。焦油含量大體為：上流式固定床焦油含量大體為：上流式固定床 下流式固定床下流式固定床 流化床流化床灰分含量大體為：上流式固定床灰分含量大體為：上流式固定床 下流式固定床下流式固定床 流化床流化床燃氣熱值大體為：氫氣燃氣熱值大體為：氫氣- -燃氣燃氣 氧氣或水蒸氣氧氣或水蒸氣- -燃氣燃氣 空氣空氣- -燃氣燃氣一一.

32、 . 性能指標：性能指標：3 3）氣化效率）氣化效率單位生物質原料轉換成的氣體燃料的化學能（熱能）與生單位生物質原料轉換成的氣體燃料的化學能（熱能）與生物質原料的熱值之比。物質原料的熱值之比。 氣化效率氣化效率V Vm m燃氣得率燃氣得率 m m3 3/kg/kg（標態(tài)下）（標態(tài)下）H Hm m燃氣低位熱值燃氣低位熱值 kJ/mkJ/m3 3H H原料低位熱值原料低位熱值 kJ/kgkJ/kg國家行業(yè)標準規(guī)定國家行業(yè)標準規(guī)定70%70%，國內固定床氣化爐通常為，國內固定床氣化爐通常為70-75%70-75%，流，流化床氣化爐可達化床氣化爐可達78%78%4 4）氣化劑用量（空氣量）氣化劑用量（

33、空氣量）計算生物質氣化所需要空氣量時，應首先根據(jù)生物質原料的元素計算生物質氣化所需要空氣量時，應首先根據(jù)生物質原料的元素分析結果，計算出完全燃燒所需理論空氣量分析結果，計算出完全燃燒所需理論空氣量V V，然后再按氣化實，然后再按氣化實驗比驗比?，算出氣化試劑需要空氣量值，算出氣化試劑需要空氣量值VL。VV原料完全燃燒理論上所需要的空氣量原料完全燃燒理論上所需要的空氣量V VL L= = ?VO)7 . 0S7 . 0H55. 5C866. 1 (0.211V一般當量比一般當量比=0.250.3 =0.250.3 為宜。此時燃氣成分較好。原料水分大或為宜。此時燃氣成分較好。原料水分大或揮發(fā)分低時

34、應取上限，反之取下限。必要時應實驗確定適宜的當揮發(fā)分低時應取上限，反之取下限。必要時應實驗確定適宜的當量比量比5) 5) 氣體產(chǎn)率（氣體產(chǎn)率（m m3 3/kg/kg）單位質量生物質原料氣化后生成的燃氣體積。也就是單位質量生物質原料氣化后生成的燃氣體積。也就是燃氣得率燃氣得率 。6) 6) 碳轉換率碳轉換率 生物質原料中的碳轉換到氣體燃料中碳的份額。生物質原料中的碳轉換到氣體燃料中碳的份額。7 7）氣化爐輸出功率）氣化爐輸出功率輸出功率定義為單位時間產(chǎn)出的（燃氣）熱能。等于燃氣產(chǎn)率與輸出功率定義為單位時間產(chǎn)出的（燃氣）熱能。等于燃氣產(chǎn)率與其熱值之積。其熱值之積。一般而言下流式固定床氣化爐功率較

35、小，其次為上流式固定床，一般而言下流式固定床氣化爐功率較小，其次為上流式固定床，流化床氣化爐功率較大。流化床氣化爐功率較大。二二. .氣化效果的影響因素：氣化效果的影響因素：1) 1) 反應溫度：反應溫度：最重要的影響因素。最重要的影響因素。 溫度對燃氣成分影響很大，一般而言溫度升高時，溫度對燃氣成分影響很大，一般而言溫度升高時，“COCO2 2降低降低”，其他成分升高，反應時間縮短，燃氣產(chǎn)量增大。但溫度太高會增其他成分升高，反應時間縮短，燃氣產(chǎn)量增大。但溫度太高會增加原料氧化量，增加加原料氧化量，增加COCO2 2，增加熱損失，增加材料與設備成本。，增加熱損失，增加材料與設備成本。2 2 ）

36、原料性質）原料性質原料水分、揮發(fā)性、灰分、原料水分、揮發(fā)性、灰分、C/HC/H比、密度、物料形態(tài)等比、密度、物料形態(tài)等 4 4） 進風強度進風強度進風量與傳質效果的主要影響：燃燒溫度、還原、干燥、熱解、焦進風量與傳質效果的主要影響：燃燒溫度、還原、干燥、熱解、焦油的高溫裂解、燃氣熱值。油的高溫裂解、燃氣熱值。 3 3 ）爐內物料高度）爐內物料高度干燥層高度影響因素：原料干燥層高度影響因素：原料形態(tài)形態(tài)與水分。水多、塊大，層高增加。與水分。水多、塊大，層高增加。熱解層高度影響因素：原料形態(tài)、揮發(fā)性。熱解層高度影響因素：原料形態(tài)、揮發(fā)性。氧化層高度氧化層高度影響因素影響因素：供熱強度、燃燒性能、氣

37、化劑、進風方式：供熱強度、燃燒性能、氣化劑、進風方式技術還不夠成熟原料分散、季節(jié)性很強制約因素氣化工程應用規(guī)模較小含焦油、氨、酚、萘、含焦油、氨、酚、萘、硫化氫等污染物硫化氫等污染物一氧化碳毒性高一氧化碳毒性高儲存、輸送、凈化、儲存、輸送、凈化、防腐等成本防腐等成本濕法濕法干濕法結合干濕法結合凈化燃氣凈化燃氣污水污水熱值低，熱值低，我國沒有嚴格管理小型氣化站的廢水處理，我國沒有嚴格管理小型氣化站的廢水處理，污水問題是秸稈氣化必須考慮的重要技術問題污水問題是秸稈氣化必須考慮的重要技術問題工業(yè)化的煤制氣廠的廢水處理在發(fā)達國家受到嚴格控制，工業(yè)化的煤制氣廠的廢水處理在發(fā)達國家受到嚴格控制，在我國也有

38、日益嚴格的管理要求與排放標準。在我國也有日益嚴格的管理要求與排放標準。比如煤制氣廠脫酚方法：比如煤制氣廠脫酚方法：溶劑萃取脫酚溶劑萃取脫酚活性污泥脫酚活性污泥脫酚活性炭吸附脫酚活性炭吸附脫酚含酚廢水的三級治理含酚廢水的三級治理CODCOD、酚、硫、氰等均達標排放、酚、硫、氰等均達標排放氣體種類氣體低位熱值（KJ/m3）理論空氣量（m3/m3）理論燃燒溫度（）天然氣365869.641970焦爐煤氣176154.211998混合煤氣138583.181986發(fā)生爐煤氣57351.191600沼氣212235.563191秸稈煤氣53160.91810幾種典型燃氣的低位熱值 種類種類 高位發(fā)熱值高

39、位發(fā)熱值 低位發(fā)熱值低位發(fā)熱值玉米秸玉米秸 16903 16903 15547 15547 高粱秸高粱秸 16380 16380 15047 15047 稻稻 草草 15245 15245 13977 13977 豆豆 秸秸 17594 17594 16154 16154 麥麥 秸秸 16681 16681 15371 15371 棉棉 秸秸 17380 17380 15999 15999 稻稻 殼殼 15670 15670 14557 14557秸稈的熱值（秸稈的熱值（kJ/kgkJ/kg） 名名 稱稱 水分水分灰分灰分揮發(fā)分揮發(fā)分固定碳固定碳玉米秸玉米秸4.87 4.87 5.935.93

40、71.9571.9517.75 17.75 高粱秸高粱秸4.714.718.918.9168.9068.9017.4817.48豆豆 秸秸5.105.103.133.1374.6574.6517.1217.12麥麥 秸秸4.394.398.908.9067.3667.3619.3519.35稻稻 草草4.974.9713.8613.8665.1165.1116.0616.06秸稈原料的工業(yè)分析（秸稈原料的工業(yè)分析（%）生物質燃氣的凈化生物質燃氣的凈化燃氣燃氣塵粒旋風除塵過程示意圖1 1）燃氣除塵）燃氣除塵一般采用旋風除塵處理，剩余細小灰塵在后續(xù)的焦油處理可得以除去進口燃氣流速突然降低，顆粒進口燃氣流速突然降低，顆粒物與壁面或鐵屑等添加物碰撞物與壁面或鐵屑等添加物碰撞摩擦、失去動能下落摩擦、失去動能下落離心分離、分凝器、冷凝器、過濾等。方法多，技術成熟。2 2）燃氣脫水）燃氣脫水3 3）除焦油）除焦油焦油主要由苯的衍生物構成，成分多而復雜。苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘、酚等為其主要成分。焦油危害性焦油危害性焦油占可燃氣能量的焦油占可燃氣能量的5-10%5-10%，但難于與燃，但難于與燃氣一道燃燒利用，通常大