生物质气化技术课件

小型生物质气化炉的基本设计方法、基础知识，一、各种炉型结构和特征的选定，一)固定床吸式气化炉，优点是气体通过热分解层和干燥层时，向材料传热，用于材料的热分解和干燥，同时降低其自身的温度， 由于大幅度提高炉的热效率的热分解层和干燥层对气体有一定的过滤作用，所以炉出的气体只含少量灰分的结构简单，加工制造容易，炉内电阻小。 缺点是，原料中的水分不能参与反应，气体中的h和烃的含量减少，气体和固体反向流动时，原料中的水分与产品气体一起流出炉外，气体的实际热值降低，排烟热损失增加的热气从底部上升时，温度沿着反应层的高度下降，材料干燥，低温的气体下吸式气化炉的优点是气化强度比上吸式高，工作稳定性好，随时可开启的添加物氧化区位于热分解区和还原区之间，干馏和热分解的产物通过氧化区，在高温下分解成H2和CO等永久性小分子气体，大幅减少气化气体中焦油含量。 缺点是炉内气体的流动从上到下，热的流动方向从下到上，诱导风扇为了从炉栅下引出可燃性气体消耗很大的电力，从炉出来的可燃性气体中含有的灰分多的炉出来的可燃性气体温度高，必须用水冷却。 横吸式气化炉生物质原料从炉顶投入，灰分落入炉栅下部的灰室。 气化剂从侧面进入，产出的气体也从侧面流出，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吸引式气化炉相同，只是反应温度高，燃烧区的温度超过灰的熔点，容易形成炉渣。 因此，该炉适用于灰分少的原料，通常用于焦炭和木炭气化。 (2)流化床气化炉流化床气化炉的反应材料常配合精选的惰性材料砂，通过吹入气化剂使材料粒子、砂、气化剂接触充分，热量充分，在炉内变成“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高。 气化反应在床上进行，焦油也在床上分解，气固分离的碳不断地在反应炉内循环。 碳留在床内足以应对还原反应速度慢的需求。 适用于水分含量大、卡路里低、着火困难的生物质材料。 主要缺陷产气剂中灰分经常净化处理，零件磨损严重。 在气化当量比供给的空气中的氧与材料的完全燃烧所需的氧的当量比以当量比计为0.250.3的情况下，即气化反应所需的氧只不过是完全燃烧所需的氧量的25%-30%，优选产生气体成分。 生物质材料中的水分大或挥发成分小时取上限，相反取下限。 另一方面，确定了需要达到的主要技术指标，例如，(1)点火开始时间： 6000kJ/N(6)产生气体量：1.5/kg，可用于农户一天做饭的(7)封火时间：12h，二、设计计算，配风设计风道顶部供给口的密封，三、考虑气化原料，相同用正在使用的生物质气体平均值进行了设计计算。 四、气化炉主要气化参数的设计计算如下： (1)初步制定原料消耗量和气化强度，例如，由于四口之家每天气量约为810m3，气体时间约为4h，生物质原料消耗1012kg，因此该户用型的上气式气化炉中消耗的原料量C0=2.4kg/初步设计h气化强度=70kg/(h )、(2)决定气化气体的量的生物质原料的完全燃烧所需的空气量： V=(1.866C 5.55H-O.7O )式： v-原料的完全燃烧所需的理论空气量、m3/kg； C原料中碳元素的含量H原料中的氢含量0原料中的氧含量.玉米秸秆中主要元素的含量为： c=45.43 % h =6. 15 % o =47.14 % n =0. 78 %玉米秸秆完全燃烧所需的空气量为： v=(1. 866 c 5. 55 h o.7 0 )=(1. 86645.43 %5.5) 因此，实际所需空气量为=1.24.0908=4.909(m3/kg )玉米秸秆堆积的挥发成分高、含水量低、当量比为0.3时，燃料气化所需的空气量为=0.34.0908=1.2272(m3/kg )、5、气化炉的主要性能指标的制定， 气化气体流量q空气(气化剂)中的含量为79%左右，从气化生物质产生的气体中的含量一般为50%左右，认为在该气化反应中几乎不反应，因此气化剂(空气)流量的1.5倍可燃气体流量q为=c0v 01.5=2. 41.22721 h)低位发热量气化气体的低位发热量Qg=6.5103kJ/kg气化效率气化效率方案=75%装入气化炉持续运转时间t满炉，气化炉连续运转时间T=3.8h，计算气化炉的主要气化参数原料的每单位时间消耗量cc=qqg/(QM )=4. 45 (0.7516.33)=2.3448(kg/h)气化强度=(c/c0)0=(2. 3448/2.4 ) 70=68.3888 (kg/(m2h ) )气化率G=q/C=4.4181/ 2.3448=1.8842(/kg )，七、气化炉主要结构参数的设计炉膛的结构尺寸炉膛截面积、m2、炉膛的原料高度、=2.34483.8/(0.03600)=0.43m，所使用的原料为压缩成形的玉米秸秆，因此成形材料的堆积密度一般为原料堆积密度的10倍左右，密度=600kg/m3。 气化炉内筒的高度系数材料在炉内需要足够的滞留时间，这关系到燃烧层的高度、材料和气流运动，必须保证生物质原料的气化耗尽。 剩馀的残灰体积比燃料体积小，设p为原料气化体积收缩率，设h为气化炉内筒的实际高度，充电次数为n次时，实际可充电的燃料高度l为气化炉内筒的高度系数。 参考文献和经验，通过将生物质原料气化的收缩率p设为0.2，得到n=1、2、3、4时，高度系数分别为： 1、1.2、1.24、1.248、内筒高度h气化炉满足原料后，运转一段时间，原料枯竭，在不排出灰的状态下再次加入原料这个过程在理论上可以无限次地进行，实际上只要开始几次充电就有实用价值。 考虑到气化炉点火时灰在一定的空间H=h 0.2=0.7m，=0.43/1.2=0.36(m )，(2)送风口的结构尺寸在一次风口的尺寸上搭载气化炉一次风口，采用在炉壁上开小孔的设计方式。 气化原料气化所需的空气量决定风口的尺寸，风口的几何尺寸内径通过下式计算： C-生物质原料的消耗量、kg/h； v风口处空气流速、m/s； V0-气化所需空气量、m3/kg； d1-羽口径，m； n风口数量、生物质气化发电技术、一、生物质气化技术的发展、二、生物质气化分类、三、生物质气化指标和影响因素、四、气化发电技术、五、主要气化反应器、六、生物质气化气化、一、生物质气化技术的发展始于1883年，已有100 在鼎盛时期，第二次世界大战期间，当时的战争消耗了大部分燃料，民用燃料不足，德国大力发展民用汽车的汽车裁断汽化器，形成了与汽车发动机相结合的完整技术。 二战后，陷入长期停滞状态。 中东地区油田的大规模开发为世界经济的发展获得了廉价优质的能源。 石油成为几乎所有发达国家的主要能源的20世纪70年代的石油危机引起了生物质气化技术的新的关注。 现状：大型生物质气化发电示范工程美国Battelle(63MW )、夏威夷(6MW )项目、英国(8MW )和芬兰(6MW )示范工程等。问题：焦油处理技术燃气轮机改造技术难易度高，生物质气化分类，气化介质分类，气热值高，高温高压，反映条件严格，需要气热值高的吸热反应，需要外部热源，生物质气化指标和影响因素，1 .比消耗量。 定义：气化1kg生物质所消耗的气化剂(空气、水蒸气、氧气等)的量。 例如，空气一般为0.2-0.32 .产品气体收率. 将原料1kg气化后的气体燃料在标准状态下的体积称为产品气体收率。 3 .碳转化率。 碳转化率是指生物质燃料中碳转化为气体燃料中碳的份额，即气体中的碳含量与原料中的碳含量之比。气收率、m3/kg、气体中体积百分比、原料中的碳含量、%、4 .气化效率。 生物质气化后产生的产品气体总热量与气化原料总热量之比被称为气化效率，是测量气化过程的主要指标。 5 .气化强度。 单位时间内，在气化反应器单位横截面可气化的原料量称为气化强度，单位通常为kg/(m2h )。 气化指标的影响因素，复杂的热化学过程，受到很多原因的影响。 影响气化指标的主要因素有三个：原料特性、气化过程的操作条件和气化反应器的结构。 (1)生物质特性原料的特性不仅影响气化指标，而且日益决定气化方法的选择。 生物质具有作为气化原料优于煤作为气化原料的优点。 1 )挥发成分高，固定族低； 生物质，特别是稻草类的生物质，固定碳为20%左右，挥发成分高达70%左右。 在较低的温度下，约400度时全部挥发。 2 )生物质碳的反应性很高。 生物质碳在比较低的温度下，以比较快的速度与CO2和水蒸气发生气化反应。 例如，在815、2MPa下，木炭在He(45% )、H2(5% )和水蒸气(5% )气体中，7分钟气化80%，泥炭只气化约20%，褐煤几乎没有反应。 3 )生物质灰分少。 生物质灰分一般不足3% (稻壳等除外)。 4 )硫含量低。 生物质基硫含量一般低于0.2%，无需煤气脱硫装置，有利于降低成本、保护环境。 (2)原料的熔渣性。 反应性好的原料，可以在较低的温度下操作。 气化过程不易结渣，有利于操作，也有利于甲烷生成。 矿物成分往往在燃料燃烧反应中发挥催化作用。 例如，将木灰(1.5% )吹到加热中的木材表面，反应性增强，反应时间减少到二分之一。 (三)汽化条件。 反应温度、反应压力、材料特性、气化设备结构等也是影响气化过程的主要因素，不同气化条件、气化产物成分变化较大。 四、气化发电技术、气化发电系统分类，五、主要气化反应器、固定床气化炉、吸附式：焦油含量少，热量高，吸附式：焦油含量多，热量低，流化床气化炉，优点： (1)流化床气化炉剖面小，气化效率和气化强度高。 (2)流化床气化对灰分要求不高，可以使用粒度小的原料。 (3)流化床气化产气能力大范围波动，气化效率不显着下降。 (4)流化床中使用的燃料粒子细，传热面积大，传热效率高，气化反应温度不高，不平衡，产生炉渣的可能性低。 缺陷(1)产气显热损失大； (2)由于燃料粒子细小，流动速度高，产气中带出物多。 二流化床气化炉、六、生物质气体净化、生物质气体含有各种杂质，保证后部气化发电设备不会因杂质的存在而引起磨损腐蚀和污染等问题。 焦油问题焦油是可冷凝的烃类物质的复杂混合物，美国NREL的Milne等人在关于焦油的研究中，认为任何有机材料都是在热和部分氧化(汽化)作用下产生的有机物，主要是大的芳香类物质，被称为焦油。焦油在200以下凝结成液体，随着温度的升高变成气体，可以在高温下分解成小分子的永久气体(再降温时不变成液体)。 可燃性气体中焦油含量随温度上升而减少。 气化装置的影响：吸上式气化器产生的焦油量最大，气体中焦油含量一般为100g/m3级的吸下式生产的气体最清洁，焦油含量一般为1g/m3的数量级，流化床类型的气化器处于两者之间，气体中焦油含量一般为100g/m3级焦油危害： (1)气化气体温度下降时焦油形成焦油雾，带入气化气体进入下位设备。 影响内燃机、燃气轮机、压缩机等的安全运行。 (2)焦油占可气化能源的5%10%，在低温下难以与可气化气体一起燃烧利用，民生时焦油的大部