生物质发电技术与系统课程生物质热解气化基础

1、1 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 目录目录 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 生物质气化装备生物质气化装备 3 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 1、碳化学反应、碳化学反应-1）碳和氧发生反应）碳和氧发生反应 碳燃烧释热的化学反应过程：碳燃烧释热的化学反应过程： C + O2 CO2 + 400kJ 2C + O2 CO + 245kJ 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 4 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 1、碳化学反应、

2、碳化学反应-1）碳和氧发生反应）碳和氧发生反应 更多的是中间反应过程：更多的是中间反应过程： 4C + 3O2 2CO2 + 2CO 3C + 2O2 2CO + 2CO2 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 5 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 1、碳化学反应、碳化学反应-1）碳和氧发生反应）碳和氧发生反应 C可以和可以和CO2发生反应：发生反应： C + CO2 2CO 而而CO可以和可以和O2发生发生反应反应 2CO + O2 2CO2 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 6 第第一一节节

3、生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 1、碳化学反应、碳化学反应-2）碳和）碳和H2O发生反应发生反应 C可以和可以和H2O 发生反应：发生反应： C + 2H2O CO2 + 2H2 C + H2O CO + H2 C + 2H2 CH4 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 7 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 2、氢化学反应、氢化学反应-链式反应特征链式反应特征 H2 在高能量物质碰撞下发生反应：在高能量物质碰撞下发生反应： H2 + M M + 2H H + O2 O + OH O + H2 H + OH OH

4、+ H2 H2 O + OH 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 8 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 2、氢化学反应、氢化学反应-链式反应特征链式反应特征 H2 在高能量物质碰撞下发生反应：在高能量物质碰撞下发生反应： H2 + M M + 2H H + O2 O + OH O + H2 H + OH OH + H2 H2 O + OH 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 9 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 2、氢化学反应、氢化学反应-链式反应特征链式反应特征 H

5、 + 3H2 + O2 2H2 O + 3H 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 10 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 3、一氧化碳化学反应、一氧化碳化学反应-燃烧反应和歧化反应燃烧反应和歧化反应 燃烧反应也是链式反应，有干燥链式反应和潮燃烧反应也是链式反应，有干燥链式反应和潮 湿链式反应：湿链式反应： H2 + M M + 2H H + O2 O + OH O + H2 H + OH OH + H2 H2 O + OH 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 11 第第一一节节 生物质热解的主要化

6、学反应生物质热解的主要化学反应 3、一氧化碳化学反应、一氧化碳化学反应-燃烧反应和歧化反应燃烧反应和歧化反应 燃烧反应也是链式反应，有干燥链式反应和潮燃烧反应也是链式反应，有干燥链式反应和潮 湿链式反应：湿链式反应： 干燥链式反应干燥链式反应：当一氧化碳和氧燃烧时，臭氧：当一氧化碳和氧燃烧时，臭氧 O2超着活化中心的作用，碳和纯氧的混合物要在超着活化中心的作用，碳和纯氧的混合物要在 660-740 C以上才能着火。以上才能着火。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 2CO + O2 2CO2 12 潮湿链式反应潮湿链式反应：比干燥链式反应更容易发生，：比干燥链

7、式反应更容易发生， 因为因为H、O和和OH等活化中心使等活化中心使CO的燃烧速度变快的燃烧速度变快 了许多，当掺有了许多，当掺有2%水蒸汽时，它在水蒸汽时，它在600-640C更容更容 易反应。易反应。 OH + CO CO2 + H CO + O + M CO2 + M 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 13 一氧化碳歧化反应一氧化碳歧化反应：是相当于：是相当于CO2还原反应的还原反应的 逆反应，这个反应对于生物质热解反应炉的设计很逆反应，这个反应对于生物质热解反应炉的设计很 重要，很湿出碳，造成耐火砖破碎。重要，很湿出碳，造成耐火砖破碎。 一一氧化碳歧化

8、反应是放热氧化碳歧化反应是放热 的，温度升高时有利的，温度升高时有利 反应，但温度很高时，也不容易发生反应，一般在反应，但温度很高时，也不容易发生反应，一般在 200-1000C时发生，在时发生，在450-600C反应速度最快。反应速度最快。 CO2 CO + C + 162kJ 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 14 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 4、烃燃烧化学反应、烃燃烧化学反应-链式反应链式反应 此外，还有脱此外，还有脱 氢反应和焦化反应。氢反应和焦化反应。 烃（烃（CnH2n+1）的燃烧化学反应也是链式反应，）的燃烧

9、化学反应也是链式反应， 主要是羟基主要是羟基OH作为活化中心引起的。作为活化中心引起的。 OH + RH R + H2O 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） HCHO + O2 2CO2+ H2O 15 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 4、烃燃烧化学反应、烃燃烧化学反应-脱氢脱氢 反应反应+焦化反应和断焦化反应和断 链反应链反应 脱氢反应：脱氢反应： C2H6 C2H4 + H2 C2H4 2C + 2H2 断链反应：断链反应： C(m+n)H2(m+n)+2 CmH2m + CnH2n+2 第二章第二章 生物质热解气化基础生物

10、质热解气化基础 （4学时）学时） 16 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 1、气化技术发展背景、气化技术发展背景 气化原理早在气化原理早在18世纪就为人世纪就为人 所知，所知，20世纪生物质世纪生物质 气化动力系统已从固定式的内燃机拓展到移动式的内气化动力系统已从固定式的内燃机拓展到移动式的内 燃机，如汽车。燃机，如汽车。 第二次世界大战气化技术得到迅猛发展。第二次世界大战气化技术得到迅猛发展。 我国始于我国始于50年代，年代，80年代才快速发展。年代才快速发展。80年代末年代末 研制出固定床气化器；研制出固定床气化器；90年代末研制出流化床气化器。年代末研制出流化床气化器。 第二章

11、第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 17 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 1、气化技术分类、气化技术分类 （1）按气化剂分类）按气化剂分类 1）不用气化剂：干馏气化）不用气化剂：干馏气化 在完全无氧或含氧很小的情况下的气化反应。干在完全无氧或含氧很小的情况下的气化反应。干 馏产物包括固体碳（馏产物包括固体碳（28%-30%）、木焦油（）、木焦油（5%- 10%）、木醋液（）、木醋液（30%-35%）和生成气（）和生成气（25%- 30%）。）。 分低温干馏（分低温干馏（600C）、中温干馏）、中温干馏（600C- 900C）和高）和高 温干馏（温干馏（9

12、00C） 。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 18 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 1、气化技术分类、气化技术分类 （1）按气化剂分类）按气化剂分类 1）使用气化剂：）使用气化剂： 空气气化空气气化-使用使用 空气作为气化剂，燃气热值空气作为气化剂，燃气热值 低低 氧气气化氧气气化-使用氧气作气化剂，反应速率快，燃气成使用氧气作气化剂，反应速率快，燃气成 份主要为份主要为CO、H2、CH4，可用作中热值，可用作中热值 燃气和化工原燃气和化工原 料。料。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 19 第第二二节节 生

13、物质气化原理生物质气化原理 1、气化技术分类、气化技术分类 （1）按气化剂分类）按气化剂分类 1）使用气化剂：）使用气化剂： 水蒸汽气化水蒸汽气化-一般与氧气气化联合采用，是水蒸汽在一般与氧气气化联合采用，是水蒸汽在 高温下与生物质发生反应，水蒸汽和碳的还原反应，高温下与生物质发生反应，水蒸汽和碳的还原反应， CO与水与水 蒸汽变换反应和甲烷化反应，属中热值蒸汽变换反应和甲烷化反应，属中热值 气体气体 氢气气化氢气气化-是氢气和炽热的炭及水是氢气和炽热的炭及水 蒸汽反应生成甲烷蒸汽反应生成甲烷 的过程的过程 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 20 第第二二节

14、节 生物质气化原理生物质气化原理 1、气化技术分类、气化技术分类 （1）按设备运行方式）按设备运行方式 1）固定床气化炉：制造简便、成本低、运动部件少、）固定床气化炉：制造简便、成本低、运动部件少、 热效率高和操作简单。热效率高和操作简单。 气化过程难以控制，物料容易搭桥。气化过程难以控制，物料容易搭桥。 有上吸式、下吸式、横吸式、开心式等。有上吸式、下吸式、横吸式、开心式等。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 21 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 1、气化技术分类、气化技术分类 2）流化床气化炉：采用砂子、石灰或催化剂等其他非）流化床气化炉：采

15、用砂子、石灰或催化剂等其他非 惰性材料作为流化介质；气化强度大（约惰性材料作为流化介质；气化强度大（约2.5-3.0倍），倍）， 反应温度反应温度750-900C，原料适应性广，可大规模应用。，原料适应性广，可大规模应用。 有单流化床、循环流化床和双流化床等。有单流化床、循环流化床和双流化床等。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 22 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 1、气化技术分类、气化技术分类 3）旋转床气化炉：有效防止原料在气化床内的内部搭）旋转床气化炉：有效防止原料在气化床内的内部搭 桥和产生空洞。桥和产生空洞。 有较高的热效率；缺点是操

16、作难度大、成本高、衬有较高的热效率；缺点是操作难度大、成本高、衬 里容易磨损，密封困难、反应条件难以控制。里容易磨损，密封困难、反应条件难以控制。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 23 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 2、气化基本原理、气化基本原理 生物质热解气化是在一定热力学条件下，将组成生生物质热解气化是在一定热力学条件下，将组成生 物质的碳水化合物转化为主要由物质的碳水化合物转化为主要由CO、 H2和低分子烃类和低分子烃类 组成的可燃气的过程。组成的可燃气的过程。 热解气化和沼气发酵有根本的区别，沼气发酵适合热解气化和沼气发酵有根本的区别

17、，沼气发酵适合 于处理畜禽粪便和有机废液等一类湿生物质。于处理畜禽粪便和有机废液等一类湿生物质。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 24 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 2、气化基本原理、气化基本原理 生物质热解气化过程一般分为干燥、挥发、氧化和生物质热解气化过程一般分为干燥、挥发、氧化和 还原反应。还原反应。 1）干燥反应）干燥反应 含有水份的原料进入气化床和热气剂进行热交换，含有水份的原料进入气化床和热气剂进行热交换， 失去水份。温度约为失去水份。温度约为50-150C。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时）

18、25 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 2、气化基本原理、气化基本原理 2）挥发反应）挥发反应 当干燥区的干物料、水蒸汽和水化剂进入热解区当干燥区的干物料、水蒸汽和水化剂进入热解区 后，继续获得热量，在高于后，继续获得热量，在高于 160C时，生物质将会发生时，生物质将会发生 热解反应，析出挥发份，主要有碳、氢气、水蒸汽、热解反应，析出挥发份，主要有碳、氢气、水蒸汽、 一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其他烃类物质。一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其他烃类物质。 CHxOy n1C + n2H2 + n3Hn2O + n4CO + n5CO2 + n6CH4 第二章第二章 生物质热解气

19、化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 26 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 2、气化基本原理、气化基本原理 3）氧化反应）氧化反应 生物质在气化炉内继续下移，温度继续升高，达生物质在气化炉内继续下移，温度继续升高，达 到到250-300C时，可挥发性组分继续燃烧，释放大量热时，可挥发性组分继续燃烧，释放大量热 能，生成能，生成CO、CO2和和H2O，温度达到，温度达到 1000-1200C。 C + O2 CO2 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 27 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 2、气化基本原理、气化基本原理 4）还原反应

20、）还原反应 还原区已没有氧气存在，二氧化碳和炽热的碳以及还原区已没有氧气存在，二氧化碳和炽热的碳以及 水蒸汽发生还原反应，生成一氧化碳和氢水蒸汽发生还原反应，生成一氧化碳和氢 气，温度气，温度达达 到到 600-900C。 C + CO2 2CO 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 28 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 3、气化反应动力学、气化反应动力学 4）热解过程）热解过程 热解是固体生物质在非燃烧状态下受热分解生成气热解是固体生物质在非燃烧状态下受热分解生成气 体、焦油和炭的过程，温度和加热速率是最主要参数。体、焦油和炭的过程，温度和加热速率

21、是最主要参数。 低温（低温（ 400C）反应，主要产物是二氧化碳、一氧化）反应，主要产物是二氧化碳、一氧化 碳、氢碳、氢 气、水、甲烷气、水、甲烷 、焦油和焦炭。、焦油和焦炭。 更高温度（更高温度（ 700C）反应）反应，出现二次反应，氢气和不，出现二次反应，氢气和不 饱和烃类气体增加。饱和烃类气体增加。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 30 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 3、气化反应动力学、气化反应动力学 1）热解过程）热解过程 实际上，热解是经过两个独立的反应过程：实际上，热解是经过两个独立的反应过程： 第一步是固相反应，高分子聚合脱水反

22、应，反应速率第一步是固相反应，高分子聚合脱水反应，反应速率 非常快。非常快。 第二步是气相反应，气体和炭的反应，包括裂解、重第二步是气相反应，气体和炭的反应，包括裂解、重 整和变换。整和变换。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 31 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 1）热解过程）热解过程 裂解反应：焦油等重碳氧化物裂解生成较小的化合物裂解反应：焦油等重碳氧化物裂解生成较小的化合物 的过程，形成氢氧化物、碳氧化物、甲烷的过程，形成氢氧化物、碳氧化物、甲烷 和不饱和碳和不饱和碳 氢化合物。氢化合物。 重整反应：碳氢化合物和水蒸汽的吸热反应，生成碳重整

23、反应：碳氢化合物和水蒸汽的吸热反应，生成碳 氧化物及氢气氧化物及氢气 变换反应：水蒸汽和一氧化碳的反应，生成二氧化碳变换反应：水蒸汽和一氧化碳的反应，生成二氧化碳 和氢气。和氢气。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 32 第第二二节节 生物质气化原理生物质气化原理 2）燃烧过程）燃烧过程 焦炭的烧烧速率受燃烧温度和燃烧时间的控制，当焦炭的烧烧速率受燃烧温度和燃烧时间的控制，当 温度从温度从400C增加到增加到900C 时，燃烧速率增加，随时间时，燃烧速率增加，随时间 增加，焦炭颗粒越来越少。增加，焦炭颗粒越来越少。 3）还原过程）还原过程 是碳和二氧化碳、水

24、蒸汽和一氧化碳之间的反应。是碳和二氧化碳、水蒸汽和一氧化碳之间的反应。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 33 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 生物质气化系统一般包括原料预处理设备（供破生物质气化系统一般包括原料预处理设备（供破 碎和烘干用）、进料装置、气化炉、气固分离装置、碎和烘干用）、进料装置、气化炉、气固分离装置、 气体冷却装置、气体净化装置和燃气输送设备等。气体冷却装置、气体净化装置和燃气输送设备等。 生物质气化系统中，气化炉最为重要。生物质气化系统中，气化炉最为重要。 第二章第二章 生

25、物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 34 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 （1）固定床上吸式气化炉）固定床上吸式气化炉 生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动 到底部，空气从下面进入，向上经过各反应层，燃到底部，空气从下面进入，向上经过各反应层，燃 气从上部出，灰渣从底部排出。气从上部出，灰渣从底部排出。 气化剂补给有两种：微正压和微负压。气化剂补给有两种：微正压和微负压。 -优点：优点：1）气化效率高；）气化效率高；2）燃气热值高；）燃气热值高；3） 炉排不易损坏。炉排

26、不易损坏。 -缺点：焦油量大。缺点：焦油量大。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 35 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 36 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 （1）固定床上吸式气化炉）固定床上吸式气化炉 生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动 到底部，空气从下面进入，向上经过各反应层，燃到底部，空气从下面进入，向上经过各反应层，燃 气从上部出，灰渣从底部排出。气从上部出，灰渣从底部排出。 气化剂补给有两种：微正压和微

27、负压。气化剂补给有两种：微正压和微负压。 -优点：优点：1）气化效率高；）气化效率高；2）燃气热值高；）燃气热值高；3） 炉排不易损坏。炉排不易损坏。 -缺点：焦油量大。缺点：焦油量大。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 37 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 （1）固定床下吸式气化炉）固定床下吸式气化炉 生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动 到底部，空气从上面进入，向下经过各反应层，燃到底部，空气从上面进入，向下经过各反应层，燃 气从反应层下部吸出，灰

28、渣从底部排出。气从反应层下部吸出，灰渣从底部排出。 气化剂补给有两种：微正压和微负压。气化剂补给有两种：微正压和微负压。 -优点：优点：1）气化效率高，焦油含量低；）气化效率高，焦油含量低；2）燃气）燃气 热值高，洁净度高；热值高，洁净度高；-缺点缺点：炉：炉排易损坏排易损坏 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 38 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 （2）固定床下吸式气化炉）固定床下吸式气化炉 生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动生物质原料从顶部加入，依靠重力从顶部移动 到底部，空气从上面进入

29、，向下经过各反应层，燃到底部，空气从上面进入，向下经过各反应层，燃 气从反应层下部吸出，灰渣从底部排出。气从反应层下部吸出，灰渣从底部排出。 气化剂补给与工作环境气化剂补给与工作环境 ：微负压，可以连续进料。：微负压，可以连续进料。 -优点：优点：1）气化效率高，焦油含量低；）气化效率高，焦油含量低；2）燃气）燃气 热值高，洁净度高；热值高，洁净度高；-缺点缺点：炉：炉排易损坏。排易损坏。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 39 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 40 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺

30、过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 （4）单流化床气化炉）单流化床气化炉 只有一个流化床反应器。反应器可分为上、下只有一个流化床反应器。反应器可分为上、下 两段，下部为气固密相段，上部气固稀相段两段，下部为气固密相段，上部气固稀相段 。 在密相段发生干燥、热解、氧化和还原反应。在密相段发生干燥、热解、氧化和还原反应。 稀相段主要是降低气体流速，不带出生物质炭。稀相段主要是降低气体流速，不带出生物质炭。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 41 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 （4）单流化床气

31、化炉）单流化床气化炉 -优点：优点：1）气化效率高，焦油含量低；）气化效率高，焦油含量低；2） 气化床调节效率高；气化床调节效率高；3）不容易结渣。）不容易结渣。 -缺点：缺点：1）气体出口温度高，产出气体显热）气体出口温度高，产出气体显热 损失大；损失大； 2）产出气体含）产出气体含 固形物较高；固形物较高； 3）床内物料）床内物料 分布不均匀；分布不均匀； 4）最好有隋性载体。）最好有隋性载体。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 42 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系统的构成）气化系统的构成 （4）循环流化床气化炉）

32、循环流化床气化炉 其特征在于生成气中的固体颗料经过旋风分离器其特征在于生成气中的固体颗料经过旋风分离器 后，再次返回到后，再次返回到 流化床，继续进行气化反应。流化床，继续进行气化反应。 -优点：优点：1）气化效率与气化强度进一步提高，）气化效率与气化强度进一步提高， 焦油含量低；焦油含量低；2）适合更细小的颗料）适合更细小的颗料 -缺点：回流系统控制难缺点：回流系统控制难 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 43 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 44 第第三三节节 生物质气化典型工艺过程生物质气化典型工艺过程 1）气化系

33、统的构成）气化系统的构成 （5）双流化床气化炉）双流化床气化炉 由第一级和第二级流化床反应器组成。在第一级由第一级和第二级流化床反应器组成。在第一级 流化床反应器发生热解反应；在第二级流化床里进流化床反应器发生热解反应；在第二级流化床里进 行氧化反应；高温烟气分离后又重新进入第一级流行氧化反应；高温烟气分离后又重新进入第一级流 化床反应器。化床反应器。 -优点：热值高，既用作燃气，又优点：热值高，既用作燃气，又 可作化工合可作化工合 成气。成气。 -缺点：气化床和燃烧床，炭颗粒和床层物料难缺点：气化床和燃烧床，炭颗粒和床层物料难 平衡。平衡。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础

34、 （4学时）学时） 45 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 1、生成气特性生成气特性 1）气体成分）气体成分 生物质气化生成气的成分和热值生物质气化生成气的成分和热值 与气化工艺和与气化工艺和 气化原料密切相关。气化原料密切相关。 生成气可燃成分主要是一氧化碳和氢气，还有生成气可燃成分主要是一氧化碳和氢气，还有 少量甲烷少量甲烷 和其他烃类气体。和其他烃类气体。 2）相对分子）相对分子质质量量 M=ximi/100 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 46 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 1、生成气特性生成气特性

35、3）气体密度）气体密度 = xi i/100；一般为；一般为1.2Kg/m3左右左右 4 4）气体热值）气体热值 Q=xiQi/100 kJ/m3 5）华白指数华白指数 是一个热负荷指标，从燃气性质的角度是一个热负荷指标，从燃气性质的角度 全面反映了燃气向燃烧器提供热量的能力，是保证已全面反映了燃气向燃烧器提供热量的能力，是保证已 有燃烧器在燃气性质发生变化时仍能正常使用的指标。有燃烧器在燃气性质发生变化时仍能正常使用的指标。 Ws=Qs/S 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 47 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 1、生成气特性生成气

36、特性 6）化学当量比）化学当量比 每立方米燃气完全燃烧所需要的最少空气量，每立方米燃气完全燃烧所需要的最少空气量， H2 化学当量比化学当量比2.38 C2H6 化学当量比化学当量比14.28 7）着火浓度极限）着火浓度极限 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 48 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 1、生成气特性生成气特性 6）化学当量比）化学当量比 每立方米燃气完全燃烧所需要的最少空气量，每立方米燃气完全燃烧所需要的最少空气量， H2 化学当量比化学当量比2.38 C2H6 化学当量比化学当量比14.2 第二章第二章 生物质热解气化基

37、础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 49 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 7）着火浓度极限）着火浓度极限 燃气燃烧须满足两个条件：一是空气和氧气混合；燃气燃烧须满足两个条件：一是空气和氧气混合； 二是要有点火源。二是要有点火源。 燃气在可燃混合物中能够正常着火的最小和最大燃气在可燃混合物中能够正常着火的最小和最大 浓度分别称为着火下限和着火上限浓度。浓度分别称为着火下限和着火上限浓度。 在密闭空间可燃混合物着火后瞬间爆炸，着火在密闭空间可燃混合物着火后瞬间爆炸，着火 浓度极限也浓度极限也 称为爆炸极限。称为爆炸极限。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基

38、础 （4学时）学时） 50 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 1、生物质气化供热、生物质气化供热 生物质燃气送入下一级燃烧器中燃烧，生产的高生物质燃气送入下一级燃烧器中燃烧，生产的高 温烟气和被加热介质（水温烟气和被加热介质（水 或风等）进行间接热交换，或风等）进行间接热交换， 燃烧后的气体排出，而被加热介质送往用热系统，燃烧后的气体排出，而被加热介质送往用热系统， 释放热量后回到燃气内再次加热。这一过程为终端释放热量后回到燃气内再次加热。这一过程为终端 用户提供热能。用户提供热能。 生物质气化供热系统包括气化炉、滤清器、燃烧生物质气化供热系统包括气化炉、滤清器、燃烧 器

39、、换热器及其他终端装置等。器、换热器及其他终端装置等。 燃料适应性广燃料适应性广 ，广，广 泛应用于农村或小城镇。泛应用于农村或小城镇。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 51 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 1、生物质气化集中供气、生物质气化集中供气 生物质气化集中供气是上世纪生物质气化集中供气是上世纪90年代发展起来的年代发展起来的 生物质气化应用技术。生物质气化应用技术。 整个系统包括燃气发生、燃气输配和燃气使用。整个系统包括燃气发生、燃气输配和燃气使用。 优点：优点： 1）能源转换效率高，气化效率在）能源转换效率高，气化效率在

40、70%以上；以上； 2）原料适应性好，各种农业秸秆和加工残余物均可）原料适应性好，各种农业秸秆和加工残余物均可 3）燃气用途广泛）燃气用途广泛 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 52 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 53 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 54 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 55 第第四四节节 生物质气化技术的应用生物质气化技术的应用 1、生物质气化发电、生物质气化发电 生物质气化产生的可燃气通过燃烧推动燃气发电生物质气化产生的可

41、燃气通过燃烧推动燃气发电 设备进行发电。设备进行发电。 发电有：燃气轮机发电；内燃机发电；锅炉燃烧发电有：燃气轮机发电；内燃机发电；锅炉燃烧 通过蒸汽轮机发电。通过蒸汽轮机发电。 生物质发电分大、中和小三种，小型生物质发电分大、中和小三种，小型3000kW。 生物质发电已达到小型常规能源的发电水平。生物质发电已达到小型常规能源的发电水平。 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 56 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 生物质气化生物质气化发电系统发电系统 57 第二章第二章 生物质热解气化基础生物质热解气化基础 （4学时）学时） 生物质气化生物质气化发电系统发电系统 59 第第一一节节 生物质热解的主要化学反应生物质热解的主要化学反应 2、氢化学反应、氢化学反应-链式反应特征链式反应特征 H2 在高能量物质碰撞下发生反应：在高能量物质碰撞下发生反应： H2 + M M + 2H H + O2 O + OH O + H2 H + OH OH + H2 H2 O + OH 第二章第二章