生物质气化燃料技术.ppt

第五章 生物质气化燃料技术 第一节 生物质气化基本原理 第二节 生物质气化技术 第三节 生物质燃气的利用 主要教学内容及要求： 了解：生物质气化技术类型，生物质气化设备类型及各自的特点，生物质气化技术研究进展 理解：生物质气化原理，生物质气化过程中的影响因素 掌握：生物质气化的概念，生物质气化过程的基本参数及其作用，生物质燃气中的主要杂质成分及净化方法 熟练掌握：上吸式和下吸式固定气化床的工作原理，流化床气化床的工作原理 1 生物质气化的概念与特点 1.1 生物质气化的概念 生物质气化：是在一定的热力学条件下，只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧，生成CO、H2、低分子烃等可燃气体。 生物质气化的特点： 气化是将化学能的载体由固态转换为气态，气化反应中放出的热量则小得多，气化取得的可燃气体再燃烧则可进一步释放出其具有的化学能。 1.2 气化与燃烧的差异 在原理上，气化与燃烧都是有机物与氧发生反应; 生物质燃烧:燃烧过程中提供充足的氧气，燃烧后的产物是CO2和水等不可再燃烧的烟气，放出大量的反应热。即燃烧主要是将原料的化学能转变为热能； 生物质气化：生物质气化时发生不完全反应，总体上是吸热反应，气化产物可进一步燃烧。 2 生物质气化的反应过程 基本反应包括：固化燃料的干燥、热分解反应、还原反应、氧化反应 四个过程， 相应的炉内分为：干燥区、热分解区、还原区、氧化区 四个区（层） 2.1 固体燃料的干燥 干燥过程特点： 生物质原料被加热，析出吸附在生物质表面的水分。在100～150℃主要为干燥阶段，大部分水分在低于105℃条件下释出， 此阶段过程进行比较缓慢。需要供给大量的热。原料表面水分完全脱除之前，被加热的生物是温度是不上升的。 2.2 热分解反应 ⑴特点： 当温度达到160℃以上，高分子有机物开始发生吸热的不可逆热分解反应，随着温度进一步升高，分解进行愈加激烈。 生物质中含有较多氧。当温度升高到一定程度后，氧将参加反应而使温度迅速提高，从而加速完成热分解。 2.3 还原反应 在还原区已没有O2存在，氧化反应中生成的CO2在该区同碳及水蒸汽发生还原反应，生成CO和H2 。由于还原反应是吸热反应，还原区的温度也相应降低，约为700～900℃。 ①CO2还原的反应 C+ CO2 → 2CO； ΔH＝-162.142KJ/mol 是强烈的吸热反应，故温度愈高，CO2还原愈彻底。 正向反应体积增加，故压力增大使CO平衡含量减少。 CO2在氧化器内与燃料的接触时间也影响其还原反应的彻底程度，高温下所需时间短。 2.4 氧化反应 由于碳与二氧化碳、水蒸汽之间的还原反应及物料的热分解都是吸热反应，为保持气化器内高温，通常采用经气化残留的碳与气化剂中的氧进行部分燃烧，并放出热量。 由于限氧燃烧，氧化反应包括完全燃烧和不完全燃烧，同时放出热量。氧化区温度可达1000～1200℃。 2C＋O2 → 2CO ； ΔH＝246.034KJ/molC＋O2 → CO2 ； ΔH＝408.177KJ/mol 3 气化过程的几个基本参数 ⑴ 比消耗量；⑵ 燃料的气体产率；⑶ 燃气质量⑷ 气化效率；⑸ 热效率；⑹ 碳转换率；⑺ 气化强度 ⑴ 比消耗量 指气化系统中，单位生物质在气化过程所消耗的气化剂（空气、氧气、水蒸汽、CO2等)量。为对比各种气化方法，也以制造1m3（标准状态）可燃气或纯CO +H2为基准。 是生物质气化站设计的一项重要技术经济指标。 2.1 气化技术 采用不同生物质原料，使用不同的气化介质进行气化时，所产生的可燃气成分各不相同。 以空气和水蒸汽同时作为气化剂生产生物质燃气的技术应用最广。现行的固定床生物质气化系统基本上都采用这种气化方式。 2.2 气化设备 固体生物质燃料气化时所应用的设备称为气化炉或气化器，它是生物质气化系统中的核心设备。生物质在气化炉内进行气化反应，生成可燃气。 （一）固定床气化炉 固定床气化炉中，气化反应是在一个相对静止的物料床层中进行，即物料相对于气流来说是处于静止状态。 固定床气化炉是一种传统的气化反应炉。 按照气化介质的流动方向不同又分为：上流式（上流式）、下流式（下吸式）、横流式（横吸式）气化炉。 下流式固定床气化炉工作原理 生物质原料从上部加入，依靠其自身重量逐渐下降。 ①干燥区。原料最初在物料的最上层，即处于干燥区内，受外腔的热气体及内胆里热气体的热辐射、热传导，吸收热量使生物质内水分蒸发，变成干物料； ②热分解区。随着下部物料的氧化消耗，上部干物料向下移动到温度较高的热分解区，开始发生热分解反应，生成炭、气体及焦油等。生成的炭随着物