生物質流化床氣化爐的發(fā)展與應用

焦海旺

摘要：連續(xù)氣化的生物質流化床氣化爐，以空氣和水蒸氣為氣化劑，用生物質和煤為原料（煤的質量比0-20%），煤氣熱值為6-7MJ/m3。該爐在生產(chǎn)燃氣的同時，還可副產(chǎn)水蒸氣和生物質木炭，燃氣可民用、工業(yè)用及發(fā)電用。間歇氣化的生物質流化床水煤氣爐，采用吹風和制氣的二步工作法生產(chǎn)水煤氣。水煤氣的熱值可達12-16 MJ/m3，燃氣可用于提氫和制備甲醇、二甲醚等。

關鍵詞：生物質；生物質流化床氣化爐；固定床氣化爐；流化床氣化爐

1 生物質氣化技術發(fā)展概況

為加快生物質技術開發(fā)利用，改變落后的直接燃用秸稈的方式，補充潔凈、優(yōu)質燃料的供應，原國家計委、原國家科委和農(nóng)業(yè)部隊“七五”開始，重點安排了秸稈氣化集中供氣技術的科技攻關和試點示范項目，20世紀80年代中后期，山東省科學院能源所、山東大學等單位先后研制開發(fā)了各種型式的固定床氣化爐，將秸稈轉換為低熱值燃氣，然后通過以自然村為單元旦集中供氣系統(tǒng)輸送到農(nóng)戶用作炊事等燃料，經(jīng)過10多年的研究工作，目前基本形成包括秸稈氣化設備，集中供氣的關鍵設備、供氣管網(wǎng)的設施和戶用燃氣灶具等較為完整的配套技術，目前這種氣化裝置在全國已有百套在運行中，天津已經(jīng)在全市建設了10處秸稈氣化站，規(guī)模從100-200戶不等。

2生物質流化床氣化爐的應用

國內(nèi)生物質氣化爐基本上都是較落后的常壓固定床氣化爐，這種氣化爐煤氣熱值低，一般為4-5 MJ/m3，氣化能力低且運行不穩(wěn)定，在氣化過程中產(chǎn)生的焦油對管道、灶具，燃氣透平等造成堵塞、污染和腐蝕；而現(xiàn)有的凈化設備投資達，凈化效果不理想，運行壽命短，這已成為制約生物質氣化技術商業(yè)化推廣的一個主要因素。因此，急需開發(fā)先進的流化床生物質氣化爐，使其盡快進入工程應用。

3生物質流化床氣化爐與固定氣化爐性能比較

固定床氣化爐與流化床氣化爐有著各自的優(yōu)缺點和一定適用范圍。下面從以下五個方面對流化床和固定床氣化爐的性能進行比較。

3.1技術性能

從目前情況來看，固定床和流化床氣化爐的設計運行時間，一般都小于5000h。前者結構簡單，堅固耐用；后者結構較復雜，安裝后不易移動，但占地較小，容量一般較固定床的容量大。啟動時，固定床加熱比較緩慢，需較長時間達到反應溫度；流化床加熱迅速，可頻繁起停。

3.2使用的原料

流化床對原料的要求較固定床低。固定床必須使用特定種類，形狀、尺寸盡可能一致的原料；流化床使用原料的種類、進料形狀、顆粒尺寸可不一致，前者顆粒尺寸較大，后者顆粒尺寸較小。

3.3 環(huán)境效益

固定床燃氣飛灰含量低，而流化床燃氣飛灰含量高，其原因是固定床中溫度可高于灰熔點，從而使灰熔化成液態(tài)，從爐底排出；而流化床中溫度低于灰熔點，飛灰被出氣帶出一部分。所以流化床對環(huán)境影響比固定床大，必須對燃氣進行除塵凈化處理。

3.4 經(jīng)濟性

在設計制造方面，由于流化床的結構較固定床復雜，故投資高。在運用方面，固定床對原料要求較高，流化床對原料要求不高，故固定床運行投資高于流化床，固定床氣化爐內(nèi)溫度分布較寬，這可能產(chǎn)生床內(nèi)局部高溫而使灰熔聚，比容量低、啟動時間長以及大型化較困難；流化床具有氣化強度大、綜合經(jīng)濟性好的特點。綜合考慮設計和運行過程，流化床對固定床具有更大的經(jīng)濟性，流化床的生產(chǎn)強度為2500kg/（m2.h），是固定床的3—4倍。應成為我國今后生物質氣化研究的主要方向。

4生物質流化床氣化爐供氣系統(tǒng)

生物質氣化集中供氣系統(tǒng)是將氣化爐產(chǎn)生的生物質燃氣，通過相應的配套設備，為居民和公共設施提供用氣，用于炊事，替代薪柴、煤或液化氣，使小城鎮(zhèn)居民用上管道煤氣，以達到提高生活質量、改善生態(tài)環(huán)境和節(jié)約能源之目的。

5 生物質流化床水煤氣爐工藝流程

以空氣—水蒸汽為氣化劑的生物質流化床氣化爐，由于以空氣為主提供氣化過程中所需的反應熱，以空氣—水蒸汽氣化的生物質燃氣中氮氣含量可達50%，煤氣熱值一般為6—7 MJ/m3，屬于低熱值燃氣，不適宜長距離管道輸送和作為合成的原料氣。

為了提高生物質燃氣的熱值和擴展燃氣的使用范圍。我們研制成功了生物質流化床水煤氣爐。該技術的核心是采用以水蒸氣為氣化劑的氣化過程，燃氣熱值可達到12—16 MJ/m3屬于中熱值燃氣。水蒸氣氣化的主要反應是吸熱反應，如何提供反應過程的熱量，是該方法的關鍵。

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