各种生物质气化集中供气系统的技术特点

实用技术RENEWABLE ENERGY No 5 2003(111 Issue in All)各种生物质气化集中供气系统的技术特点唐春福,王莹,任永志2,崔亨哲2(1辽宁省农村能源办公室,辽宁沈阳110001;2.辽宁省能源研究所,辽宁营口115000摘要:介绍了生物质气化集中供气系统中常见的几种生物质气化、气体净化以及存储技术的特点同时,针对各种技术的特点给出了其应用的场合和应用条件提出了因地制宜地应用不同生物质气化、气体净化以及存储技术将各种技术进行有机地结合并且应用国内外新的科研成果不断完善现有各项技术的观点从而达到更为有效地利用生物质资源的目的。关键词:生物质;气化;净化菠术特点中图分类号:S216.2文献标识码:B文章编号:1671-529X2003O5-0024-04Characteristics of technologies in various biomassgasification for supplying systemTANG Chun-fu, WAGN Ying, REN Yong-zhi, CUI Heng-zhe1引言一步过滤,所得到的洁净气体由罗茨鼓风机送入生物质气化技术作为一项可再生能源利用储气柜,气体依靠储气柜的配重所产生的压力送技术在世界范围内得到了普遍重视其新技术新工艺不断涌现。目前我国利用生物质气化技术建设集中供气系统以满足居民炊事和采暖用气的应用形式较多系统中应用的生物质气化和燃气净化技术以及产出气体的存储技术多种多样,分析了解各种技术形式的特点并将各种有图1系统工艺流程图效的技术和工艺相结合有助于推动整个生物质1-螺旋输送机;2-气化炉;3-旋风除尘器;4-喷淋净化器;5-气水分离器;6-过滤器;7-鼓风机;8-水封;9气化领域的技术进步同时也可以保证正确地选灶具;10-储气柜用生物质气化技术路线,有效地利用生物质资供气管网并最终送到用户。源从而实现能源可持续发展的目标。本文仅对生物质气化集中供气系统中所包含的技术当前应用较多的几种技术的特点进行分析主要有气化技术、气体净化技术和储存技术而2各种生物质气化及其相关技术的特点管网设计、辅机选型和燃气应用等其它技术一般生物质气化集中供气系统由气化、气体净为通用技术目前应用的各个系统基本没有太多化、气体存储、气体输送以及气体最终应用等部区别。分组成较为典型的生物质气化集中供气系统如2.1气化技术图1所示。生物质气化技术的主体是生物质气化炉气生物质物料由螺旋输送杋送λ气化炉气化,化炉产岀旳粗燃气中焦油的含量是影响系统产岀产出气经过旋风除尘器去除飞灰后进入喷淋净气质量乃至系统运行效果的关键。若产出气中焦化器进行清洗去除焦油和细灰再进入气水分油含中国煤化工化设备的负担。生物离器去除气体中携带的水滴然后经过过滤器进质气CNMH〔、运行压力、原料与收稿日期2003-06-04作者简介搪春福1951—)男教授研究员级高级农艺师主要从事农村能源管理及技术推广工作24可再生能源2003.5(总第1l1.)实用技术气化介质接触方式的不同而变化多样。目前主要上吸式气化炉工作在微正压状态下,气化炉应用的有热解气化炉、上吸式气化炉、增压上吸负荷量可由进风量控制。由于气化炉的进料点正式气化炉、下吸式气化炉以及流化床气化炉等几好是燃气出口的位置,因此通常采用间歇加料的种形式。方式防止燃气的泄漏。上吸式气化炉炉膛上部做(1泩物质热解气化炉得较大能储存一段时间的用料量运行时将上部热解气化(干馏气化肭的原理是生物质在隔密闭炉內原料用完后停炉加料。如连续运行则须绝空气或提供极有限的空气的条件下加热后进采用较复杂的进料装置。因此上吸式气化器一般行裂解反应的气化过程。热解反应是一个吸热过适用于木材等堆积密度较大的生物质原料,对原程,但由于生物质原料中含较多的氧,当温度升料的尺寸和水分的要求并不苛刻,但也存在原料高到一定程度后氰氧将参加反应而使温度迅速提搭桥后局部烧穿不产气的现象。高,从而加速完成热解反应減减少外部热源的输上吸式气化炉的优点:①由于热解层和干燥入。一般固定床热解气化炉产出物的比例为沐木层利用了还原反应后气体的余热,出口燃气的温焦油5%~10%,木醋液30%~35%,木炭28%~度较低汽气化炉最下层是氧化层这里有充足的空30%,可燃气体25%~30%。热解气化炉的突岀优气供燃烧所用底部的木炭可以得到充分燃烧故点是产出气热值较高,约15000kJ/m3左右为气化效率较高。②可燃气体中含有热值较高的热中热值气体其缺点是气体产出率较低,产出气解产物因此燃气热值较高。③炉排受到进风的冷中焦油含量很高净化费用高,一次性投资较多,却工作性能比较可靠同时木焦油、木醋液、木炭等副产品在单个气化上吸式气化炉的突出缺点是热解产生的焦油站难以形成规模输岀,影响气化站的整体效益。直接混λ了可燃气体燃气中焦油含量很高冷凝另外,木炭质量受原料影响严重除锯木屑燃料后的焦油会沉积在管道、阀门、仪表、燃气灶中影棒、木材外其它生物质原料不易产出成型的木响系统的正常运行。上吸式气化炉一般应用在粗炭燃气不需冷却和净化就可以直接使用的场合。(2)吸式生物质气化炉(3增压上吸式生物质气化炉图2是上吸式气化炉的工作原理图。原料由增压上吸式气化炉是一种借鉴煤气化工艺的上部加入然后靠重力向下移动;空气从下部进气化设备其运行压力为0.2-0.3MPa气化介质入向上经过各反应层燃气从上部排出。进入气为空气与气化炉外套余热产生的饱和水蒸气的混化器的原料遇到上升的热气流,首先脱除水分,合物,气化所霈的空气由空气压缩机提供。增压上当温度升高到250℃以上时,发生热解反应挥吸式气化炉的反应原理与上吸式气化炉完全相发分析出余下的木炭再与空气发生氧化和还原同,因此该种气化炉与上吸式气化炉具有相同的反应。进入气化炉的空气首先与木炭发生氧化反优缺点。除此之外氧化区采用强有力的通风使反应反应温度迅速升高到1000℃以上然后通应强度增加,容易根据气化原理设计比较好的工过还原层生成含一氧化碳和氢等可燃气体后进作状况洞时由于在给风中混入水蒸气产岀气中入热解层与热解层析岀的挥发分混合成为粗燃氬气含量将会提高,其它组分的含量也与普通上吸式气化炉不同产出气的热值较高这是增压后的优点。与此同时由于带压运行系统中各个部分均须按压力容器设计制造;由于空气输入压力高风速高原料层容易局部烧穿使产气过程中断中国煤化工灰渣熔化结焦在压力CNMHG须选择颗粒度一致的物料来保证料层阻力的均匀性,这是增压后的缺点。图2上吸式气化炉的工作原理(4)下吸式生物质气化炉实用技术RENEWABLE ENERGY No 5 2003(111 Issue in All)下吸式气化炉的工作原理如图3所示。在下高产出气的质量和发热值吸式气化炉中生物质原料由上部加入依靠重(5旒化床生物质气化炉力逐渐下移灰渣由底部排除;空气在气化炉中该气化炉的物料是具有一定粒度的固体燃料部的氧化区加入燃气由还原层下部吸出。气化当通过燃料颗粒之间的气流速度达到某一值时微炉内的最上层原料首先被干燥,当温度达到250细颗粒之间会产生分离现象少量颗粒在很小的范℃以后开始发生热解反应,析岀大量挥发物质。围內振动或游动燃料层由静止向流动转化。继续600℃时热解反应基本完成,此时空气的加入引提高气流速度全部微细颗粒被吹起而悬浮于气流起了物料的剧烈燃烧,燃烧反应以炭层为基体,之中但不被吹出此时即为流化床″状态气化介挥发分在参与燃烧的过程中进一步裂解。燃烧产质和颗粒物料充分混合具有流体的性质。物与下方的炭层进行还原反应生成可燃气体生物质流化床气化炉炉内反应均匀一致,气化反应是在恒温床上进行气化反应速度快气化强度高气化效率高适用于大型气化系统。一般流化床气化炉反应温度较低,约800℃左右不执解层能保证焦油的裂解温度产岀气中焦油含量较高,净化设备投资较多。22气体净化技术气化炉产出气的净化目的是去除气体中的焦图3下吸式气化炉的工作原理油和灰分同时降低气体温度提高单位容积气体下吸式气化炉的热解产物通过炽热的氧化的能量密度。层、还原层而得到充分的裂解因此焦油含量比在各种类型的气化系统中除灰的方式基本相上吸式低得多,这是下吸式气化炉的最大优点,同除采用惯性分离外一般都采用旋风除尘器。辽所以下吸式气化炉在需要使用洁净燃气的场合宁省能源研究所与意大利科研人员合作研制的填得到了广泛的应用。下吸式气化炉的另一优点是料式旋风除尘器,大颗粒飞灰在其旋风离心力的它的加料端与空气接触,当炉膣内为负压工况作用下被分离出来轻质飞灰为填料所捕集所采吋加料端不需要严格的密封使得运行中连续用的金属填料冷却效果好,可以降低产出气的温进料成为可能,也可以进行拨火操作。这一点对度减轻后级净化设备的负担。于秸秆类原料是非常重要的因为为堆密度很小常见除焦油技术有降温水洗和静电捕焦两的秸秆类原料设计一个能容纳一段时间用料量种。对于降温水洗方式如何减少清洗水用量并强的炉膣是十分困难的即使可以作到因秸秆类化水洗是技术关键,有些系统采用大量的清洗水原料自然堆积角过大也无法保证运行中反应层洗气致使清洗水的排放造成二次污染。辽宁省能的稳定源研究所研制的喷淋净化器将直接喷淋和间接冷世界上较为成功的下吸式炉是 IMBERT型却进行了有效的结合,使结构紧凑并减少了设备气化炉,该气化炉的喉部截面积缩小,目的是保数量。冷却循环水来自湿式储气柜或消防水池喷证氧化层和还原层反应温度的均匀性强化了该淋水量仅400kg每周更换一次排放到晾晒池,区的反应,同时也促进了焦油的进一步裂解从浓缩后可燃烧处理不会产生二次污染。静电捕焦而提高产出气质量。辽宁省能源研究所在传统的技术是通过高电压下正负两个电极对焦油的吸附IMBERT炉型基础上,通过合理确定喉部截面积作用达到去除焦油的目的除焦效率很高是大型尺寸氧化层和还原层厚度并且采用切向布置的气化中国煤化工弋。由于两个电极在空气喷嘴以及合适的风速保证了空气与物料的高压CNMH崾严格控制产出气中良好混合、反应的完全性和产出气的质量。除此的含氧量,若产出气中可燃气体与氧气浓度达到之外利用催化裂解实验的可靠结果在最新设计爆炸极限即会产生爆炸危险。另外若流过静电捕的气化炉的气体出囗处放置催化剂以进一步提焦器的气体温度较低吸附在电极上的焦油不会6可再生能源2003.5(总第1l1.)实用技术靠自重流到收集室而在电极上逐渐堆积,使电的应用。极失去除焦作用,(3压力式储气柜23气体储存技术在增压气化炉的系统中,依靠气化炉的压力储气柜是燃气输配系统中的关键设备,它用将气体送入储气柜使储气柜内具有一定的压力。于储存燃气,以补偿用气负荷的变化,保证燃气由于气体的压力与体积成反比例关系,从而减少发生系统的平稳运行。储气柜还可为燃气管网提了气体的体积和储气柜容积。该储气柜在冬天无供—个恒定的输配压力,保证燃气输配均衡使需防冻措施但由于压力的存在储气柜的设计和管网内所有的燃气灶都能按照额定的压力正常制造应符合压力容器的有关标准,并且相关的管燃烧。生物质气化集中供气系统中常用的储气柜路密封要求高,调压阀、逆止阀的可靠性要求也相有低压湿式储气柜、低压干式储气柜和压力式储应提高。气柜等几种。也有一些生物质气化集中供气系统采用常压(1)压湿式储气柜式储气柜实际上该储气柜仅是一个缓冲罐虽然湿式储气柜具有结构简单、施工容易、密封初投资很少但不能提供稳定的气体输送压力气可靠的特点在生物质气化集中供气系统中应用体的输送压力只能靠气化机组的风机提供,用户广泛。但湿式储气柜也存在着以下缺点在北使用气体时必须运行气化机组,故不能起到存储方寒冷地区水槽要采取防冻措施这就要增加气体的作用。初始投资和维护费用②水槽、钟罩、导轨等部件3结论常年与水接触须定期进行防腐处理③3水槽在综上所述,每一种生物质气化技术和燃气净储存气体时为无效体积因此湿式气柜耗用金属化技术都有其自身的特点根据最终的应用目的较多。采用混凝土水槽的半地下式储气柜结合外应用场合以及用户所在地区的生物质资源种类选罩保温不仅节省了钢材,减少了防腐工作量和择合理的生物质气化和净化技术,才能达到良好费用而且冬季具有较好的保温性能。的应用效果获取最佳的经济效益时应将各(2)低压干式储气柜种不同的技术进行有机地结合,选择最佳工艺路威金斯柔膜型干式储气柜依靠橡胶柔膜线从而更为有效地利用我国丰富的生物质资源进行密封,橡胶柔膜采用的材料是聚氯丁合另外还应不断地进行技术创新应用国内外新的成橡胶,并加入特殊的尼龙布制成,造价较科研成果完善现有的各项技术,进一步推动生物高,但由于其良好的防冻效果得到了较广泛质气化及净化技术的进步。第二届生物质气化技术及应用国际培训班举办由国家科技部国际合作司主办、辽宁省能源研究所承办的第二届生物质气化技术及其应用国际培训班于2003年8月15日~9月1日在辽宁省兴城科技培训中心举办来自伊朗、泰国、印度、约旦、乌克兰、巴基斯坦等国家的13名学员参加了本次培训班。来自国內的6名生物质气化技术专家详细地讲解了生物质原料、生物质气化原理、设备结构气化工艺、生物质气化技术的发展趋势及我国相关的政策等。培训班实地考察了由辽宁省能源研究所设计安装的辽宁省宽甸县河口村秸秆气化站。YH中国煤化工近年来我国生物质气化技术的研究开发取得了显CNMHG质气化技术国际培训班的举办我国生物质气化技术已引起许多发展中国家的浓厚兴趣和密切关注。本次培训班的举办将进一步促进中国与其他发展中国家在可再生能源领域的技术合作。(文言)