家用生物质气化炉市场现状与技术发展

第36卷第3期.拳术湖南农机2009年5月_ Vol.36 No.3HUNAN AGRICULTURAL MACHINERYMay.2009家用生物质气化炉市场现状与技术发展.杨扬(湖南省农业机械鉴定站,湖南长沙410004)摘要:生物质能是很好的替代能源，因而生物质气化技术的开发利用及相关设备的研制得到许多国家和企业的重视。近几年,我国生物质气化技术开发利用与推广力度较大,特别是家用生物质气化炉涌向农村市场。但现用户对家用生物质气化炉产品褒贬不一,技术推广的难点是燃气热值低、焦油含量高以及使用操作繁杂。因此,发展家用生物质气化炉要正确宣传引导、加强技术培训，特别是要开发产气稳定、燃料利用率高、结构简单、操作方便、价格低廉且使用安全可靠的产品。关键词:固定床气化炉;下吸式气化炉;生物质能;焦油聚集中图分类号:TK01文献标识码:A文章编号:1007-8320(2009 )03- 0037-03Technology development and market situation of household biomass gasifierYANG Yang(Hunan Agricutural Machinery Idnifcation Sation,Changsha, Hunan 410004,China)Abstract: Biomass is a very good alternative sources of energy , the development and utilization of biom8ssgasification technology and related equipment have been developed in many countries and corporate. In recentyears ,China's biomass gasification technology development and promotion is a larger effort ,in particular house-hold biomass gasifier into the rural market. However, home users are biomass gasifier products vary, technologicalpromotion difculies is that gas caloific value is low, the high tar content and t complex operations. Therefore,the development of biomass gasifer to correct propaganda guidance ,to strengthen the technical training, in particu-lar to develop stable ,high fuel eficiency ,simple structure ,easy to operate ,inexpensive and safe reliable products.Key words :fixed-bed gasifier ;downdraft gasifier; biomass ;tar accumulation生物质能是一种有效的替代能源，可缓解石油、广阔,但家用气化炉市场成熟还需一个过程。煤炭等能源的紧张。生物质能的优点是燃烧容易、污1家用气化炉工作原理 、类型及特点染少、灰份较低,具有很强的再生能力;缺点是热值及热效率低,体积大且不易运输,直接燃烧生物质的热生物质气化炉俗称气化炉。通常所说的气化,就效率仅为10%~30%。生物质热解气化技术在我国的是秸杆、柴草等生物质在气化炉中燃烧,固体物质在应用已有半个多世纪,上世纪50~-60年代我国一些地高温条件下与气化剂反应得到小分子可燃气体的过区用木质燃料气化驱动内燃机，以取代柴油和汽油;程。所用气化剂(如空气煤气、水煤气、混合煤气以及90年代始,民用小型气化炉大量出现。进入21世纪，水蒸汽等)不同,得到的气体燃料组成成份也不同,产国家高度重视环境保护和资源节约，生物质能资源的出的气体主要有Co、CO2、H2、N2.CH以及C和Hm等开发利用进-步得到社会的广泛关注。特别是近几烷烃类碳氢化合物。煤矿、垃圾处理等工业行业的气年,各类型的家用气化炉涌向市场,产品良莠不齐用化炉基本为流化床气化炉,而家用气化炉为固定床气户褒贬不一。为此,笔者对市场上常见的几种家用气化炉中国煤化工化炉进行了调查与实验,认为生物质能技术发展前景三毁发生在相对静止的床MH，CNMH G解、氧化和还原反收稿日期:2009 -03-15作者简介:杨扬(1981-),男,助理工程师,主要从事农机产品技应。根据气体流动的方向又可以为分下吸式、上吸式术检测及产品开发。和平吸式。目前市场的产品,以上吸式气化炉为多,结38湖南农机2009年5月构比较简单,制造成本低,老百姓容易接受。(1)产生焦油问题。一是使用中炉内或管道内的(1)-上吸式气化炉。生物质原料由炉项加入炉中,焦油尽管没有外泄,但挥发性气体较大,某些时段的依靠重力向下移动;下面用鼓风机吹,气化剂从下部低温燃烧也达不到焦油芬芳度转变要求，而产生大量进入,向上经过各反应层,燃气从上部排出。在上吸式烟臭味，用户家庭成员有不适反映。二是焦油在300气化炉中,原料移动方向与气流方向相反,所以也叫度以下会凝结析出,随着温度的逐渐降低,大量焦油逆流式气化炉。刚进入气化炉的原料遇到下方上升的和水蒸汽混合.凝结,最终堵塞管道、卡住阀门,腐蚀热气流,首先脱除水分,当温度提高到250C以上时,金属,并影响排风机、抽烟机等设备的正常工作。三是发生热解反应,析出挥发分(注:挥发物占煤样质量的炉头燃烧尾气中的焦油聚集,通过锅体(个别厂家设分数成为挥发分产率或简称为挥发分);留下的木炭.计缺陷)渗入食物中,出现食物变质变味现象。再与空气发生氧化和还原反应，温度迅速升高到(2)燃气质量问题。气体中可燃气成分质量不稳1000C以上,然后通过还原层转变成含-氧化碳和氢定或燃气中含有不同量的水分,影响燃用。目前,生物等可燃气体后,进入热解层,与热解层析出的挥发分质气化气体的热值仅相当于城市管道煤气的1/3。各混合成为燃气。燃气经过最上面的原料层将原料预热种生物质热值不等，所以反应时间及产气量也不等，并干燥后,进入发生炉上部空间,温度下降,由气化炉如秸秆的燃烧值是3000- 3300 Kealkg, 是低质量生物的煤气出口引出。它的缺点:添料不方便;可燃气中含质原料,具有松散堆积密度低、灰份高、固定碳含量低挥发性物质(如焦油蒸气)较多。等特点,其气化和燃气净化比较困难。同时燃料的含(2)下吸式气化炉。炉内的气体流向是自上而下，水率也和产气量、燃烧性能密接相关。气化炉燃料的而热流的方向是自下而上的,其热解产物通过炽热的含水率需在12%左右,才可以点火、产气迅速,不至于氧化层而得到充分的裂解,因此加料端不需要严格密浓烟滚滚。但高温燃烧时水分过少,又不能促进催化封,使得自然堆积角过大的秸秆在运行中可以连续进到达制氢制氧,而需要二次补水(少数气化炉配有补料,保证运行中反应层的稳定。它的缺点:引风机从炉水装置，但自动控制化程度不高，用户实际很少使栅下抽出可燃气要耗费较大的功率;出炉的可燃气中用。)再者就是燃料要粗细搭配,以确保空气在炉内通含有较多的灰份;出炉的可燃气温度较高,须用水对过,而得到较好的反应时间。其进行冷却。再加上入工拔火往往破坏了各反应层的(3)操作使用问题。一是操作较繁琐,现有的一般稳定性,气化反应会受到很大影响。试验证明,大约气化炉风量、气量调节开关在5个左右,在气化炉使75%的碳是在裂解层中分解成挥发性物质,大约15%用过程中需要调节,用户难以掌握操作技巧。二是操的碳在氧化层燃烧用于供热,约10%的碳是用于还原作环境差,在加料时有烟气。三是操作时间长,从点火反应成为一氧化碳。至产气需要有一定的启动时间,增加了劳动量。有些(3)平吸式气化炉。平吸式气化炉由于物料在炉农民用户认为,“我原来砍了柴,劈好、堆好,干个几内停留时间短,燃气质量不理想。一是炉体中心温度天,要用的时候往灶里一丢,几斤柴就把一餐饭做好高，容易造成结块;二是炉子的还原层容积很小，使了。”特别是一旦炉内燃料架空, 便会出现断气现象，CO2还原成CO的机会减少,从而使燃气质量降低,所此时需要开盖、重行压料、捣实。在不熟练和不了解情以暂时未发现有此类产品投入使用。况下,解决这些问题会花费不少时间,甚至打乱原有的炊事安排。2家用气化炉实际使用问题及分析家用气化炉就是小型固定床气化炉。近几年通过3解决气化炉焦油技术措施媒体的宜传,得到各级政府和民众的重视,气化炉产气化炉一般由三个部分组成:气化发生部分、净品开始热销,产品研发企业由当时河北、湖南的几家化部分燃烧部分。净化部分是气化炉很重要的组织发展到现在的全国数百家。用户的使用效果如何?据部分,因固定床气化炉在产气过程中的必然产物是水对某气化炉厂家的产品用户调查,持续使用家用气化蒸气中国煤化工-质而直接接到灶具炉用户是总用户的5% ,换句话说,就是95%的用户在上燃]堵塞,，还可能使房购回气化炉后只使用过一段时间就弃之一 -边了。 造成间内l.CNM H.所以，须采取有效措设备使用率过低的原因很多,但最突出的两大难点是施去除水蒸气和焦油,以提高可燃气体的纯度。燃气热值低焦油含量高。(1)湿式净化。湿式净化系统是采用水洗的方法第36卷第3期杨扬:家用生物质气化炉市场现状与技术发展3S脱除焦油和灰尘。湿式净化系统具有结构简单、操作.形式较好,进风管及产气管管径、风速应通过试验取方便、成本较低等优点,但由于直接用水净化燃气,洗得科学数值;控制氧化层和还原层的大小和形状,保涤污水排入农田或河流会带来严重的二次污染。此证还原层温度在1000C左右。二是应有相适宜的自动外,气化中的焦油产物所含能量- -般占总能量的5%~补水装置。三是引进煤电和石化行业的新成果,提高15%,大量焦油随水流失也会造成能量消耗。产品的技术含量。四是产气稳定可靠、燃料利用率高,(2)干式净化。千式净化系统是根据生物质燃气结构要简单、操作要方便,价格应低廉,使用安全可中所含杂质的特点,采用间接降温和多级净化的方法靠。除去焦油和灰份。此种净化系统具有能量利用率高，(2)正确选购产品。其一,用户在购买气化炉前应无二次污染特点,有效地解决了湿式净化系统存在的先对产品生产厂家的制造水平和能力有所了解。其弊病。在煤矿行业中,还有电捕焦油器清除煤气中的二,选用本地常用、量多的燃料装炉试用,试验气化炉焦油雾。的点火性能和产气能力,出现问题时现场咨询解决方(3)裂解净化。焦油热裂解是把把焦油分解为永法。其三,测试火力大小,方法是取- - 片1mm厚的钢久性气体,与可燃气一起被利用，既减少了焦油含量片放在灶火上烧,如能在3秒内发红,则炉具的性能又利用了焦油中的能量。热裂解需要高达1000~较好,否则火力不够。其四,除试验燃烧性能外,还应1200C的温度,所以实现较困难。催化裂解利用催化检查外观质量、焊接质量及联接件是否紧固牢靠。剂的作用，把焦油裂解的温度大大降低(约750~(3)安全使用操作。气化炉使用方法和柴火土灶9009C),并提高裂解的效率,使焦油在很短时间内裂.有根本区别,必须科学安全使用。- -是安全操作,要解率达99%以上。瑞典皇家工学院是焦油裂解开展较注意防止管道泄漏,要防火，防烫伤。二是注意积累使早的单位,它采用锻烧过的白云石(主要成份为MgO、用经验、总结使用小窍门,如中途加料会有浓烟产生,CaO进行催化裂解。由于炉体本身的缺氧燃烧,原燃这时可点燃气体促使其燃烧,以减少室内烟尘;烧空料会成为木炭或炭粉,也起到促进裂解作用。油矿行后压料时,把料往进气口处推挤之后压实即可;特别业已经研制并使用镍基催化剂,其效果较好,在750C要掌握风机的风力大小，过大会使气体燃烧不稳定、时即有很高的裂解率，而其他材料在750吣裂解的效燃料耗费也大,过小又会使火力不够。三是自己摸索果还不理想,但由于镍基催化剂较昂贵、成本较高,一配匹燃料种类和千湿度,以求焦油少量化及提高燃气般秸秆气化技术难以应用,所以只能在气体需要精制.纯度。四是罐式净化器采集的焦油可倒回炉中与燃料或合成汽油的工艺中使用。一起再次燃烧,不可随地抛弃以造成环境污染。(4)罐体净化。现行气化炉基本采用罐体净化方参考文献式，其原理是依靠旋转燃气气流,使得燃气中焦油和[1]昊创之，马隆龙.生物质能现代化利用技术[M].北京:化学工灰分沉积后留挂于罐中,当罐中的焦油积累到一定数业出版社,2002.量时,用户必须消除处理。若用户随意倾倒,便会出现[2]马隆龙,吴创之,孙立.生物质气化技术及其应用[M].北京:化二次污染。有的厂家产品是通过--套焦油回路将采集学工业出版社,2003.的焦油送回炉膛,促使其二次燃烧、裂解,但其作用也[3]张无敌,周长平,字尚斌生物质能一-未来能源的希 望[].能源研究与利用, 1995,(4).很有限。[4昊相淦.农村能源[M].北京:农业出版社, 1988.[5]高先声.生物质的热化学反应特性和秸秆气化问题[J]可再生4气化炉技术要 求及正确选购与使用能源,2004,(2).(1)结构设计要求。一是结构宜采用下吸式负压中国煤化工MYHCNMHG