實用技術RENEWABLE ENERGY No 5 2003(111 Issue in All)各種生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)的技術特點唐春福,王瑩,任永志2,崔亨哲2(1遼寧省農(nóng)村能源辦公室,遼寧沈陽110001;2.遼寧省能源研究所,遼寧營口115000摘要:介紹了生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)中常見的幾種生物質(zhì)氣化、氣體凈化以及存儲技術的特點同時,針對各種技術的特點給出了其應用的場合和應用條件提出了因地制宜地應用不同生物質(zhì)氣化、氣體凈化以及存儲技術將各種技術進行有機地結(jié)合并且應用國內(nèi)外新的科研成果不斷完善現(xiàn)有各項技術的觀點從而達到更為有效地利用生物質(zhì)資源的目的。關鍵詞:生物質(zhì);氣化;凈化菠術特點中圖分類號:S216.2文獻標識碼:B文章編號:1671-529X2003O5-0024-04Characteristics of technologies in various biomassgasification for supplying systemTANG Chun-fu, WAGN Ying, REN Yong-zhi, CUI Heng-zhe1引言一步過濾,所得到的潔凈氣體由羅茨鼓風機送入生物質(zhì)氣化技術作為一項可再生能源利用儲氣柜,氣體依靠儲氣柜的配重所產(chǎn)生的壓力送技術在世界范圍內(nèi)得到了普遍重視其新技術新工藝不斷涌現(xiàn)。目前我國利用生物質(zhì)氣化技術建設集中供氣系統(tǒng)以滿足居民炊事和采暖用氣的應用形式較多系統(tǒng)中應用的生物質(zhì)氣化和燃氣凈化技術以及產(chǎn)出氣體的存儲技術多種多樣,分析了解各種技術形式的特點并將各種有圖1系統(tǒng)工藝流程圖效的技術和工藝相結(jié)合有助于推動整個生物質(zhì)1-螺旋輸送機;2-氣化爐;3-旋風除塵器;4-噴淋凈化器;5-氣水分離器;6-過濾器;7-鼓風機;8-水封;9氣化領域的技術進步同時也可以保證正確地選灶具;10-儲氣柜用生物質(zhì)氣化技術路線,有效地利用生物質(zhì)資供氣管網(wǎng)并最終送到用戶。源從而實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的目標。本文僅對生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)中所包含的技術當前應用較多的幾種技術的特點進行分析主要有氣化技術、氣體凈化技術和儲存技術而2各種生物質(zhì)氣化及其相關技術的特點管網(wǎng)設計、輔機選型和燃氣應用等其它技術一般生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)由氣化、氣體凈為通用技術目前應用的各個系統(tǒng)基本沒有太多化、氣體存儲、氣體輸送以及氣體最終應用等部區(qū)別。分組成較為典型的生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)如2.1氣化技術圖1所示。生物質(zhì)氣化技術的主體是生物質(zhì)氣化爐氣生物質(zhì)物料由螺旋輸送杋送λ氣化爐氣化,化爐產(chǎn)岀旳粗燃氣中焦油的含量是影響系統(tǒng)產(chǎn)岀產(chǎn)出氣經(jīng)過旋風除塵器去除飛灰后進入噴淋凈氣質(zhì)量乃至系統(tǒng)運行效果的關鍵。若產(chǎn)出氣中焦化器進行清洗去除焦油和細灰再進入氣水分油含中國煤化工化設備的負擔。生物離器去除氣體中攜帶的水滴然后經(jīng)過過濾器進質(zhì)氣CNMH〔、運行壓力、原料與收稿日期2003-06-04作者簡介搪春福1951—)男教授研究員級高級農(nóng)藝師主要從事農(nóng)村能源管理及技術推廣工作24可再生能源2003.5(總第1l1.)實用技術氣化介質(zhì)接觸方式的不同而變化多樣。目前主要上吸式氣化爐工作在微正壓狀態(tài)下,氣化爐應用的有熱解氣化爐、上吸式氣化爐、增壓上吸負荷量可由進風量控制。由于氣化爐的進料點正式氣化爐、下吸式氣化爐以及流化床氣化爐等幾好是燃氣出口的位置,因此通常采用間歇加料的種形式。方式防止燃氣的泄漏。上吸式氣化爐爐膛上部做(1泩物質(zhì)熱解氣化爐得較大能儲存一段時間的用料量運行時將上部熱解氣化(干餾氣化肭的原理是生物質(zhì)在隔密閉爐內(nèi)原料用完后停爐加料。如連續(xù)運行則須絕空氣或提供極有限的空氣的條件下加熱后進采用較復雜的進料裝置。因此上吸式氣化器一般行裂解反應的氣化過程。熱解反應是一個吸熱過適用于木材等堆積密度較大的生物質(zhì)原料,對原程,但由于生物質(zhì)原料中含較多的氧,當溫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將參加反應而使溫度迅速提搭橋后局部燒穿不產(chǎn)氣的現(xiàn)象。高,從而加速完成熱解反應減減少外部熱源的輸上吸式氣化爐的優(yōu)點:①由于熱解層和干燥入。一般固定床熱解氣化爐產(chǎn)出物的比例為沐木層利用了還原反應后氣體的余熱,出口燃氣的溫焦油5%~10%,木醋液30%~35%,木炭28%~度較低汽氣化爐最下層是氧化層這里有充足的空30%,可燃氣體25%~30%。熱解氣化爐的突岀優(yōu)氣供燃燒所用底部的木炭可以得到充分燃燒故點是產(chǎn)出氣熱值較高,約15000kJ/m3左右為氣化效率較高。②可燃氣體中含有熱值較高的熱中熱值氣體其缺點是氣體產(chǎn)出率較低,產(chǎn)出氣解產(chǎn)物因此燃氣熱值較高。③爐排受到進風的冷中焦油含量很高凈化費用高,一次性投資較多,卻工作性能比較可靠同時木焦油、木醋液、木炭等副產(chǎn)品在單個氣化上吸式氣化爐的突出缺點是熱解產(chǎn)生的焦油站難以形成規(guī)模輸岀,影響氣化站的整體效益。直接混λ了可燃氣體燃氣中焦油含量很高冷凝另外,木炭質(zhì)量受原料影響嚴重除鋸木屑燃料后的焦油會沉積在管道、閥門、儀表、燃氣灶中影棒、木材外其它生物質(zhì)原料不易產(chǎn)出成型的木響系統(tǒng)的正常運行。上吸式氣化爐一般應用在粗炭燃氣不需冷卻和凈化就可以直接使用的場合。(2)吸式生物質(zhì)氣化爐(3增壓上吸式生物質(zhì)氣化爐圖2是上吸式氣化爐的工作原理圖。原料由增壓上吸式氣化爐是一種借鑒煤氣化工藝的上部加入然后靠重力向下移動;空氣從下部進氣化設備其運行壓力為0.2-0.3MPa氣化介質(zhì)入向上經(jīng)過各反應層燃氣從上部排出。進入氣為空氣與氣化爐外套余熱產(chǎn)生的飽和水蒸氣的混化器的原料遇到上升的熱氣流,首先脫除水分,合物,氣化所霈的空氣由空氣壓縮機提供。增壓上當溫度升高到250℃以上時,發(fā)生熱解反應揮吸式氣化爐的反應原理與上吸式氣化爐完全相發(fā)分析出余下的木炭再與空氣發(fā)生氧化和還原同,因此該種氣化爐與上吸式氣化爐具有相同的反應。進入氣化爐的空氣首先與木炭發(fā)生氧化反優(yōu)缺點。除此之外氧化區(qū)采用強有力的通風使反應反應溫度迅速升高到1000℃以上然后通應強度增加,容易根據(jù)氣化原理設計比較好的工過還原層生成含一氧化碳和氫等可燃氣體后進作狀況洞時由于在給風中混入水蒸氣產(chǎn)岀氣中入熱解層與熱解層析岀的揮發(fā)分混合成為粗燃氬氣含量將會提高,其它組分的含量也與普通上吸式氣化爐不同產(chǎn)出氣的熱值較高這是增壓后的優(yōu)點。與此同時由于帶壓運行系統(tǒng)中各個部分均須按壓力容器設計制造;由于空氣輸入壓力高風速高原料層容易局部燒穿使產(chǎn)氣過程中斷中國煤化工灰渣熔化結(jié)焦在壓力CNMHG須選擇顆粒度一致的物料來保證料層阻力的均勻性,這是增壓后的缺點。圖2上吸式氣化爐的工作原理(4)下吸式生物質(zhì)氣化爐實用技術RENEWABLE ENERGY No 5 2003(111 Issue in All)下吸式氣化爐的工作原理如圖3所示。在下高產(chǎn)出氣的質(zhì)量和發(fā)熱值吸式氣化爐中生物質(zhì)原料由上部加入依靠重(5旒化床生物質(zhì)氣化爐力逐漸下移灰渣由底部排除;空氣在氣化爐中該氣化爐的物料是具有一定粒度的固體燃料部的氧化區(qū)加入燃氣由還原層下部吸出。氣化當通過燃料顆粒之間的氣流速度達到某一值時微爐內(nèi)的最上層原料首先被干燥,當溫度達到250細顆粒之間會產(chǎn)生分離現(xiàn)象少量顆粒在很小的范℃以后開始發(fā)生熱解反應,析岀大量揮發(fā)物質(zhì)。圍內(nèi)振動或游動燃料層由靜止向流動轉(zhuǎn)化。繼續(xù)600℃時熱解反應基本完成,此時空氣的加入引提高氣流速度全部微細顆粒被吹起而懸浮于氣流起了物料的劇烈燃燒,燃燒反應以炭層為基體,之中但不被吹出此時即為流化床″狀態(tài)氣化介揮發(fā)分在參與燃燒的過程中進一步裂解。燃燒產(chǎn)質(zhì)和顆粒物料充分混合具有流體的性質(zhì)。物與下方的炭層進行還原反應生成可燃氣體生物質(zhì)流化床氣化爐爐內(nèi)反應均勻一致,氣化反應是在恒溫床上進行氣化反應速度快氣化強度高氣化效率高適用于大型氣化系統(tǒng)。一般流化床氣化爐反應溫度較低,約800℃左右不執(zhí)解層能保證焦油的裂解溫度產(chǎn)岀氣中焦油含量較高,凈化設備投資較多。22氣體凈化技術氣化爐產(chǎn)出氣的凈化目的是去除氣體中的焦圖3下吸式氣化爐的工作原理油和灰分同時降低氣體溫度提高單位容積氣體下吸式氣化爐的熱解產(chǎn)物通過熾熱的氧化的能量密度。層、還原層而得到充分的裂解因此焦油含量比在各種類型的氣化系統(tǒng)中除灰的方式基本相上吸式低得多,這是下吸式氣化爐的最大優(yōu)點,同除采用慣性分離外一般都采用旋風除塵器。遼所以下吸式氣化爐在需要使用潔凈燃氣的場合寧省能源研究所與意大利科研人員合作研制的填得到了廣泛的應用。下吸式氣化爐的另一優(yōu)點是料式旋風除塵器,大顆粒飛灰在其旋風離心力的它的加料端與空氣接觸,當爐膣內(nèi)為負壓工況作用下被分離出來輕質(zhì)飛灰為填料所捕集所采吋加料端不需要嚴格的密封使得運行中連續(xù)用的金屬填料冷卻效果好,可以降低產(chǎn)出氣的溫進料成為可能,也可以進行撥火操作。這一點對度減輕后級凈化設備的負擔。于秸稈類原料是非常重要的因為為堆密度很小常見除焦油技術有降溫水洗和靜電捕焦兩的秸稈類原料設計一個能容納一段時間用料量種。對于降溫水洗方式如何減少清洗水用量并強的爐膣是十分困難的即使可以作到因秸稈類化水洗是技術關鍵,有些系統(tǒng)采用大量的清洗水原料自然堆積角過大也無法保證運行中反應層洗氣致使清洗水的排放造成二次污染。遼寧省能的穩(wěn)定源研究所研制的噴淋凈化器將直接噴淋和間接冷世界上較為成功的下吸式爐是 IMBERT型卻進行了有效的結(jié)合,使結(jié)構(gòu)緊湊并減少了設備氣化爐,該氣化爐的喉部截面積縮小,目的是保數(shù)量。冷卻循環(huán)水來自濕式儲氣柜或消防水池噴證氧化層和還原層反應溫度的均勻性強化了該淋水量僅400kg每周更換一次排放到晾曬池,區(qū)的反應,同時也促進了焦油的進一步裂解從濃縮后可燃燒處理不會產(chǎn)生二次污染。靜電捕焦而提高產(chǎn)出氣質(zhì)量。遼寧省能源研究所在傳統(tǒng)的技術是通過高電壓下正負兩個電極對焦油的吸附IMBERT爐型基礎上,通過合理確定喉部截面積作用達到去除焦油的目的除焦效率很高是大型尺寸氧化層和還原層厚度并且采用切向布置的氣化中國煤化工弋。由于兩個電極在空氣噴嘴以及合適的風速保證了空氣與物料的高壓CNMH崾嚴格控制產(chǎn)出氣中良好混合、反應的完全性和產(chǎn)出氣的質(zhì)量。除此的含氧量,若產(chǎn)出氣中可燃氣體與氧氣濃度達到之外利用催化裂解實驗的可靠結(jié)果在最新設計爆炸極限即會產(chǎn)生爆炸危險。另外若流過靜電捕的氣化爐的氣體出囗處放置催化劑以進一步提焦器的氣體溫度較低吸附在電極上的焦油不會6可再生能源2003.5(總第1l1.)實用技術靠自重流到收集室而在電極上逐漸堆積,使電的應用。極失去除焦作用,(3壓力式儲氣柜23氣體儲存技術在增壓氣化爐的系統(tǒng)中,依靠氣化爐的壓力儲氣柜是燃氣輸配系統(tǒng)中的關鍵設備,它用將氣體送入儲氣柜使儲氣柜內(nèi)具有一定的壓力。于儲存燃氣,以補償用氣負荷的變化,保證燃氣由于氣體的壓力與體積成反比例關系,從而減少發(fā)生系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。儲氣柜還可為燃氣管網(wǎng)提了氣體的體積和儲氣柜容積。該儲氣柜在冬天無供—個恒定的輸配壓力,保證燃氣輸配均衡使需防凍措施但由于壓力的存在儲氣柜的設計和管網(wǎng)內(nèi)所有的燃氣灶都能按照額定的壓力正常制造應符合壓力容器的有關標準,并且相關的管燃燒。生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)中常用的儲氣柜路密封要求高,調(diào)壓閥、逆止閥的可靠性要求也相有低壓濕式儲氣柜、低壓干式儲氣柜和壓力式儲應提高。氣柜等幾種。也有一些生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)采用常壓(1)壓濕式儲氣柜式儲氣柜實際上該儲氣柜僅是一個緩沖罐雖然濕式儲氣柜具有結(jié)構(gòu)簡單、施工容易、密封初投資很少但不能提供穩(wěn)定的氣體輸送壓力氣可靠的特點在生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)中應用體的輸送壓力只能靠氣化機組的風機提供,用戶廣泛。但濕式儲氣柜也存在著以下缺點在北使用氣體時必須運行氣化機組,故不能起到存儲方寒冷地區(qū)水槽要采取防凍措施這就要增加氣體的作用。初始投資和維護費用②水槽、鐘罩、導軌等部件3結(jié)論常年與水接觸須定期進行防腐處理③3水槽在綜上所述,每一種生物質(zhì)氣化技術和燃氣凈儲存氣體時為無效體積因此濕式氣柜耗用金屬化技術都有其自身的特點根據(jù)最終的應用目的較多。采用混凝土水槽的半地下式儲氣柜結(jié)合外應用場合以及用戶所在地區(qū)的生物質(zhì)資源種類選罩保溫不僅節(jié)省了鋼材,減少了防腐工作量和擇合理的生物質(zhì)氣化和凈化技術,才能達到良好費用而且冬季具有較好的保溫性能。的應用效果獲取最佳的經(jīng)濟效益時應將各(2)低壓干式儲氣柜種不同的技術進行有機地結(jié)合,選擇最佳工藝路威金斯柔膜型干式儲氣柜依靠橡膠柔膜線從而更為有效地利用我國豐富的生物質(zhì)資源進行密封,橡膠柔膜采用的材料是聚氯丁合另外還應不斷地進行技術創(chuàng)新應用國內(nèi)外新的成橡膠,并加入特殊的尼龍布制成,造價較科研成果完善現(xiàn)有的各項技術,進一步推動生物高,但由于其良好的防凍效果得到了較廣泛質(zhì)氣化及凈化技術的進步。第二屆生物質(zhì)氣化技術及應用國際培訓班舉辦由國家科技部國際合作司主辦、遼寧省能源研究所承辦的第二屆生物質(zhì)氣化技術及其應用國際培訓班于2003年8月15日~9月1日在遼寧省興城科技培訓中心舉辦來自伊朗、泰國、印度、約旦、烏克蘭、巴基斯坦等國家的13名學員參加了本次培訓班。來自國內(nèi)的6名生物質(zhì)氣化技術專家詳細地講解了生物質(zhì)原料、生物質(zhì)氣化原理、設備結(jié)構(gòu)氣化工藝、生物質(zhì)氣化技術的發(fā)展趨勢及我國相關的政策等。培訓班實地考察了由遼寧省能源研究所設計安裝的遼寧省寬甸縣河口村秸稈氣化站。YH中國煤化工近年來我國生物質(zhì)氣化技術的研究開發(fā)取得了顯CNMHG質(zhì)氣化技術國際培訓班的舉辦我國生物質(zhì)氣化技術已引起許多發(fā)展中國家的濃厚興趣和密切關注。本次培訓班的舉辦將進一步促進中國與其他發(fā)展中國家在可再生能源領域的技術合作。(文言)