生物質(zhì)流化床氣化爐的發(fā)展與應(yīng)用

焦海旺

摘要：連續(xù)氣化的生物質(zhì)流化床氣化爐，以空氣和水蒸氣為氣化劑，用生物質(zhì)和煤為原料（煤的質(zhì)量比0-20%），煤氣熱值為6-7MJ/m3。該爐在生產(chǎn)燃?xì)獾耐瑫r(shí)，還可副產(chǎn)水蒸氣和生物質(zhì)木炭，燃?xì)饪擅裼?、工業(yè)用及發(fā)電用。間歇?dú)饣纳镔|(zhì)流化床水煤氣爐，采用吹風(fēng)和制氣的二步工作法生產(chǎn)水煤氣。水煤氣的熱值可達(dá)12-16 MJ/m3，燃?xì)饪捎糜谔釟浜椭苽浼状肌⒍酌训取?/p>

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；生物質(zhì)流化床氣化爐；固定床氣化爐；流化床氣化爐

1 生物質(zhì)氣化技術(shù)發(fā)展概況

為加快生物質(zhì)技術(shù)開發(fā)利用，改變落后的直接燃用秸稈的方式，補(bǔ)充潔凈、優(yōu)質(zhì)燃料的供應(yīng)，原國家計(jì)委、原國家科委和農(nóng)業(yè)部隊(duì)“七五”開始，重點(diǎn)安排了秸稈氣化集中供氣技術(shù)的科技攻關(guān)和試點(diǎn)示范項(xiàng)目，20世紀(jì)80年代中后期，山東省科學(xué)院能源所、山東大學(xué)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(zhuǎn)換為低熱值燃?xì)?，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(shè)備，集中供氣的關(guān)鍵設(shè)備、供氣管網(wǎng)的設(shè)施和戶用燃?xì)庠罹叩容^為完整的配套技術(shù)，目前這種氣化裝置在全國已有百套在運(yùn)行中，天津已經(jīng)在全市建設(shè)了10處秸稈氣化站，規(guī)模從100-200戶不等。

2生物質(zhì)流化床氣化爐的應(yīng)用

國內(nèi)生物質(zhì)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(yùn)行不穩(wěn)定，在氣化過程中產(chǎn)生的焦油對(duì)管道、灶具，燃?xì)馔钙降仍斐啥氯⑽廴竞透g；而現(xiàn)有的凈化設(shè)備投資達(dá)，凈化效果不理想，運(yùn)行壽命短，這已成為制約生物質(zhì)氣化技術(shù)商業(yè)化推廣的一個(gè)主要因素。因此，急需開發(fā)先進(jìn)的流化床生物質(zhì)氣化爐，使其盡快進(jìn)入工程應(yīng)用。

3生物質(zhì)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(diǎn)和一定適用范圍。下面從以下五個(gè)方面對(duì)流化床和固定床氣化爐的性能進(jìn)行比較。

3.1技術(shù)性能

從目前情況來看，固定床和流化床氣化爐的設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間，一般都小于5000h。前者結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用；后者結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝后不易移動(dòng)，但占地較小，容量一般較固定床的容量大。啟動(dòng)時(shí)，固定床加熱比較緩慢，需較長時(shí)間達(dá)到反應(yīng)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(duì)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(jìn)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?xì)怙w灰含量低，而流化床燃?xì)怙w灰含量高，其原因是固定床中溫度可高于灰熔點(diǎn)，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(diǎn)，飛灰被出氣帶出一部分。所以流化床對(duì)環(huán)境影響比固定床大，必須對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行除塵凈化處理。

3.4 經(jīng)濟(jì)性

在設(shè)計(jì)制造方面，由于流化床的結(jié)構(gòu)較固定床復(fù)雜，故投資高。在運(yùn)用方面，固定床對(duì)原料要求較高，流化床對(duì)原料要求不高，故固定床運(yùn)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(dòng)時(shí)間長以及大型化較困難；流化床具有氣化強(qiáng)度大、綜合經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。綜合考慮設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程，流化床對(duì)固定床具有更大的經(jīng)濟(jì)性，流化床的生產(chǎn)強(qiáng)度為2500kg/（m2.h），是固定床的3—4倍。應(yīng)成為我國今后生物質(zhì)氣化研究的主要方向。

4生物質(zhì)流化床氣化爐供氣系統(tǒng)

生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)是將氣化爐產(chǎn)生的生物質(zhì)燃?xì)猓ㄟ^相應(yīng)的配套設(shè)備，為居民和公共設(shè)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(dá)到提高生活質(zhì)量、改善生態(tài)環(huán)境和節(jié)約能源之目的。

5 生物質(zhì)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(zhì)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(yīng)熱，以空氣—水蒸汽氣化的生物質(zhì)燃?xì)庵械獨(dú)夂靠蛇_(dá)50%，煤氣熱值一般為6—7 MJ/m3，屬于低熱值燃?xì)?，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(zhì)燃?xì)獾臒嶂岛蛿U(kuò)展燃?xì)獾氖褂梅秶?。我們研制成功了生物質(zhì)流化床水煤氣爐。該技術(shù)的核心是采用以水蒸氣為氣化劑的氣化過程，燃?xì)鉄嶂悼蛇_(dá)到12—16 MJ/m3屬于中熱值燃?xì)?。水蒸氣氣化的主要反?yīng)是吸熱反應(yīng)，如何提供反應(yīng)過程的熱量，是該方法的關(guān)鍵。

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