生物质气化总结省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1生物质气化第第1页页 第2页主要内容主要内容生物质气化基本原理生物质气化基本原理生物质气化反应动力学生物质气化反应动力学生物质气化设备和工作原理生物质气化设备和工作原理生物质气化指标及影响原因生物质气化指标及影响原因第第2页页 第3页生物质气化生物质气化基本原理基本原理图图 上吸式气化炉气化原理上吸式气化炉气化原理1.干燥区干燥区 温度大温度大约为约为100250 产产物物为为干物料和水蒸气干物料和水蒸气 水蒸气伴随下面三个反水蒸气伴随下面三个反应应区区产热产热排除气化炉排除气化炉 干物料干物料进进入裂解区入裂解区2.热热分解区（裂解区）分解区（裂解区）温度大温度大约为约为300600 产产物物为为炭、炭、H2、水蒸气、水蒸气、CO、CO2、CH4、焦油及其、焦油及其它它烃类烃类物物质质 热热气体上升气体上升进进入干燥区入干燥区 炭炭进进入入还还原区原区第第3页页 第4页生物质气化生物质气化基本原理基本原理图图 上吸式气化炉气化原理上吸式气化炉气化原理3.还还原区（吸原区（吸热热）温度大温度大约为约为700900 产产物物为为CO、CO2、H2 热热气体上升气体上升进进入裂解区入裂解区 未反未反应应炭炭进进入氧化区入氧化区4.氧化区（放氧化区（放热热）温度大温度大约为约为10001200 产产物物为为CO、CO2 热热气体上升气体上升进进入入还还原区原区 灰灰进进入灰室入灰室第第4页页 第5页生物质气化生物质气化反应动力学反应动力学 生物生物质质气化气化动动力学包含力学包含热热分解分解过过程机理及程机理及动动力学表示式，力学表示式，还还原原过过程中主程中主要化学反要化学反应应及及过过程速率，焦炭燃程速率，焦炭燃烧过烧过程及其二次反程及其二次反应过应过程速率。程速率。u分解过程机理及动力学表示式分解过程机理及动力学表示式 低温时（低于250）主要产物是CO2、CO、H2O及焦炭；温度升高至400以上时，生成CO2、CO、H2O、H2、CH4焦炭及焦油等；温度继续升高至700并有足够停留时间时，出现二次反应，即焦油裂解为氢、轻烃及炭等产物。第第5页页 第6页生物质气化生物质气化反应动力学反应动力学u还原过程中主要化学反应及过程速率还原过程中主要化学反应及过程速率 下面反应是可逆，增加温度、降低压力促进反应进行。温度低于700时，反应有利于CO2生成，而且水蒸气与碳反应速率极为迟缓。温度从800开始升高时，水蒸气与碳反应显著增加。其中水蒸气与碳反应速率与温度关系式：第第6页页 第7页生物质气化生物质气化反应动力学反应动力学u焦炭燃烧过程及其二次反应过程速率焦炭燃烧过程及其二次反应过程速率 生物质炭燃烧速率受燃烧温度控制，基本展现对数曲线增加。又受氧经过灰层扩散速率控制，细颗粒燃烧速率比大颗粒快得多。伴随颗粒粒径减小，燃烧速率按对数曲线递增。焦油燃烧速率随温度增加而增加，且靠近直线关系。二次反应包含裂解、重整、水蒸气与一氧化碳变换反应、二氧化碳与碳及碳与水蒸气还原反应等。温度与停留时间是决定二次反应程度主要原因。第第7页页 第8页1）固定床）固定床 上吸式气化炉上吸式气化炉优点是：优点是：1.燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量传燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量传递给物料，用于物料热分解和干燥，同时降递给物料，用于物料热分解和干燥，同时降低其本身温度，使炉子热效率大大提升；低其本身温度，使炉子热效率大大提升；2.热分解层和干燥层对燃气有一定过滤作用，热分解层和干燥层对燃气有一定过滤作用，所以所以出炉燃气中只含有少许灰分出炉燃气中只含有少许灰分；结构简单，；结构简单，加工制造轻易，炉内阻力小。加工制造轻易，炉内阻力小。缺点是：缺点是：1.原料中水分不能参加反应原料中水分不能参加反应，降低了燃气中，降低了燃气中H和碳氢化合物含量，气和碳氢化合物含量，气体与固体逆向流动时，体与固体逆向流动时，物料中水分随产品气体带出炉外物料中水分随产品气体带出炉外，降低了气，降低了气体实际热值，增加了排烟热损失；体实际热值，增加了排烟热损失；2.热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低温度气流相遇，原料在低温温度气流相遇，原料在低温(250400oC)下进行热分解，造成下进行热分解，造成焦油焦油含量高。含量高。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理第第8页页 第9页 下吸式气化炉下吸式气化炉优点是：优点是：1.气化强度较上吸式高；气化强度较上吸式高；2.工作稳定性好；工作稳定性好；3.因为氧化区在热解区与还原区之间，因而干因为氧化区在热解区与还原区之间，因而干馏和热解产物都要经过氧化区馏和热解产物都要经过氧化区，在高温下裂，在高温下裂解成解成H2和和CO等永久性小分子气体等永久性小分子气体，使气化，使气化气中气中焦油含量大大降低焦油含量大大降低。缺点是：缺点是：1.出炉可燃气中含有出炉可燃气中含有灰分较多灰分较多；2.出炉出炉可燃气温度较高可燃气温度较高，须用水进行冷却。，须用水进行冷却。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理第第9页页 第10页 横吸式气化炉横吸式气化炉 生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部灰室。气化剂由侧面进入，生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部灰室。气化剂由侧面进入，产出气体也由侧面流出，气流横向经过气化区，在氧化区、还原区进行热产出气体也由侧面流出，气流横向经过气化区，在氧化区、还原区进行热化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧区温度甚至会化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧区温度甚至会超出灰熔点，超出灰熔点，轻易造成结渣。所以，该炉适合用于含灰分少原料，普通用轻易造成结渣。所以，该炉适合用于含灰分少原料，普通用作焦炭和木炭气化。作焦炭和木炭气化。（2）流化床气化炉）流化床气化炉 流化床气化炉反应物料中常掺有精选过流化床气化炉反应物料中常掺有精选过惰性材料沙子惰性材料沙子，在吹入气化剂，在吹入气化剂作用下，物料作用下，物料颗粒、沙子、气化剂颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈接触充分，受热充分，在炉内呈“沸沸腾腾”燃烧状态，气化反应速度快，燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高生产能力大，气化效率高。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理第第10页页 第11页主要缺点主要缺点 产气中灰分需要很好地净化处理和部产气中灰分需要很好地净化处理和部件磨损严重。件磨损严重。生物质气化生物质气化设备和工作原理设备和工作原理以外循环流化床气化炉为例：以外循环流化床气化炉为例：主要主要优点优点 气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后炭不气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后炭不停循环回反应炉内停循环回反应炉内。使炭有足够时间在床内停留，以适应还原反应使炭有足够时间在床内停留，以适应还原反应速度慢需要速度慢需要。适合水分含量大、热值低、着火困难生物质物料。适合水分含量大、热值低、着火困难生物质物料。第第11页页 第12页1.1.比消耗量。定义：气化比消耗量。定义：气化1kg1kg生物质所消耗气化剂生物质所消耗气化剂(如空气、如空气、水蒸气、氧气水蒸气、氧气)量。量。2.2.产品气产率。气化产品气产率。气化1kg1kg原料所得到气体燃料在标准状态下体原料所得到气体燃料在标准状态下体积称为产品气产率。积称为产品气产率。3.3.碳转化率。碳转化率是指生物质燃料中碳转化为气体燃料碳转化率。碳转化率是指生物质燃料中碳转化为气体燃料中碳份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。中碳份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。气体产率，气体产率，m m3 3/kg/kg燃气中体积百分比燃气中体积百分比原料中碳含量，原料中碳含量，%生物质气化生物质气化指标及影响原因指标及影响原因第第12页页 第13页4.4.气化效率。生物质气化后生成产品气总热量与气化原料总气化效率。生物质气化后生成产品气总热量与气化原料总热量之比，称为气化效率，它是衡量气化过程主要指标。热量之比，称为气化效率，它是衡量气化过程主要指标。5.5.气化强度。单位时间内，气化反应器单位横截面上所能气化强度。单位时间内，气化反应器单位横截面上所能气化原料量称为气化强度，单位通常为气化原料量称为气化强度，单位通常为kgkg(m(m2 2h)h)。气化指标影响原因气化指标影响原因复杂热化学过程，受很多原因影响。复杂热化学过程，受很多原因影响。影响气化指标原因取决于影响气化指标原因取决于3 3个方面，即原料特征、气化过程个方面，即原料特征、气化过程操作条件和气化反应器结构。操作条件和气化反应器结构。生物质气化生物质气化指标及影响原因指标及影响原因第第13页页 第14页(1)(1)生物质特征生物质特征原料特征不但影响气化指标而日也决定气化方法选择。生物原料特征不但影响气化指标而日也决定气化方法选择。生物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出优点。质作为气化原料比煤作为气化原料有突出优点。1)1)挥发分高、固定族低。生物质尤其是秸秆类生物质，固定挥发分高、固定族低。生物质尤其是秸秆类生物质，固定碳在碳在2020左右，而挥发分则高达左右，而挥发分则高达7070左右。在较低温度下，约左右。在较低温度下，约400400度就可全部挥发出来。度就可全部挥发出来。2)2)生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快速度生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快速度与与COCO2 2及水蒸气进行气化反应。及水蒸气进行气化反应。如：在如：在815815、2MPa2MPa下，木炭在下，木炭在He(45He(45)、H2(5H2(5)及水蒸气及水蒸气(5(5)气体中，只要气体中，只要7 7分钟，分钟，8080能被气化，泥煤炭只能有约能被气化，泥煤炭只能有约2020被气化，而褐煤显几乎没有反应。被气化，而褐煤显几乎没有反应。3)3)生物质灰分少。生物质灰分普通少于生物质灰分少。生物质灰分普通少于3 3(稻壳等除外稻壳等除外)。4)4)含硫量低。生物质台硫量普通少于含硫量低。生物质台硫量普通少于0 02 2，不需要气体脱，不需要气体脱硫装置，降低了成本，又有利于环境保护。硫装置，降低了成本，又有利于环境保护。生物质气化生物质气化指标及影响原因指标及影响原因第第14页页 第15页(2)(2)原料结渣性。原料结渣性。反应性好原料，能够在较低温度下操作气化过程不易结渣，有利于操反应性好原料，能够在较低温度下操作气化过程不易结渣，有利于操作，也有利于甲烷生成。矿物成份往往可使燃料在燃烧反应中起催化作作，也有利于甲烷生成。矿物成份往往可使燃料在燃烧反应中起催化作用。用。比如：将木灰比如：将木灰(15)喷在加热中木材表面上就可使反应性加强，反喷在加热中木材表面上就可使反应性加强，反应时间降低应时间降低1/2。生物质气化生物质气化指标及影响原因指标及影响原因第第15页页 第16页(3)气化条件。气化条件。反应温度、反应压力、物料特征、气化设备结构等也是影响气反应温度、反应压力、物料特征、气化设备结构等也是影响气化过程中主要原因，不一样气化条件，气化产物成份改变很大。化过程中主要原因，不一样气化条件，气化产物成份改变很大。生物质气化生物质气化指标及影响原因指标及影响原因第第16页页 第17页谢谢 谢谢第第17页页 第18页第第18页页 第19页固定床气化炉固定床气化炉下吸式：焦油含量少，热值高下吸式：焦油含量少，热值高上吸式：焦油含量多，热值低上吸式：焦油含量多，热值低第第19页页 第20页流化床气化炉流化床气化炉第第20页页 第21页优点：优点：（1 1）流化床气化炉断面小，）流化床气化炉断面小，气化效率和气化强度较高气化效率和气化强度较高。（2 2）流化床气化对灰分要求不高，能够使用粒度很小原）流化床气化对灰分要求不高，能够使用粒度很小原料。料。（3 3）流化床气化产气能力可在较大范围内波动，且气化）流化床气化产气能力可在较大范围内波动，且气化效率不会显著降低。效率不会显著降低。（4 4）流化床使用燃料颗粒很细，传热面积大，传热效率）流化床使用燃料颗粒很细，传热面积大，传热效率高，气化反应温度不是很高且均衡，结渣可能性减弱。高，气化反应温度不是很高且均衡，结渣可能性减弱。缺点缺点 （1 1）产出气体显热损失大。）产出气体显热损失大。（2 2）因为燃料颗粒细，流化速度较高，故产出气体中带）因为燃料颗粒细，流化速度较高，故产出气体中带出物较多。出物较多。第第21页页 第22页双流化床气化炉双流化床气化炉第第22页页 第23页谢谢 谢谢第第23页页