下吸式固定床生物质气化技术介绍及实际工程中的应用
2013-10-10 15:18阅读：
本文只对下吸式固定床生物质气化技术进行简单的介绍和探讨，希望与诸位读者朋友共勉。
一、生物质气化技术原理及分类：
生物质气化技术,是生物质热化学转换的一种技术，基本原理是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使较高分子量的碳氢化合物链裂解断开，变成较低分子量的CO、H2、CH4等可燃气体，是一种常用的生物质能转换途径。
目前生物质气化采用的技术，根据气化反应炉结构可大体分类为固定床气化技术和流化床气化技术两大类，其中固定床技术又可分类为上吸式和下吸式；如果根据气化剂分类，可分类为空气气化、富氧气化、纯氧气化、蒸汽气化等。
二、下吸式固定床生物质气化技术介绍及实际应用：
下吸式固定床生物质气化技术，可以针对块状的生物质物料在空气气化剂的条件下进行生物质气化热化学反应，通过热化学反应可以将固态块状的生物质原料分解成气态的可燃性混合气体，为充分合理利用生物质能源开辟新的技术途径和领域，是生物质能源开发利用的有效技术手段。
生物质经过气化反应产生的可燃气体的主要成分有氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔+乙烯、气态烃、二氧化碳、氮气等；如果气化反应进行的不稳定或不完全，产出的混合气体中含有没来得及完全消化的氧气成分。
经过生物质气化反应产生的可燃气体（以下简称生物质煤气），从气化反应炉出来的时候其温度在450℃左右，并含有很多生物质细小颗粒物和水蒸气等其它杂质，所以需要进行冷却和净化处理。
生物质煤气的热值范围在1100大卡/ m³～1400大卡/
m³，属于低位热值可燃气体，但完全可以利用为民用和工业生产用的燃料能源。
生物质煤气可广泛用于居民生活和生产中的炊事、采暖和作物烘干，还可以用作内燃机动力装置的燃料，输出电力或动力，提高了生物质的能源品位和利用效率。
三、下吸式固定床生物质气化技术设备的描述及系统组成：
下吸式固定床生物质气化技术设备，通过生物质的热化学反应，可产生清洁燃料能源—生物质煤气，这种煤气的热值可以比拟城市集中供气用的高炉煤气的热值（1100大卡/立方～1400大卡/立方），完全可以作为居民生活所需的生活能源之一的燃料煤气使用，也可以作为小型燃气发电机的燃料供给。
下吸式固定床生物质气化技术设备采用的基本技术工艺，简单介绍如下。
1.技术工艺流程:
如下图所示，生物质气化反应炉产出的粗燃气经过专用的净化冷却装置进行净化冷却,然后由罗茨鼓风机输出到储气柜进行储存，再经过输配管网系统配送至各个居民点和燃气所需的其它地方，系统工艺流程如下图所示：
2.原料的技术要求及产气组分:
所谓的生物质原料，以农、林废弃物为主；从广义上讲包含所有经过太阳能的光合作用成长起来的植物，但是特定于下吸式固定床生物质气化技术原料而言，就是指外形尺寸大于30毫米小于100毫米的块状生物质原料，同时要求水分含量低于15%。
3.产气组分:
采用不同的生物质原料，所产出的生物质煤气的气体组分有所不同，下面的表格列出在采用不同生物质原料时的生物质煤气的组分。
成分原料
|
H 2
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CO
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CH 4
|
C 2 H2 + C 2 H 4
|
C 3 H 8
|
CO 2
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N 2
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树枝
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13%
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20%
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4%
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2.6%
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1.58%
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11%
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44%
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玉米秸秆
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12%
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18%
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4.8%
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1.8%
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1.32%
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12%
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45%
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下吸式固定床生物质气化技术设备，对原料的选择范围非常广，像玉米秸秆、棉秆等大部分的农作物废弃物都可以作为生物质气化机组设备的原料，林业生产中砍伐树木剩余的树枝也是优良的生物质气化原料。
由于稻草、稻壳灰份大(25%)，燃烧后产生的灰份在高温环境下熔解后增大系统的通风阻力并冷却后结焦很难去除，故不建议单独使用；麦秸等堆密度较低生物质原料也不宜直接单独使用。
4.下吸式固定床生物质气化技术设备组成：
下吸式固定床生物质气化技术设备主要包含以下部分：
a.下吸式生物质气化发生炉：
生物质原料在以空气为气化剂的条件下进行热化学反应，通过进行能源转换过程，产生高温状态下的生物质煤气。
b.净化冷却装置：
对产生的高温生物质煤气进行冷却和净化处理，温度降低到常温下35℃左右，焦油含量低于25毫克/m³。
c.罗茨鼓风机：
生物质原料进行气化反应和输送的动力来源。
d.阻火器：
起安全防火作用。
e.电控柜：
对动力电机进行启停控制。
f.水泵：
净化冷却装置的冷却循环水系统的动力来源，是冷却循环系统的关键部件。
g.冷却水塔及冷却水池：
对净化冷却装置用的循环水进行冷却和储存，根据用户要求和当地情况，可将冷却水池和消防水池公用或分开使用。
h.管路阀门：
包含各个设备之间和各个系统之间的连接管路和控制阀门。
j.温度计和压力表：
对系统正常运行起辅助监控作用，对系统运行的正常与否提供技术数据依据，以便做出正确的判断和操作。
k.设备支架及底座：
将下吸式的生物质气化技术的主要设备部件统一固定在一个支座上，便于安装和运输。
l.控制电缆和保护套管:
起电源输送和控制及保护。
m.配套炉箅和专用工具:
系统日常运行、维护、检修必备专用工具，含炉箅子、炉栓、掏灰筢、专用扳手等。
5.下吸式固定床生物质气化技术设备主要技术性能参数：
产气量---------------------------------------
50～500m3
/h
可供气户数-----------------------------------
50～600户
可发电功率-----------------------------------
15～200kW
原料消耗量-----------------------------------
25～250kg/h
耗电功率-------------------------------------
3～15kW/套
耗水量---------------------------------------
100～500m³/周
产气热值-------------------------------------
1100大卡/ m³～1400大卡/
m³
气化效率-------------------------------------
70～75%
发电效率-------------------------------------
18～20%
系统使用寿命--------------------------------- 10
年
焦油含量------------------------------------- <20
mg/m3（鼓风机出口侧）.
四、下吸式固定床生物质气化技术的工程应用：
下吸式固定床生物质气化技术，在实际工程当中的主要应用领域有：居民生活用的集中供气项目工程、自用式小型生物质气化发电项目工程、原料及产品的烘干烤干项目工程等。目前在东北，主要应用的项目有农村集中供气项目和小型生物质发电项目，下面针对农村集中供气项目进行简单的介绍。
1.生物质气化集中供气项目的构成：
生物质气化集中供气项目，如果按建设项目分类，主要由九个部分项目构成：①站场建设项目、②生物质气化设备项目、③供气站房建设项目、④储气柜建设项目、⑤地下管网建设项目、⑥居民用户室内设备项目、⑦项目分段验收、⑧项目试运行、⑨项目整体验收。
①.站场建设项目：
生物质气化站需要一个50米×50米左右的场地（具体按供气规模大小和实际需要确定），四周建设围墙。
生物质气化站内需要建设生物质气化设备的运行工作车间、储气柜（储气柜要安放在较空旷的地方，离附近住户要有25米远的间隔，要符合当地消防安全规程）、储料仓、冷却水塔、消防水池等，另应根据当地主管部门的要求增加其他辅助安全设施（如加臭装置、煤气泄漏报警仪、煤气成分在线检测仪等）。
气化站的选址要符合集中供气要求，供气半径控制在1.5公里内，超过的部分应适当增加储气柜的配重，以增加供气压力，但不能超过罗茨风机的正常运行范围。
②.生物质气化技术设备的选型：
生物质气化技术设备的选型，要符合当地的生物质原料资源分布状况和种类，并要达到和符合用户的用气需求和性能要求。
③.供气站建设项目
供气站建设项目主要含有设备厂房、原料处理间、排污水池、循环水池、冷却水塔、原料处理间等。房屋建设符合建筑消防安全规范，所有水池进行防渗漏处理。
④.储气柜建设项目：
根据用户的需求确定储气柜的类型和容积大小，并符合当地的消防安全规范。
有两种类型的储气柜，一种是湿式储气柜；另一种是干式储气柜。
湿式储气柜包含水槽和钟罩，水槽部分起密封作用，钟罩内储存燃气。储气柜容量依据供气规模确定，燃气输出压力靠钟罩的自身配重。钟罩为钢结构,水槽为钢筋混泥土结构，储气柜出口配置阻火器。
干式储气柜是以橡胶柔膜为密封材料的威金斯型干式储气柜，其特点是无须防冻。
以上两种储气柜的标定压力均为400毫米水柱。
