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生物质颗料燃料气化技术的利用
发布时间: 2019-10-28
  器中燃烧,为终端用户提供热能。此类系统相对简单,热利用率较高。这项技术已经商业化,并在世界很多地区广泛应用。以我国为例,20世纪90年代我国建造了70绷生物质颗料燃料气化系统,以提供家庭炊事用的燃气。该系统以自然村为单位,将以秸秆为斓
生物质原料气化转换成可燃气体,然后通过管网输送到居民家中用作炊事燃料,每馏统可为900~1600户家庭平均输送200~400m3/h的燃气。另外,该技术广泛应用于区域供热和木材、谷物等农副产品的烘干等。图6为区域供热系统工艺流程。
  
  图6 区域供热系统工艺流程
  1、燃料仓;2、燃料输送机:3、燃料喂入器;4、气化炉;5、灰分消除器;6、灰分输送机;7、灰分储箱;8、沉降分离器;9、加湿器;10、气化进风机;11、直管式热交换器; 12、烟气管道;13、可燃气燃烧器;14、燃烧进气风机;15、燃气锅炉; 16、省煤器;17、排气风机;18、烟筒
  2.生物质颗料燃料气化供气
  生物质颗料燃料气化集中供气技术是指气化炉生产的生物质燃气,通过相应的配套设备,为居民提供炊事用气。其基本模式为:以自然村为单元,系统规模为数十户至数百户,设置气化站,敷设管网,通过管网输送和分配生物质燃气到用户家中。图7为生物质颗料燃料气化集中供气系统工艺流程。
  
  图7 生物质颗料燃料气化集中供气系统工艺流程
  1、生物质颗料燃料气化发电
  生物质颗料燃料气化发电技术是生物质清洁能源利用的一种重要方式,几乎不排放任何有塞气体。在我国很多地区普遍存在缺电和电价高的问题,近几年这一状况更加严重,生物质发电可以在很大程度上解决能源短缺和矿物燃料燃烧发电造成的环境污染问题。近年来,生物质颗料燃料气化发电的设备和技术日趋完善,无论是固定床还是流化床,结论是大规模还是小规模,均有实际运行的装置。图为生物质颗料燃料气化发电系统工艺或袋式分离器被分离一部分,余下的细小灰尘将在处理焦油的过程中被除掉,工作过程如图所示。将收集到的灰分进一步处理,可加工成耐热、保温材料,或提取高纯度的二氧化硅,当然也可以作为肥料。
  
  图10旋风除尘器工作过程示意图
  2.水分的去除
  在特制的容器中装有多个叶片,形成曲折的流道(汽水分离器),燃气流经容器的过程中,多次冲击叶片,形成水滴,沿板流下。有的气化站试用在燃气流道中安装高速旋转的风机,用离心力将水分分离出来。在干式过滤焦油和灰尘时,干燥的过滤材料也会吸收一些燃气中的水分。在输气管道上设集水井,将冷凝水及时取出。
  3.焦油的去除
  处理焦油的普通方法有喷淋法、鼓泡水浴法、干式过滤法及几种方法适当的组合。
  (1)喷淋法
  喷淋法除焦油和灰尘是利用喷淋的方法去除燃气中焦油和灰尘,如图11所示。为了提高除尘效果,有的气化站在容器中装入玉米芯填充物,能起到过滤的效果。玉米芯应该定期更换,并将其晒干,加入气化炉的原料中燃烧掉,同时也要防止用过水的二次污染。
  (2)鼓泡水浴法
  鼓泡水浴法除焦油和灰尘如图12所示。水中加一定量的氢氧化钠,成为稀碱溶液,对去除燃气中的有机酸、焦油及其他杂物有较好的效果。这种去杂方法要防止用过水的二次污染。
  
  图11 喷淋法除焦油和灰尘示意图
  
  图12鼓泡水浴法除焦油和灰尘示意图
  (3)干式过滤法
  用干式过滤法去除燃气中焦油与灰尘的方式较多,如在容器内填放粉碎的玉米芯、木屑、谷壳或炭粒,让燃气从中穿过;或让燃气通过陶瓷过滤芯;内燃机用燃气作燃料时,燃气在进入气缸前,让它通过汽车发动机用的纸质空气滤清器芯等。有的气化站在居民室内安装小型高效的过滤器,内装吸附性很强的活性炭,进一步清除灶前燃气中的焦油,收到了一定的效果,但是成本较高。需要强调的是,用过的过滤材料一定要烧掉,防止污染环境。图13为一个完整的生物质颗料燃料气化机组,其中下流式气化炉的进风嘴采用切向布置;增加氧化.还原层高度,燃气出炉时焦油含量降至29/m3:两个旋风分离器并联使用,旋风分离器中有滤层填料;应用间接冷却(冷水与燃气分别在管道与容器中流动)与直接喷淋复合式喷淋净化器、隔板式汽水分离器,过滤器用锯末和刨屑作吸附材料等。出气化炉的燃气经过一系列的净化、冷却,输向贮气罐的燃气达到如下指标:焦油含量小于20mg/m3(标准状态下),温度小于35度,气效率为75%。要求输向贮气罐的燃气温度接近环境温度的主要目的是避免燃气在贮气罐和输气。
  
     气化炉         喷淋水泵    冷却水泵分离器    过滤器        罗茨风机
  图13 生物质颗料燃料气化机组系统工艺流程图
  (三)生物质颗料燃料气化技术应用解决策略举例
  张齐生院士带领研究团队用近10年的时间对生物质固定床气化发电(或供热)、木(或竹)炭、木(或竹)活性有机物和活性炭等的研究和应用,提出了“基于生物质固定床气化的多联产技术”,即基于生物质固定床气化的气、固、液三相产品多联产技术,即将生物质可燃气、生物质炭、生物质提取液(活性有机物和焦油)三相产品分别加工开发成多种产品,设计思路如图所示。
  基于生物质固定床气化的多联产技术是一条生物质综合、高效、洁净利用的先进技术路线,是综合解决生物质颗料燃料气化技术所面临困境的重要途径和关键技术,主要表现为以下方面。
  1)多联产可以生产多种产品并提高生物质的利用效率,多联产在发电的同时,还可以大规模生产炭基缓释肥、活性炭、叶面肥、BTX(苯、甲苯、二甲苯)等高附加值产品,拓展其在农业和化工业上的应用,有效扩展了生物质的利用范围。
  2)多联产对水洗产生的生物质提取液和生物质炭等副产物进行资源化利用,能有效杜绝气化过程的环境污染,满足未来社会对环保更严格的要求。
  3)多联产还有利于提高系统可靠性和可用率,如果其中一种产品被社会淘汰或者经济效益并不显著,可以开展另外一种新兴产品的应用,提高生物质颗料燃料气化技术的生命力。
  
  图 基于生物质固定床气化的多联产技术设计思路
  4)通过利用多台1MW的气化炉来并联集中供气发电,可扩大固定床气化发电规模,对发电机尾气余热进行回收利用,提高生物质利用效率,降低单位发电成本,提高生物质规模效益。