Аннотация: В качестве возобновляемой чистой энергии технология газификации биомассы активно развивается.В данной статье кратко представлены основные принципы газификации биомассы и типы процессов газификации, а также изложены принципы работы, преимущества и недостатки основных типов газификаторов.Эффективность газификации высока, но структура сложна;Анализ характеристик газификатора имеет решающее значение для проектирования и эксплуатации проекта газификации биомассы.
введение
В условиях все более серьезного глобального энергетического кризиса и разрушения экологической среды биомасса как возобновляемая чистая энергия является четвертым по величине ресурсом после нефти, угля и природного газа и привлекает большое внимание.Технология газификации биомассы может не только обеспечивать производство газа и электроэнергии, но также может использоваться для синтеза метанола и аммиака.Он обладает достаточной технической гибкостью, хорошей чистотой, высокой экономичностью и высокой эффективностью.Страны всего мира активно продвигают исследования по технологии газификации биомассы.
1 Принцип газификации биомассы
Газификация биомассы представляет собой совокупность более сложных реакций.С макроэкономической точки зрения его можно разделить на четыре стадии реакции: сушка, пиролиз, окисление (сгорание) и восстановление.
Сушка — это простой физический процесс, который в основном происходит при температуре от 100 до 150 °C, и весь процесс требует поглощения большого количества тепла.Когда температура достигает выше 15 °C, биомасса начинает подвергаться пиролизу, летучие вещества осаждаются, а древесный уголь остается в виде слоя для дальнейших реакций.Газообразные продукты пиролиза биомассы включают CO, CO2, CH4, H2 и т. д., которые подвергаются реакции окисления (сгорания) с кислородом и выделяют много тепла, обеспечивая достаточно тепла для реакций сушки, пиролиза и восстановления, а также поддерживая Весь процесс газификации.Настойчивый.Водяной пар и CO2, образующиеся в результате реакции окисления (сгорания), вступят в реакцию с углеродом с образованием H2 и CO, тем самым завершая преобразование твердого топлива в газовое.Этот процесс представляет собой реакцию восстановления (эндотермическую реакцию).Чем выше температура, тем интенсивнее реакция.Когда температура ниже 800°C, реакция практически находится в застойном состоянии.
2 газификатора с неподвижным слоем
В газификаторе с неподвижным слоем топливо из биомассы подвергается сушке, пиролизу, окислению (сгоранию) и восстановлению и преобразуется в горючий газ.В зависимости от положения подачи газифицирующего агента и последовательности прохождения через слой топлива различают газификаторы с восходящим всасыванием, с нисходящим всасыванием, с перекрестным всасыванием и открытым типом, причем в основном используются первые два типа газификаторов.
2.1 Газификатор с восходящим потоком
Реакционный слой восходящего газификатора сверху вниз состоит из слоя сушки, слоя пиролиза, восстановительного слоя и оксидного слоя.Биомасса подается в газификатор сверху, сначала нагревается и сушится газом, а затем пиролизуется под действием тепла, осаждается большое количество летучих веществ, а твердый углерод поочередно поступает в восстановительный слой и оксидный слой ниже. .Агент газификации подается из нижней части и сначала подвергается реакции окисления с твердым углеродом, выделяя тепло, что приводит к быстрому повышению температуры газового потока и слоя, при этом газовый поток полон продуктов сгорания.После попадания в восстановительный слой продукт сгорания и углерод вступают в реакцию восстановления, причем эндотермическая снижает температуру.При понижении температуры ниже 800 °С скорость реакции замедляется и даже прекращается.Поток воздуха продолжает подниматься вверх, обеспечивая тепло для пиролиза и сушки топлива.
2.2 Газификатор с нисходящим потоком
Реакционный слой нисходящего газификатора сверху вниз состоит из слоя сушки, слоя пиролиза, оксидного слоя и восстановительного слоя.Существует два типа нисходящих газификаторов в зависимости от места подачи газификатора: один - нисходящий газификатор со средней секцией горловины, а газификатор подается из верхней части средней горловины.;Второй — нисходящий газификатор без промежуточной горловины, подача газификатора осуществляется из верхней части.Принцип работы газификатора с нисходящим потоком в основном такой же, как и у газификатора с восходящим потоком, за исключением того, что тепло, необходимое для сушки и пиролиза топлива, поступает из нижнего оксидного слоя.
3 Газификатор с псевдоожиженным слоем
Основной механизм реакции газификации псевдоожиженного и неподвижного слоя в основном одинаков, но явного неподвижного слоя нет.В настоящее время существует три основных типа псевдоожиженного слоя: барботирующий псевдоожиженный слой, циркулирующий псевдоожиженный слой и двойной псевдоожиженный слой.
3.1 Газификатор с барботажным кипящим слоем (BFB)
В барботирующем псевдоожиженном слое, когда скорость газа превышает критическую скорость газа псевдоожижения, твердые вещества начинают псевдоожижаться, в слое появляются пузырьки, появляется зона плотной фазы, где частицы агрегируются, и зона разбавленной фазы, в которой преобладают пузырьки.
Корпус печи относительно толстый и толстый, а нижняя часть представляет собой область плотной фазы с очевидным слоем слоя.Реакция газификации преимущественно протекает в области плотной фазы.Чтобы предотвратить вынос мелкодисперсного топлива потоком воздуха из области плотной фазы, в верхней части печи предусмотрена расширительная секция для уменьшения скорости газа., что также продлевает время реакции топлива в области разбавленной фазы.
3.2 Газификатор с циркулирующим псевдоожиженным слоем (ЦКС)
Корпус печи газификатора CFB тонкий и тонкий, а на верхнем выходе печи установлен циклонный сепаратор для отделения и сбора высокотемпературных твердых частиц и отправки их обратно в печь.
Слой ЦКС заполняет все пространство контейнера, зона плотной фазы и зона разбавленной фазы отсутствуют.Необходимым условием поддержания концентрации частиц в слое является большое количество циркулирующих твердых частиц.Если циркуляция плохая, все частицы в слое могут выдуться.Из-за плохих характеристик псевдоожижения топлива из биомассы в газификаторах CFB в качестве вспомогательной среды псевдоожижения в основном используется песок.
Газификатор CFB имеет две характеристики: высокая скорость потока газа, обычно 4–7 м/с, слой работает в зоне быстрого псевдоожижения;высокая скорость циркуляции фиксированных частиц составляет от 10 до 20.
3.3 Газификатор с двойным кипящим слоем (DFB)
В газификаторе с двойным псевдоожиженным слоем используются две печи с псевдоожиженным слоем: одна представляет собой газификатор, а другая — печь для сжигания.Топливо из биомассы добавляется в газификатор с горячим песком в качестве материала слоя, количество песка поглощается и проводится реакция пиролиза.Газовый продукт содержит остаточный углерод и песок и отделяется в сепараторе.Отделенный углеродный остаток и песок сжигаются с воздухом в печи для сжигания для нагрева песка, а горячий песок уносится дымовыми газами и отделяется сепаратором, а горячий песок возвращается в газификатор.Отличительной особенностью газификатора DFB является то, что частицы топлива транспортируются в двух печах с псевдоожиженным слоем за счет использования высокой транспортной способности псевдоожиженного слоя.
4 Характеристики различных типов газификаторов
Газификатор с неподвижным слоем имеет простую конструкцию, широкую адаптируемость сырья, размер частиц до 100 мм, низкую чувствительность к шлакованию и низкое содержание летучей золы, но он пригоден только для мелкомасштабных операций газификации и его трудно масштабировать. .
Газификатор с псевдоожиженным слоем имеет высокую эффективность газификации и высокую теплотворную способность, но его конструкция относительно сложна.Он предъявляет определенные требования к размеру частиц, однородности, содержанию воды и естественному углу накопления топлива.Он чувствителен к шлакованию и содержанию золы в газе. Если их много, необходимо оборудовать систему удаления и очистки пыли.В настоящее время в крупномасштабных проектах газификации биомассы постепенно внедряется технология газификации с псевдоожиженным слоем под давлением.
5. Вывод
В настоящее время глобальные требования к выбросам углерода становятся все более строгими, а важность биомассы с характеристиками «нулевого выброса углерода» становится все более очевидной.В этой статье кратко описывается принцип газификации биомассы, а также сравниваются и анализируются различные типы газификаторов.Видно, что неподвижный слой и псевдоожиженный слой имеют свои преимущества, но псевдоожиженный слой больше подходит для крупномасштабных проектов и является будущим направлением развития, чтобы придать некоторое руководящее значение проектированию и эксплуатации проекты газификации биомассы.
Время публикации: 29 марта 2022 г.