啟東新聯生物能源有限公司
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生物質顆料燃料氣化技術的利用
發布時間: 2019-10-28
  器中燃燒,為終端用戶提供熱能。此類系統相對簡單,熱利用率較高。這項技術已經商業化,并在世界很多地區廣泛應用。以我國為例,20世紀90年代我國建造了70繃生物質顆料燃料氣化系統,以提供家庭炊事用的燃氣。該系統以自然村為單位,將以秸稈為斕
生物質原料氣化轉換成可燃氣體,然后通過管網輸送到居民家中用作炊事燃料,每餾統可為900~1600戶家庭平均輸送200~400m3/h的燃氣。另外,該技術廣泛應用于區域供熱和木材、谷物等農副產品的烘干等。圖6為區域供熱系統工藝流程。
  
  圖6 區域供熱系統工藝流程
  1、燃料倉;2、燃料輸送機:3、燃料喂入器;4、氣化爐;5、灰分消除器;6、灰分輸送機;7、灰分儲箱;8、沉降分離器;9、加濕器;10、氣化進風機;11、直管式熱交換器; 12、煙氣管道;13、可燃氣燃燒器;14、燃燒進氣風機;15、燃氣鍋爐; 16、省煤器;17、排氣風機;18、煙筒
  2.生物質顆料燃料氣化供氣
  生物質顆料燃料氣化集中供氣技術是指氣化爐生產的生物質燃氣,通過相應的配套設備,為居民提供炊事用氣。其基本模式為:以自然村為單元,系統規模為數十戶至數百戶,設置氣化站,敷設管網,通過管網輸送和分配生物質燃氣到用戶家中。圖7為生物質顆料燃料氣化集中供氣系統工藝流程。
  
  圖7 生物質顆料燃料氣化集中供氣系統工藝流程
  1、生物質顆料燃料氣化發電
  生物質顆料燃料氣化發電技術是生物質清潔能源利用的一種重要方式,幾乎不排放任何有塞氣體。在我國很多地區普遍存在缺電和電價高的問題,近幾年這一狀況更加嚴重,生物質發電可以在很大程度上解決能源短缺和礦物燃料燃燒發電造成的環境污染問題。近年來,生物質顆料燃料氣化發電的設備和技術日趨完善,無論是固定床還是流化床,結論是大規模還是小規模,均有實際運行的裝置。圖為生物質顆料燃料氣化發電系統工藝或袋式分離器被分離一部分,余下的細小灰塵將在處理焦油的過程中被除掉,工作過程如圖所示。將收集到的灰分進一步處理,可加工成耐熱、保溫材料,或提取高純度的二氧化硅,當然也可以作為肥料。
  
  圖10旋風除塵器工作過程示意圖
  2.水分的去除
  在特制的容器中裝有多個葉片,形成曲折的流道(汽水分離器),燃氣流經容器的過程中,多次沖擊葉片,形成水滴,沿板流下。有的氣化站試用在燃氣流道中安裝高速旋轉的風機,用離心力將水分分離出來。在干式過濾焦油和灰塵時,干燥的過濾材料也會吸收一些燃氣中的水分。在輸氣管道上設集水井,將冷凝水及時取出。
  3.焦油的去除
  處理焦油的普通方法有噴淋法、鼓泡水浴法、干式過濾法及幾種方法適當的組合。
  (1)噴淋法
  噴淋法除焦油和灰塵是利用噴淋的方法去除燃氣中焦油和灰塵,如圖11所示。為了提高除塵效果,有的氣化站在容器中裝入玉米芯填充物,能起到過濾的效果。玉米芯應該定期更換,并將其曬干,加入氣化爐的原料中燃燒掉,同時也要防止用過水的二次污染。
  (2)鼓泡水浴法
  鼓泡水浴法除焦油和灰塵如圖12所示。水中加一定量的氫氧化鈉,成為稀堿溶液,對去除燃氣中的有機酸、焦油及其他雜物有較好的效果。這種去雜方法要防止用過水的二次污染。
  
  圖11 噴淋法除焦油和灰塵示意圖
  
  圖12鼓泡水浴法除焦油和灰塵示意圖
  (3)干式過濾法
  用干式過濾法去除燃氣中焦油與灰塵的方式較多,如在容器內填放粉碎的玉米芯、木屑、谷殼或炭粒,讓燃氣從中穿過;或讓燃氣通過陶瓷過濾芯;內燃機用燃氣作燃料時,燃氣在進入氣缸前,讓它通過汽車發動機用的紙質空氣濾清器芯等。有的氣化站在居民室內安裝小型高效的過濾器,內裝吸附性很強的活性炭,進一步清除灶前燃氣中的焦油,收到了一定的效果,但是成本較高。需要強調的是,用過的過濾材料一定要燒掉,防止污染環境。圖13為一個完整的生物質顆料燃料氣化機組,其中下流式氣化爐的進風嘴采用切向布置;增加氧化.還原層高度,燃氣出爐時焦油含量降至29/m3:兩個旋風分離器并聯使用,旋風分離器中有濾層填料;應用間接冷卻(冷水與燃氣分別在管道與容器中流動)與直接噴淋復合式噴淋凈化器、隔板式汽水分離器,過濾器用鋸末和刨屑作吸附材料等。出氣化爐的燃氣經過一系列的凈化、冷卻,輸向貯氣罐的燃氣達到如下指標:焦油含量小于20mg/m3(標準狀態下),溫度小于35度,氣效率為75%。要求輸向貯氣罐的燃氣溫度接近環境溫度的主要目的是避免燃氣在貯氣罐和輸氣。
  
     氣化爐         噴淋水泵    冷卻水泵分離器    過濾器        羅茨風機
  圖13 生物質顆料燃料氣化機組系統工藝流程圖
  (三)生物質顆料燃料氣化技術應用解決策略舉例
  張齊生院士帶領研究團隊用近10年的時間對生物質固定床氣化發電(或供熱)、木(或竹)炭、木(或竹)活性有機物和活性炭等的研究和應用,提出了“基于生物質固定床氣化的多聯產技術”,即基于生物質固定床氣化的氣、固、液三相產品多聯產技術,即將生物質可燃氣、生物質炭、生物質提取液(活性有機物和焦油)三相產品分別加工開發成多種產品,設計思路如圖所示。
  基于生物質固定床氣化的多聯產技術是一條生物質綜合、高效、潔凈利用的先進技術路線,是綜合解決生物質顆料燃料氣化技術所面臨困境的重要途徑和關鍵技術,主要表現為以下方面。
  1)多聯產可以生產多種產品并提高生物質的利用效率,多聯產在發電的同時,還可以大規模生產炭基緩釋肥、活性炭、葉面肥、BTX(苯、甲苯、二甲苯)等高附加值產品,拓展其在農業和化工業上的應用,有效擴展了生物質的利用范圍。
  2)多聯產對水洗產生的生物質提取液和生物質炭等副產物進行資源化利用,能有效杜絕氣化過程的環境污染,滿足未來社會對環保更嚴格的要求。
  3)多聯產還有利于提高系統可靠性和可用率,如果其中一種產品被社會淘汰或者經濟效益并不顯著,可以開展另外一種新興產品的應用,提高生物質顆料燃料氣化技術的生命力。
  
  圖 基于生物質固定床氣化的多聯產技術設計思路
  4)通過利用多臺1MW的氣化爐來并聯集中供氣發電,可擴大固定床氣化發電規模,對發電機尾氣余熱進行回收利用,提高生物質利用效率,降低單位發電成本,提高生物質規模效益。
 
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