生物质气化炉优化设计及原料的试验研究

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1、生物质气化炉优化设计及原料的试验研究摘要由于生物质能具有储量大、环境友好等特点，生物质气化技术尤其是户用型生物质气化炉有相当的应用研究价值。在了解了国内外生物质气化炉发展水平的基础上，分析比较各类型生物质气化炉设计的优缺点，提出针对相应缺陷的解决方案，并分析研究改进型生物质气化炉对各种原料的适应性。关键词户用型；生物质；气化炉；环境友好；原料比较1引言人类正面临着发展与环境友好的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多，尤其是化石燃料消费的增加，就有两个突出问题摆在我们面前：一是造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料经不起无休止的

2、消耗。生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，通常包括农业废弃物、木材及森林工业废弃物、禽畜粪便、城镇生活垃圾以及能源作物等，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。生物质能具有以下特点：(1)属于可再生能源，可保证能源的继续利用；(2)种类多而分布广，便于就地取材，利用形式多样；(3)相关技术已经成熟，可贮存性好；(4)节能、环保效果好。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源．生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分

3、，到2015年，全球总能耗将有40％来自生物质能源[1-2]。2生物质能气化技术的应用前景我国是一个农业大国，每年产生农作物秸秆8.7亿t，其中2.8亿t用于能源消费，占农村能源消费总量的70%[3]。在我国农村地区，仅秸秆等农林生物质废弃物资源量就有7×lOe8t／a，相当于3.1×lOe8t标准煤[4]。大量秸秆的废弃和焚烧现象已持续多年。合理有效地利用这些资源，是一件利国利民、具很大社会、经济、生态效益的大事。户用型生物质气化炉的推出，使大面积使用可再生能源技术成为可能，具有良好的市场前景。近年来，随着农村经济的发展，生物质气化技术得到了推广和使用，而目前户

4、用型生物质气化炉具有气化率达70%、常压产气、随产随用、无贮气装置、炉体结构合理、外壳无高温、产气稳定、燃烧时无烟无味、火焰稳定、一次加满原料可连续产气3h，满足一般农户一天的生活用能需求的特点[4]。当然，要使户用型生物质气化炉在农村大规模的应用，还需要算一笔经济账,通过试验了解到：1公斤秸秆大概可产1立方米燃气，成本不过0．1元，造价比煤气、石油液化气、烧煤烧柴都低，农户每月支出不过30～40元。再一笔是环境效益账：男不砍树，女不抱柴，使生活和生态环境焕然一新，既减少了垃圾，又减少了烧大锅引起的大气污染，为将来的可持续发展打下了基础，为新农村建设打下了基础，宏

5、观效益难以估算。3生物质气化机理及气化技术概况3.1气化机理生物质气化是利用空气中的氧气或含氧物作气化剂，在高温条件下将生物质燃料中的可燃部分转化为可燃气(主要是H、CO和CH)的热化学反应过程。生物质的挥发分含量一般在76～86，生物质受热后在较低的温度下就能使大量的挥发分物质析出。生物质气化炉可以分为固定床气化炉和流化床气化炉两种类型。3.2气化技术概况3.2.1国外情况上世纪7O年代以来，欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视。现已达到了较高水平，如德国鲁奇公司进行100MW生物质气化联合循环发电(BIGCC)的示范工程，美国可再生能源实验室和夏威夷大

6、学研究开发的Battelle生物质气化发电系统(BIGCC)及瑞典开发成功的TPS生物质的BIGCC系统．目前欧美国家正在致力于生物质气化合成甲醇、制氢燃料的研究。其生物质气化装置均为流化床气化炉，使用氧或水蒸汽作气化剂，产生中热值煤气。美国国家再生能源实验室曾研制成功生物质双器流化床气化炉．该方法不用氧而使用空气和水蒸汽生产中热值燃气，并建立了示范厂。由于运行时焦炭和热载体都在高温下进行循环，难以定量控制，使得难以稳定运行．目前这种技术尚无实际应用[2]。3.2.2国内情况我国的生物质气化技术应用研究起始于上世纪80年代初。目前国内已经开发成功一些生物质气化技术

7、，主要是固定床气化炉，这种固定床气化炉在全国一度有百台以上应用于农村作燃料使用。由于这种气化炉产生的燃气热值低，一般为4～5MJ／m，，运行不稳定，燃气中焦油含量高，造成后系统堵塞和腐蚀；由于规模小、经济性差，目前大部分处于停运状态。2O世纪9O年代初国内才开展生物质流化床气化的研究，中科院广州能源研究所研究开发了循环流化床气化炉．应用于发电，中国林科院林化所研究开发的内循环锥形流化床气化炉．应用于燃气生产。这两种流化床气化炉均为常压、采用空气作气化剂，产生低热值燃气。目前已在国内进行了推广。但从总体上来说，我国生物质气化技术水平不高，规模偏小．与发达国家生物质气

8、化技术相比