生物質流化床氣化爐的發展與應用

焦海旺

摘要：連續氣化的生物質流化床氣化爐，以空氣和水蒸氣為氣化劑，用生物質和煤為原料（煤的質量比0-20%），煤氣熱值為6-7MJ/m3。該爐在生產燃氣的同時，還可副產水蒸氣和生物質木炭，燃氣可民用、工業用及發電用。間歇氣化的生物質流化床水煤氣爐，采用吹風和制氣的二步工作法生產水煤氣。水煤氣的熱值可達12-16 MJ/m3，燃氣可用于提氫和制備甲醇、二甲醚等。

關鍵詞：生物質；生物質流化床氣化爐；固定床氣化爐；流化床氣化爐

1 生物質氣化技術發展概況

為加快生物質技術開發利用，改變落后的直接燃用秸稈的方式，補充潔凈、優質燃料的供應，原國家計委、原國家科委和農業部隊“七五”開始，重點安排了秸稈氣化集中供氣技術的科技攻關和試點示范項目，20世紀80年代中后期，山東省科學院能源所、山東大學等單位先后研制開發了各種型式的固定床氣化爐，將秸稈轉換為低熱值燃氣，然后通過以自然村為單元旦集中供氣系統輸送到農戶用作炊事等燃料，經過10多年的研究工作，目前基本形成包括秸稈氣化設備，集中供氣的關鍵設備、供氣管網的設施和戶用燃氣灶具等較為完整的配套技術，目前這種氣化裝置在全國已有百套在運行中，天津已經在全市建設了10處秸稈氣化站，規模從100-200戶不等。

2生物質流化床氣化爐的應用

國內生物質氣化爐基本上都是較落后的常壓固定床氣化爐，這種氣化爐煤氣熱值低，一般為4-5 MJ/m3，氣化能力低且運行不穩定，在氣化過程中產生的焦油對管道、灶具，燃氣透平等造成堵塞、污染和腐蝕；而現有的凈化設備投資達，凈化效果不理想，運行壽命短，這已成為制約生物質氣化技術商業化推廣的一個主要因素。因此，急需開發先進的流化床生物質氣化爐，使其盡快進入工程應用。

3生物質流化床氣化爐與固定氣化爐性能比較

固定床氣化爐與流化床氣化爐有著各自的優缺點和一定適用范圍。下面從以下五個方面對流化床和固定床氣化爐的性能進行比較。

3.1技術性能

從目前情況來看，固定床和流化床氣化爐的設計運行時間，一般都小于5000h。前者結構簡單，堅固耐用；后者結構較復雜，安裝后不易移動，但占地較小，容量一般較固定床的容量大。啟動時，固定床加熱比較緩慢，需較長時間達到反應溫度；流化床加熱迅速，可頻繁起停。

3.2使用的原料

流化床對原料的要求較固定床低。固定床必須使用特定種類，形狀、尺寸盡可能一致的原料；流化床使用原料的種類、進料形狀、顆粒尺寸可不一致，前者顆粒尺寸較大，后者顆粒尺寸較小。

3.3 環境效益

固定床燃氣飛灰含量低，而流化床燃氣飛灰含量高，其原因是固定床中溫度可高于灰熔點，從而使灰熔化成液態，從爐底排出；而流化床中溫度低于灰熔點，飛灰被出氣帶出一部分。所以流化床對環境影響比固定床大，必須對燃氣進行除塵凈化處理。

3.4 經濟性

在設計制造方面，由于流化床的結構較固定床復雜，故投資高。在運用方面，固定床對原料要求較高，流化床對原料要求不高，故固定床運行投資高于流化床，固定床氣化爐內溫度分布較寬，這可能產生床內局部高溫而使灰熔聚，比容量低、啟動時間長以及大型化較困難；流化床具有氣化強度大、綜合經濟性好的特點。綜合考慮設計和運行過程，流化床對固定床具有更大的經濟性，流化床的生產強度為2500kg/（m2.h），是固定床的3—4倍。應成為我國今后生物質氣化研究的主要方向。

4生物質流化床氣化爐供氣系統

生物質氣化集中供氣系統是將氣化爐產生的生物質燃氣，通過相應的配套設備，為居民和公共設施提供用氣，用于炊事，替代薪柴、煤或液化氣，使小城鎮居民用上管道煤氣，以達到提高生活質量、改善生態環境和節約能源之目的。

5 生物質流化床水煤氣爐工藝流程

以空氣—水蒸汽為氣化劑的生物質流化床氣化爐，由于以空氣為主提供氣化過程中所需的反應熱，以空氣—水蒸汽氣化的生物質燃氣中氮氣含量可達50%，煤氣熱值一般為6—7 MJ/m3，屬于低熱值燃氣，不適宜長距離管道輸送和作為合成的原料氣。

為了提高生物質燃氣的熱值和擴展燃氣的使用范圍。我們研制成功了生物質流化床水煤氣爐。該技術的核心是采用以水蒸氣為氣化劑的氣化過程，燃氣熱值可達到12—16 MJ/m3屬于中熱值燃氣。水蒸氣氣化的主要反應是吸熱反應，如何提供反應過程的熱量，是該方法的關鍵。

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