玉米秸秆循环流化床气化炉气化工艺参数优化

为实现秸秆类农业生物质废弃物的高效清洁能源化转化利用,采用带有二级返料系统的循环流化床气化炉对玉米秸秆进行了气化试验。在二级返料系统开启及闭合条件下,选取空气当量比为0.20～0.35,研究空气当量比对玉米秸秆气化特性的影响,结果表明二级返料系统开启及闭合两种工况均在空气当量比为0.26时取得较优值,二级返料系统开启时具有较好的气化效果,碳转化率与气化效率最大值分别达到93.54%与77.06%。在二级返料系统开启状态下,试验研究了水蒸气配比对玉米秸秆气化特性的影响,结果表明以空气为主气化介质,辅助以水蒸气气化,可以有效改善气化燃气品质,提升气化效率。当空气当量比为0.26、水蒸气配比为0.2时,玉米秸秆空气—水蒸气气化具有较好的气化特性,燃气热值与气化效率分别达到最大值5.89MJ/m3与81.45%。典型工况条件下的焦油蒸馏馏分分析结果表明,提高气化炉反应温度,并保持一定的水蒸气气化环境,可促进焦油裂解转化。试验可为秸秆类生物质的高效清洁转化利用提供参考依据。     

基于焦油炉内裂解的生物质气化特性试验

目前生物质气化炉推广应用过程中最主要技术问题是气化炉的原料适应性差、气化气中焦油含量高、产气热值低等。该文提出一种新型的焦油炉内裂解生物质气化炉,通过内置的U型管导气结构及其中填充多孔陶瓷蓄热材料以期促进气化气中携带焦油的裂解。试验研究表明,使用含水率12.3%的麦秸压块原料,其气化气中焦油含量显著降低至0.02～0.06g/m3,平均气化效率可达到61.9%,气化气平均低位热值达到5.0MJ/m3,即,该气化炉的新型结构能够显著降低气化气中的焦油含量,提高气化气热值,提升气化炉的产气品质。     

顶部点火上吸式固定床中农业废弃物气化特性分析

为了了解在固定床气化炉中生物质的气化特性和炉内温度演变规律,该研究采用顶部点火上吸式(top-lit up draft,简称TLUD)固定床气化炉研究了农业废弃物的气化行为,重点考察了不同空气流量下炉内温度分布、燃气成分和热值的变化规律,探讨了生物质气化过程机理.结果表明,气化过程明显分为2个阶段,即挥发份的析出和焦炭的缓慢气化.整个气化过程中燃气的热值可稳定维持在3 MJ/m3以上,温度场的演变过程与波传递具有相似性,花生壳和稻壳的最佳空气当量比分别为0.31和0.35,且其燃气中焦油含量很低,分别为0.25、0.49 g/m3.该研究为TLUD固定床气化炉的设计和运行提供了有益的参考.     

锥形流化床生物质气化技术和工程

利用生物质气化发电、生物质气化供气、生物质气化供热等技术,可以将各种生物质能转化成为高品位气体燃料、电力或蒸汽,是生物质高效转化利用的主要途径。流化床气化是生物质热化学转化的主要研究技术之一。本文主要论述了利用锥形流态化气化炉,对不同生物质原料,进行气化的工程化应用试验研究。应用锥形流化床气化技术,在江苏省和安徽省等地,建立了生物质气化供气、供热和小规模发电(400 kW)等三个不同用能形式的工程。并且从拟建立的6MW生物质热解气化发电的计算结果来看:生物质原料价格达250元/t以上,生物质单纯发电,经济上不可行;如果应用热电联供,并且利用热解气化的固体炭产品,则能够产生较好的经济效益。     

生物质流化床气化与结渣特性中试试验

为优化生物质流化床气化工艺,该研究在中试规模流化床实验台上进行了成型树皮和成型秸秆的空气气化试验,研究了空气当量比、气化温度与送风温度对成型树皮和成型玉米秸秆气化特性的影响,同时采用电子探针显微分析仪与X射线光谱分析仪对气化过程中结渣的微观结构与成分进行了分析。结果表明:气化效果随着空气当量比增大先升后降,空气当量比较佳值在0.24左右,此工况下树皮与秸秆合成气热值分别为5.66和3.92 MJ/m~3,气化效率分别为59.62%与33.92%;气化温度增加促进气化效果提升,气化温度从700℃升高至800℃,树皮合成气热值与气化效率分别提升了1.01 MJ/m~3与14.28%;一次风温度的提升对气化效果无显著影响(P0.05),但明显提升了炉膛底部温度,容易导致结渣,不利于设备稳定运行。2种生物质都有明显结渣现象,其表面呈现熔融玻璃状。结渣主要由KAl(SiO3)、K2MgSi_5O_(12)等复杂化合物与SiO_2组成。导致结渣的原因主要是生物质中K、Mg等碱金属元素在床料中富集,与石英砂床料反应形成低熔点熔融盐;树皮含有较多Ca,气化中形成高熔点的CaSO_4进而抑制结渣,而秸秆成灰率高,含有较多的K,导致结渣更为严重。     

生物质气化燃气和沼气分散供热经济与环境效益分析

随着中国新农村建设的推进和供热事业的迅速发展,高效清洁供热在中国农村引起关注。该文以天津市小塔沽村为供暖对象,对其进行热负荷估算,并采用方案比较法,针对农村2种新能源燃气(生物质气化燃气和户用沼气)分散供热的经济效益(投资、运行费用、投资回收期)和温室气体减排进行对比分析。研究结果发现户用沼气分散供热初投资高于生物质气化燃气分散供热,前者为后者的1.86倍;户用沼气运行费用也略高于生物质气化燃气,但生物质气化燃气分散供热后期管理要优于户用沼气分散供热,另外,户用沼气存在副产物经济效益,每年可高达29.9万元。2种供热方式温室气体减排效益接近,CO2的减排量都为561.18 t/a,CH4减排量约为1 300~2 200 kg/a。整体而言,生物质气化燃气分散供热优于户用沼气分散供热经济性。特别针对农村的管理水平落后,生物质气化燃气分散供热的优点更加突出。所以类似天津郊区这样的农村地区,供暖期需要大量燃气的农村宜采用生物质气化燃气分散供热方式。该文可从经济、环境角度为农村类似情况燃料及供热方式选择提供参考。     

三种中药渣的热解气化特性

该文采用热解气化方法,对含水率为25%左右的3种药渣（杞菊地黄丸、六味地黄丸、香砂养胃丸药渣）进行了气化试验,并与玉米秸秆做比较。结果表明,当过量空气系数为1.1时,三种药渣均具有良好的气化特性,燃气热值均达到5 300 kJ/m3以上,其中香砂养胃丸药渣的燃气热值达到5 460 kJ/m3。相较于玉米秸秆,药渣热解气化产生较多的焦油,过量空气系数为1.1时,3种药渣气化的焦油体积质量约为1 000 mg/m3,并随过量空气系数增加处于不断下降的趋势,证实了3种药渣具有良好的热解气化特性,为中药渣的资源化处理提供了一条新思路。     

糠醛渣和废菌棒的热解气化多联产再利用

糠醛渣和废菌棒是农林木质纤维素类生物质经利用后的废弃物。该文分析了糠醛渣和废菌棒的组分构成和热失重特性,并以糠醛渣和废菌棒为原料,以生物质高效无污染全面利用为目的,应用生物质气化多联产技术制备了生物质炭与可燃气。糠醛渣的C元素含量较高而挥发分含量较低,糠醛渣的热值(20.87 MJ/kg)高于废菌棒(18.01 MJ/kg)。糠醛渣的半纤维素失重肩峰明显消失,其最大质量损失速率高于废菌棒,质量损失总量低于废菌棒。糠醛渣和废菌棒的气化产炭率分别为29.99%和22.26%,糠醛渣炭的热值为26.18 MJ/kg,高于废菌棒炭的20.09 MJ/kg,糠醛渣炭的比表面积为253.58 m~2/g,高于废菌棒炭的189.08 m~2/g。糠醛渣可燃气和废菌棒可燃气的产率分别为2.49和2.25 m~3/kg,其热值含量基本处于同一水平,分别为4.86和4.92 MJ/m~3。糠醛渣和废菌棒可分别用于机制炭和炭基肥料等的生产,同时产出生物质可燃气。     

基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢气体

生物质催化气化是将生物质转换成富氢气体的有效途径。该研究提出了一种由热解反应器、重整反应器和提升管燃烧器三部分构成的解耦三床生物质气化(decoupled triple bed gasification,DTBG)工艺。在实验室规模的DTBG气化反应装置上,以水蒸气为气化剂,以橄榄石为原位焦油裂解催化床料,进行了生物质水蒸气催化气化试验,考察了生物质种类、重整器温度、生物质进料速率对气化效果的影响规律,并且对气化副产物焦油的特性进行了分析。试验结果表明,生物质原料的挥发分对气化产物分布的影响很大,原料挥发分含量越高,气体产率越高,碳转化率越高,气体中的H2和CO体积分数越大、CO2体积分数越低。当重整器温度由750升高到850℃时,气体产率从0.91增加到1.08 m3/kg,焦油质量浓度从19.1降低到7.3 g/m3,同时气体品质大幅度提升。随着生物质进料速率的增加,产气中H2体积分数大幅度增加,CO2体积分数大幅度降低,但是焦油质量浓度基本不变。当重整器温度为800℃,白松木屑进料速率为220 g/h时,H2和CO体积分数分别达到了42.2%和14.6%,产气中焦油质量浓度为10.1 g/m3。气化焦油的主要成分为多环芳烃,其中萘含量最高。当重整器温度从700℃升高到850℃时,焦油中单环化合物几乎全部分解,3~4环多环芳烃化合物逐步降低,萘的相对含量从54.7%升高到75.6%。该研究结果可为大规模气化装置的设计、运行以及优化提供理论指导。     

升温方式对中试鼓泡流化床气化过程的影响

为了研究中试鼓泡流化床升温过程特性,试验以木屑为原料,处理量50kg/h的自供热中试鼓泡流化床为反应装置,采取3种不同的升温方式进行空气气化试验研究。升温过程分别采用木屑、木屑与木炭混合、木炭为加热原料,针对气化前期系统升温过程中的气化温度、焦油含量、气体品质及最小流化速度进行了研究。结果表明:采用纯木炭的升温方式效果较为理想;气化主反应区温度控制在900℃以上,温度及升温速率的提高有利于减少焦油生成量,实测焦油含量为1.15g/m3;空气气化时热值可达6.9MJ/m3;最小流化速度受床料粒径和升温速率影响。该试验可为自供热中试流化床试验平台的升温方式提供一种设备简单,操作方便、快捷,经济性好的新方法。     

生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计与试验

固体热载体加热生物质是生物质热解制取生物油的工艺手段之一。为解决固体热载体间接加热方式升温慢、效率低问题,设计了一种流化床生物质燃烧的热烟气直接加热固体热载体装置,分析了其结构与原理,开展了固体热载体升温性能和流化床燃烧器的燃烧特性试验研究,并对试验结果进行了热平衡分析。结果表明:流化床高温烟气加热陶瓷球热载体的平均热能利用率为66.3%,流化床燃烧生物质粉产生的高温烟气能够满足热载体加热装置对热源的需求,热载体加热器内的热量传递方式主要是对流换热。陶瓷球热载体与加热器内高温烟气的对流传热系数为475 W/(m~2·℃)。研究对结果对解决生物质热解液化技术中的固体热载体加热升温关键问题具有重要指导意义。     

稻壳和木粉在内循环流化床气化炉中气化实验研究

本文主要以稻壳和木粉为原料在内循环流化床气化炉中进行气化实验的研究,测试了温度对当量比的反影响,及对气体成分、气体热值等的影响,并比较内循环流化床气化炉中气化效率与碳转化率的影响。结果表明:在一定温度范围内,温度与当量比呈一定的线性关系,且床温中密相区温度对当量比的影响最大,是其它两温度的斜率的2倍;一旦内循环流化床结构固定,同一高度温度将在一定范围内变化,而不随着当量比的变化而变化;床层密相区温度影响着一氧化碳、氢气、甲烷等气体的组成,同时影响着气体的热值。稻壳与木粉在内循环流化床气化炉中的气化效率最大值相近,接近60%,但木粉的相对稳定。     

基于下吸式固定床的木片气化试验

樟子松木材是中国一种重要的生物质能源原料,通过气化技术可将其转化为高热值生物燃气,用于内燃机发电。该文研究了下吸式固定床气化系统中当量比(ER)对樟子松木片气化性能的影响,并且对气化副产物炭和焦油的基本特性进行了分析。结果表明,气化最优ER值为0.251,可燃气热值为4.55 MJ/Nm~3,可燃气成分为CO(17.47%,以体积分数计,下同)、H2(14.67%,以体积分数计,下同)、CO_2(12.43%,以体积分数计,下同)、CH_4(2.12%,以体积分数计,下同),可燃气焦油含量为350 mg/Nm3,冷气效率为65.46%,具备较强的气化发电潜力。木炭的低位热值和比表面积分别为28.17 MJ/kg和342 m~2/g,可制备成型炭燃料和高比表面积活性炭。轻质焦油主要成分为酚类(36.75%,以质量分数计,下同)、乙酸(22.14%,以质量分数计,下同)和酮类(13.73%,以质量分数计,下同),可制成植物生长调节剂;重质焦油主要成分为杂环的芳香烃(59.98%,以质量分数计,下同)、1环的轻质芳香烃(4.71%,以质量分数计,下同)和2-3环的轻质多环芳香烃(16.48%,以质量分数计,下同),可制备高附加值芳香烃类化学品。小试规模的木片气化试验研究将为大规模的气化发电工艺和设备提供优化设计参数。     

集中式烤房供热工艺的比较

该文将以8座烤房为供热对象,对传统燃煤分散供热、燃煤蒸汽锅炉集中供热、煤气化集中供气、导热油锅炉集中供热、生物质沸腾炉集中供热、生物质气化集中供气等工艺技术的经济性进行研究比较,得到优化的烤房集中供热技术路线。比较发现,传统燃煤分散供热与其他几种系统相比,能源利用率低,对环境的污染大,在经济效益和环境效益方面均不如集中供热系统;综合考虑经济效益和社会效益,燃烟茎烟杆的生物质沸腾炉集中供热技术为最优烤房供热系统。     

玉米秸秆在等离子体加热流化床上的快速热解液化研究

为了进一步研究生物质热解液化技术,寻找较为理想的生物油产率所对应的试验条件,设计制作了以等离子体为主热源的流化床热解液化装置,反应器的内径为52 mm,高1150 mm。以玉米秸秆粉为原料在不同温度、不同喂料速率下进行一系列的热解液化试验。试验结果表明：喂料速率在0.6～0.7 kg/h时,生物油产率较高;反应温度升高,生物油产率增高,但是当反应温度超过750 K时,产率反而随温度的上升而下降。使用色质联用仪(GC-MS)对生物油进行了成分分析,4种试验条件下制取生物油的主要成分均为乙酸、羟基丙酮、水、乙醛、呋喃等,试验条件不同各主要成分的相对含量有所不同。高含水量和含氧量降低了生物油的热值和稳定性,容易发生聚合反应,必须经过改性后才能应用。所采用的试验装置及试验方法亦可用于以其它原料获取生物油的研究。     

上吸式生物质气化炉的设计与试验

为指导和改良小型生物质气化炉的设计及运行,介绍了上吸式气化炉的设计步骤,并对其结构进行了优化设计,制作了一台生物质气化炉,且以木屑为原料考察了入炉空气量对炉内温度、产气成分和热值等的影响.结果表明:入炉空气量是上吸式气化炉运行的关键参数,直接影响炉内温度和反应工况.随着入炉空气量的增加,气化炉内温度大幅上升,气体产量急...     

高温蒸汽松木颗粒富氢气化试验

采用自制下吸式气化炉试验系统平台,以松木颗粒为原料,进行不同蒸汽流量及气化温度条件下的高温蒸汽气化试验。试验表明:随着气化温度升高,气化反应程度加剧,碳氢化合物与高温蒸汽的重整反应亦更剧烈。气化气中H2体积分数从气化温度为700℃时的23.38%升高到950℃时的44.79%,提高了近一倍,但由于CO和蒸汽的变换反应在900℃后受到抑制,H2体积分数略微下降,CO随温度升高先减少后增加,CO2呈缓慢减少趋势;蒸汽流量是高温蒸汽气化技术重要影响指标,在气化温度为850~950℃范围内,蒸汽流量由0.3增加到0.9 kg/h时,气化气中H2体积分数由37.06%增长到47.67%,CO变化较为稳定,CO2的含量先降低后上升,CnHm的体积分数呈下降趋势,气化气产率和氢气产率均随蒸汽流量的增加先增大后减小;特别是当蒸汽流量为0.6 kg/h,气化温度为900℃时,气化气产率和氢气产率分别为2.69 m3/kg和101.8 g/kg,达到试验工况条件下的最大值,此时反应加入的蒸汽量与生物质量的比值约为0.95,为试验较佳工况。     

生物质能的开发与利用

全世界总能耗的七分之一来自生物质能,约有15亿以上的人口仍把生物质能作为他们的主要能源。生物质能是唯一既具有矿物燃料属性,又有可储存、可再生、可转换等特点,并较少受自然条件制约的能源。生物质经过转化可以成为有用的热能、电能和作为动力用的燃料,主要转换途径有直接燃烧、气化或液化。生物质经过气化可转化为高品位的一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体。经过厌氧消化,生物质可转化为沼气,生物质转化为液态燃料有热化、生化、机械和化学等方法。