Sammendrag: Som en fornybar ren energi har biomasseforgassingsteknologi blitt kraftig utviklet.Denne artikkelen introduserer kort de grunnleggende prinsippene for gassifisering av biomasse og typene forgassingsprosesser, og forklarer arbeidsprinsippene og fordeler og ulemper ved hovedtypene forgassere.Gassifiseringseffektiviteten er høy, men strukturen er kompleks;analysen av forgasserens egenskaper har veiledende betydning for utformingen og driften av biomasseforgassingsprosjektet.
introduksjon
Med den stadig mer alvorlige globale energikrisen og ødeleggelsen av det økologiske miljøet, er biomasse, som en fornybar ren energi, den fjerde største ressursen etter olje, kull og naturgass, og har vakt stor oppmerksomhet.Biomasseforgassingsteknologi kan ikke bare levere gass og kraftproduksjon, men kan også brukes til å syntetisere metanol og ammoniakk.Den har tilstrekkelig teknisk fleksibilitet, god renslighet, høy økonomi og høy effektivitet.Land rundt om i verden fremmer aktivt forskning på biomassegassifiseringsteknologi.
1 Prinsippet for gassifisering av biomasse
Forgassing av biomasse er en samling av mer komplekse reaksjoner.Fra et makroperspektiv kan det deles inn i fire reaksjonstrinn: tørking, pyrolyse, oksidasjon (forbrenning) og reduksjon.
Tørking er en enkel fysisk prosess, som hovedsakelig skjer mellom 100 og 150 °C, og hele prosessen må absorbere mye varme.Når temperaturen når over 15 °C, begynner biomassen å gjennomgå pyrolyse, flyktige stoffer utfelles, og trekull blir stående for å danne et lag for videre reaksjoner.De gassformige produktene fra biomassepyrolyse inkluderer CO, CO2, CH4, H2, etc., som vil gjennomgå oksidasjonsreaksjoner (forbrenning) med oksygen, og avgir mye varme, gir nok varme til tørking, pyrolyse og reduksjonsreaksjoner, og opprettholder hele gassifiseringsprosessen.Vedvarende.Vanndampen og CO2 som produseres av oksidasjonsreaksjonen (forbrenningen) vil reagere med karbon for å generere H2 og CO, og dermed fullføre omdannelsen av fast brensel til gassdrivstoff.Denne prosessen er en reduksjonsreaksjon (endoterm reaksjon).Jo høyere temperatur, jo mer intens er reaksjonen.Når temperaturen er lavere enn 800°C, er reaksjonen i utgangspunktet i en stillestående tilstand.
2 fastsengsforgassere
I en fastsengsforgasser gjennomgår biomassebrensel tørking, pyrolyse, oksidasjon (forbrenning) og reduksjon og omdannes til brennbar gass.I henhold til forsyningsposisjonen til forgassingsmidlet og sekvensen av strømning gjennom drivstofflaget, er det oppsugingstype, nedsugingstype, krysssugingstype og åpen type, og de to første typene forgassere brukes hovedsakelig.
2.1 Oppstrømsforgasser
Reaksjonslaget til oppsugsforgasseren er fra topp til bunn et tørkelag, et pyrolyselag, et reduksjonslag og et oksidlag.Biomassen mates inn i forgasseren fra toppen, først varmes opp og tørkes av gassen, og deretter pyrolyseres av varmen, en stor mengde flyktig materiale blir utfelt, og det faste karbonet kommer inn i reduksjonslaget og oksidlaget under etter tur. .Gassifiseringsmidlet tilføres fra den nedre delen og gjennomgår først en oksidasjonsreaksjon med det faste karbonet, og frigjør varme for raskt å øke temperaturen til gasstrømmen og sjiktet, og gasstrømmen er full av forbrenningsprodukter.Etter å ha kommet inn i det reduserende laget, gjennomgår forbrenningsproduktet og karbonet en reduksjonsreaksjon, og det endotermiske reduserer temperaturen.Når temperaturen synker under 800 °C, blir reaksjonshastigheten langsom og stopper til og med.Luftstrømmen fortsetter oppover, og gir varme for drivstoffpyrolyse og tørking.
2.2 Nedtrekksforgasser
Reaksjonslaget til nedstrømsforgasseren er fra topp til bunn et tørkelag, et pyrolyselag, et oksidlag og et reduksjonslag.Det finnes to typer nedtrekksforgassere avhengig av hvor forgassingsmidlet tilføres: den ene er en nedtrekksforgasser med en midtre innskjæringsseksjon, og forgassingsmidlet tilføres fra den øvre delen av den midtre innskjæringsseksjonen.;Den andre er en nedtrekksforgasser uten en mellomliggende halsseksjon, og forgassingsmiddelet tilføres fra den øvre delen.Arbeidsprinsippet til nedtrekksforgasseren er i utgangspunktet det samme som for oppstrømstypen, bortsett fra at varmen som kreves for drivstofftørking og pyrolyse kommer fra det nedre oksidlaget.
3 virvelsengsforgasser
Hovedgassifiseringsreaksjonsmekanismen til fluidisert sjikt og fast sjikt er i utgangspunktet den samme, men det er ingen åpenbar fast sjikt.For tiden er det tre hovedtyper av fluidisert sjikt: boblende fluidisert sjikt, sirkulerende fluidisert sjikt og dobbelt fluidisert sjikt.
3.1 Bubbling Fluidized Bed Gasifier (BFB)
I et boblende fluidisert sjikt, når gasshastigheten overstiger den kritiske fluidiseringsgasshastigheten, begynner de faste stoffene å fluidisere, bobler oppstår i sjiktet, og en tett fasesone hvor partikler aggregerer og en fortynnet fasesone dominert av bobler oppstår.
Ovnskroppen er relativt tykk og fet, og den nedre delen er det tette faseområdet med tydelig sjikt.Gassifiseringsreaksjonen skjer hovedsakelig i området med tett fase.For å hindre at det fine partikkelbrenselet blir ført ut av det tette faseområdet av luftstrømmen, er den øvre delen av ovnen utformet med en ekspansjonsseksjon for å redusere gasshastigheten., som også forlenger reaksjonstiden til brenselet i området for fortynnet fase.
3.2 Sirkulerende fluidisert sjiktforgasser (CFB)
Ovnskroppen til CFB-forgasseren er slank og slank, og en syklonseparator er installert ved det øvre utløpet av ovnen for å separere og samle opp høytemperaturfaste partikler og sende dem tilbake til ovnen.
CFB-sengen fyller hele beholderrommet, og det er ingen tett fasesone og fortynnet fasesone.Den nødvendige betingelsen for å opprettholde partikkelkonsentrasjonen i sjiktet er en høy mengde faste partikler som sirkulerer.Når sirkulasjonen ikke er god, kan alle partiklene i sengen blåses ut.På grunn av de dårlige fluidiseringsegenskapene til biomassebrensel, bruker CFB-forgassere i utgangspunktet sand som et hjelpefluidiseringsmedium.
CFB-forgasseren har to egenskaper: gassstrømningshastigheten er høy, vanligvis mellom 4~7m/s, sjiktet fungerer i hurtigfluidiseringssonen;den høye sirkulasjonshastigheten til faste partikler er mellom 10~20.
3.3 Dobbelt fluidisert sjiktforgasser (DFB)
Forgasseren med dobbel fluidisert sjikt bruker to fluidiserte sjiktovner, den ene er en forgasser og den andre er en forbrenningsovn.Biomassebrenselet tilsettes forgasseren med varm sand som sjiktmateriale, og mengden av sand absorberes, og pyrolysereaksjonen utføres.Gassproduktet bærer restkarbonet og sanden og separeres i separatoren.Den separerte karbonresten og sanden forbrennes med luften i forbrenningsovnen for å varme opp sanden, og den varme sanden bæres av røykgassen og separeres av separatoren, og den varme sanden føres tilbake til forgasseren.Den enestående egenskapen til DFB-forgasseren er at brenselpartiklene transporteres i de to fluidiserte sjiktovnene ved å utnytte den sterke transportkapasiteten til det fluidiserte sjiktet.
4 Kjennetegn på ulike typer forgassere
Forgasseren med fast lag har en enkel struktur, bred tilpasningsevne av råmaterialer, partikkelstørrelse opp til 100 mm, lav følsomhet for slaggdannelse og lavt gassflyveaskeinnhold, men den er kun egnet for småskala gassifiseringsoperasjoner og er vanskelig å skalere .
Den fluidiserte sjiktforgasseren har høy forgassingseffektivitet og høy brennverdi, men strukturen er relativt kompleks.Den har visse krav til partikkelstørrelse, jevnhet, vanninnhold og naturlig akkumuleringsvinkel for drivstoffet.Det er følsomt for slaggdannelse, og gassflyveaskeinnholdet. Hvis det er mange, må det utstyres med et støvfjernings- og rensesystem.For tiden tar storskala biomassegassifiseringsprosjekter gradvis i bruk trykksatt fluidisert sjiktforgasserteknologi.
5. Konklusjon
For tiden blir de globale karbonutslippskravene strengere og strengere, og viktigheten av biomasse med karakteristikkene «null karbonutslipp» blir mer og mer åpenbar.Denne artikkelen introduserer kort prinsippet om biomasseforgassing og sammenligner og analyserer ulike typer forgassere.Det kan sees at det faste sjiktet og det fluidiserte sjiktet har sine egne fordeler, men det fluidiserte sjiktet er mer egnet for storskala og er den fremtidige utviklingsretningen, for å gi litt veiledende betydning for design og drift av biomasseforgassingsprosjekter.
Innleggstid: 29. mars 2022