怎么提高气化炉气化效果

一、生物质气化原理

1.生物质气化概念

生物质气化是生物质热化学转换的一种技术，其是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使大分子的有机碳氢化合物链裂解，变成较小分子的一氧化碳（CO）、氢气（H₂）、甲烷（CH₄）等可燃性气体。转换过程中必须加入汽化剂，如空气、氧气或水蒸气，其产品主要为可燃性气体与氮气等的混合气体（简称为生物质燃气或燃气）。

对生物质进行热化学转换的技术还有干馏和快速热裂解，它们在转换过程中是加不含氧的汽化剂或不加汽化剂，得到的产物除燃气之外还有液体和固体物质。

（1）生物质气化所用的原料生物质气化所用原料主要是原木生产及木材加工的残余物、薪柴、农业副产物等，包括板皮、木屑、枝杈、秸秆、稻壳、玉米芯等。原料来源广泛，价廉易取。它们挥发组分高，灰分少，易裂解，是热化学转换的良好材料。按具体转换工艺的不同，在添入反应炉之前，根据需要应进行适当的干燥和机械加工处理。

（2）生物质气化技术应用途径生物质气化产出的可燃气低位热值，主要随汽化剂的种类和气化炉的类型不同而有较大差异。我国生物质气化所用的汽化剂大部分是空气，在固定床和单流化床气化炉中生成的燃气的热值通常在4200~7560kJ/m³，属低热值燃气。采用氧气或水蒸气乃至氢气作为汽化剂，在不同类型的气化炉中可产出中等热值（10920~18900kJ/m³），甚至高热值（22260~26040kJ/m³）的燃气。

（3）生物质燃气主要用途主要用途为：①供民用炊事和取暖；②烘干谷物、木材、果品、炒茶等；③发电；④区域供热；⑤工业企业用蒸汽等。

2.生物质气化的基本反应过程

生物质气化都要通过气化炉完成，其反应过程非常复杂，且随着气化炉的类型、工艺流程、反应条件、汽化剂的种类、原料的性质和粉碎粒度等条件的不同，其反应过程也不尽相同。但不同条件下生物质气化过程基本上包括下列反应：

C+O ₂=CO ₂（6-1）

CO ₂+C=2CO₂（6-2）

2C+O2=2CO（6-3）

图6-15　生物质气化机理示意图

2CO+O₂＝2CO₂　　（6-4）

H₂O+C＝CO+H₂　　（6-5）

2HO₂O+C＝CO₂+2H₂　　（6-6）

H₂O+CO＝CO ₂+H₂　　（6-7）

C+2H₂＝CH₄8）

以气体在炉内自下而上流动的上流式气化炉的工作过程，来说明生物质气化机理，如图6-15所示。

工作中，原料（如铡碎的薪柴）在气化炉内自下而上分为四个区域（层）：氧化层、还原层、热分解层和干燥层。炉内温度自氧化层向上递减。原料从炉顶落人炉内，空气由下方供给，产出的燃气经上方管道输走，其气化过程是：

（1）氧化层（燃烧层）氧气在这里烧完，生成大量二氧化碳，同时放出大量热量，温度最高可达1200~13 000℃或更高。其反应式为：

C+O₂＝CO₂+408 860J　　（6-9）

同时，有一部分碳由于氧气（空气）的供应量不足，便生成一氧化碳，放出一部分热：2C+O₂ 2C+O₂＝2CO+246447J　　（6-10）

在燃烧层内主要是产生二氧化碳，一氧化碳的生成量不多，在此层内已基本没有水分。

（2）还原层在无氧气存在的情况下，二氧化碳及水在这里被还原成一氧化碳和氢气，进行吸热反应，温度开始降低，一般在700~900℃。

C+CO₂＝2CO—162297J（6-11）

H₂O+C＝CO+H₂—1188742J　　（6-12）

2H₂O+C＝CO₂+2H₂—75186J　　（6-13）

H₂O+CO＝CO₂+H₂—43555J　　（6-14）

C+2H₂＝CH₄　　　　　　　（6-15）

（3）热分解层（干馏层）燃料中挥发物进行蒸馏，温度保持在450℃左右。蒸馏出的挥发物混入燃气中。

（4）干燥层燃料中的水分蒸发，吸收热量，全燃气温度降到100~ 300℃。

氧化层及还原层总称为气化层（或称有效层），因为气化过程主要反应在这里进行。干馏层和干燥层总称为燃料准备层。值得注意的是，上述清楚地划分在实际上是观察不到的，因为层与层之间是参差不齐的，这个层的反应也可能在那个层中进行。因此，上述燃料层的划分只是指气化过程的几个大的区段。

通常认为燃气中一氧化碳和氢气的含量愈多愈好（但在作户用燃料时，从安全角度考虑。其一氧化碳含量就≤20%），而它们主要产生在还原层内，因此还原层是影响燃气品质和产量最重要的地区。试验表明，温度愈高，则二氧化碳还原成一氧化碳的过程进行得愈顺利，还原区的温度应保持在700~900℃。另外，使二氧化碳与炽热的碳接触时间愈长，则还原作用进行得愈完全，得到的一氧化碳量也愈高。