Abstrakt: Technologie zplyňování biomasy se jako obnovitelná čistá energie intenzivně rozvíjí.Tento článek stručně představuje základní principy zplyňování biomasy a typy procesů zplyňování a vysvětluje principy fungování a výhody a nevýhody hlavních typů zplyňovačů.Účinnost zplyňování je vysoká, ale struktura je složitá;analýza charakteristik zplyňovače má orientační význam pro návrh a provoz projektu zplyňování biomasy.
úvod
Se stále vážnější globální energetickou krizí a ničením ekologického prostředí je biomasa jako obnovitelná čistá energie čtvrtým největším zdrojem po ropě, uhlí a zemním plynu a přitahuje velkou pozornost.Technologie zplyňování biomasy může nejen dodávat plyn a vyrábět elektřinu, ale může být také použita k syntéze metanolu a čpavku.Má dostatečnou technickou flexibilitu, dobrou čistotu, vysokou hospodárnost a vysokou účinnost.Země po celém světě aktivně podporují výzkum technologie zplyňování biomasy.
1 Princip zplyňování biomasy
Zplyňování biomasy je souborem složitějších reakcí.Z makro pohledu jej lze rozdělit do čtyř reakčních stupňů: sušení, pyrolýza, oxidace (spalování) a redukce.
Sušení je jednoduchý fyzikální proces, ke kterému dochází převážně mezi 100 a 150 °C a celý proces potřebuje absorbovat velké množství tepla.Když teplota přesáhne 15 °C, začne biomasa podléhat pyrolýze, vysrážejí se těkavé látky a dřevěné uhlí se nechá vytvořit lože pro další reakce.Mezi plynné produkty pyrolýzy biomasy patří CO, CO2, CH4, H2 atd., které podléhají oxidační reakci (spalování) s kyslíkem a uvolňují velké množství tepla, poskytují dostatek tepla pro sušení, pyrolýzu a redukční reakce a udržují celý proces zplyňování.Vytrvalý.Vodní pára a CO2 produkované oxidační reakcí (spalováním) budou reagovat s uhlíkem za vzniku H2 a CO, čímž se dokončí přeměna pevného paliva na plynné palivo.Tento proces je redukční reakcí (endotermická reakce).Čím vyšší teplota, tím intenzivnější reakce.Když je teplota nižší než 800 °C, reakce je v podstatě ve stagnujícím stavu.
2 zplyňovače s pevným ložem
Ve zplyňovači s pevným ložem prochází palivo z biomasy sušením, pyrolýzou, oxidací (spalováním) a redukcí a přeměňuje se na hořlavý plyn.Podle polohy přívodu zplynovacího činidla a sledu proudění vrstvou paliva se rozlišují typy se sáním nahoru, typ sání dolů, typ s křížovým sáním a otevřený typ, přičemž se používají hlavně první dva typy zplyňovačů.
2.1 Zplyňovač se vztlakovým proudem
Reakční vrstva zplyňovače s nasáváním je shora dolů sušicí vrstva, pyrolytická vrstva, redukční vrstva a oxidová vrstva.Biomasa je přiváděna do zplyňovače shora, nejprve zahřátá a vysušená plynem a poté pyrolyzována teplem, vysráží se velké množství těkavých látek a pevný uhlík postupně vstupuje do redukční vrstvy a vrstvy oxidu pod ní. .Zplyňovací činidlo je přiváděno ze spodní části a nejprve prochází oxidační reakcí s pevným uhlíkem, přičemž se uvolňuje teplo pro rychlé zvýšení teploty proudu plynu a lože a proud plynu je plný produktů spalování.Po vstupu do redukční vrstvy podléhají spalovací produkt a uhlík redukční reakci a endotermní snižuje teplotu.Když teplota klesne pod 800 °C, reakční rychlost se zpomalí a dokonce se zastaví.Proud vzduchu pokračuje vzhůru a poskytuje teplo pro pyrolýzu paliva a sušení.
2.2 Zplyňovač se spodním tahem
Reakční vrstvou spádového zplyňovače je shora dolů sušicí vrstva, pyrolytická vrstva, oxidová vrstva a redukční vrstva.Existují dva typy zplyňovačů se sestupným tahem v závislosti na místě, kam se přivádí zplyňovací činidlo: jedním je zplyňovač se sestupným tahem se střední hrdlovou sekcí a zplyňovací činidlo se přivádí z horní části střední hrdlovací sekce.;Druhý je zplyňovač se spádovým tahem bez mezihrdlové části a zplyňovací činidlo je přiváděno z horní části.Princip činnosti zplyňovače se sestupným tahem je v podstatě stejný jako u zplyňovače se vzestupným tahem, kromě toho, že teplo potřebné pro sušení paliva a pyrolýzu pochází ze spodní vrstvy oxidu.
3 Zplyňovač s fluidním ložem
Hlavní zplyňovací reakční mechanismus fluidního lože a pevného lože je v zásadě stejný, ale neexistuje žádné zřejmé pevné lože.V současnosti existují tři hlavní typy fluidního lože: bublinkové fluidní lože, cirkulující fluidní lože a dvojité fluidní lože.
3.1 Bublinový zplyňovač s fluidním ložem (BFB)
V probublávaném fluidním loži, když rychlost plynu překročí kritickou rychlost fluidizačního plynu, pevné látky začnou fluidizovat, v loži se objeví bubliny a zóna husté fáze, kde se částice shlukují a objeví se zóna zředěné fáze, kde dominují bubliny.
Těleso pece je poměrně silné a tlusté a spodní část je oblast husté fáze se zřejmou vrstvou lože.Zplyňovací reakce probíhá hlavně v oblasti husté fáze.Aby se zabránilo vynášení paliva s jemnými částicemi z oblasti husté fáze proudem vzduchu, je horní část topeniště navržena s expanzní částí pro snížení rychlosti plynu., což také prodlužuje reakční dobu paliva v oblasti zředěné fáze.
3.2 Cirkulační zplyňovač s fluidním ložem (CFB)
Těleso pece CFB zplyňovače je štíhlé a štíhlé a na horním výstupu pece je instalován cyklónový odlučovač, který odděluje a shromažďuje vysokoteplotní pevné částice a posílá je zpět do pece.
CFB lože vyplňuje celý prostor nádoby a není zde žádná hustá fázová zóna a zóna zředěné fáze.Nezbytnou podmínkou pro udržení koncentrace částic v loži je velké množství cirkulujících pevných částic.Jakmile cirkulace není dobrá, všechny částice v loži mohou být vyfouknuty.Vzhledem ke špatným fluidizačním charakteristikám paliv z biomasy používají CFB zplyňovače v podstatě jako pomocné fluidizační médium písek.
CFB zplyňovač má dvě charakteristiky: průtok plynu je vysoký, obecně mezi 4~7 m/s, lože pracuje v zóně rychlé fluidizace;vysoká rychlost cirkulace pevných částic je mezi 10~20.
3.3 Zplyňovač s dvojitým fluidním ložem (DFB)
Zplyňovač s dvojitým fluidním ložem využívá dvě pece s fluidním ložem, jeden je zplyňovač a druhý je spalovací pec.Palivo z biomasy se přidává do zplyňovače s horkým pískem jako materiálem lože a množství písku se absorbuje a probíhá pyrolýzní reakce.Plynný produkt nese zbytkový uhlík a písek a odděluje se v separátoru.Oddělený uhlíkový zbytek a písek se spalují se vzduchem ve spalovací peci za účelem ohřevu písku a horký písek je unášen spalinami a separován separátorem a horký písek se vrací do zplynovače.Vynikající vlastností zplyňovače DFB je to, že částice paliva jsou transportovány ve dvou pecích s fluidním ložem využitím silné transportní kapacity fluidního lože.
4 Charakteristika různých typů zplyňovačů
Zplyňovač s pevným ložem má jednoduchou konstrukci, širokou přizpůsobivost surovin, velikost částic do 100 mm, nízkou citlivost na strusku a nízký obsah plynového popílku, ale je vhodný pouze pro zplynovací operace v malém měřítku a je obtížné jej škálovat. .
Zplyňovač s fluidním ložem má vysokou účinnost zplyňování a vysokou výhřevnost, ale jeho konstrukce je poměrně složitá.Má určité požadavky na velikost částic, rovnoměrnost, obsah vody a přirozený úhel akumulace paliva.Je citlivý na strusku a obsah plynového popílku Pokud je jich mnoho, musí být vybaven systémem odstraňování prachu a čištění.V současné době rozsáhlé projekty zplyňování biomasy postupně přecházejí na technologii tlakového zplyňovače s fluidním ložem.
5 Závěr
V současnosti jsou globální požadavky na emise uhlíku stále přísnější a význam biomasy s charakteristikou „nulových emisí uhlíku“ je stále zjevnější.Tento článek stručně představuje princip zplyňování biomasy a porovnává a analyzuje různé typy zplyňovačů.Je vidět, že pevné lože a fluidní lože mají své výhody, ale fluidní lože je vhodnější pro velkoobjemové a je budoucím směrem vývoje, aby přineslo trochu vůdčího významu do návrhu a provozu zařízení. projekty zplyňování biomasy.
Čas odeslání: 29. března 2022