畢業(yè)論文--下吸式秸稈氣化爐的設計研究

1、<p>　　下吸式秸稈氣化爐的設計研究</p><p>　　摘要：本設計是筆者在通過大量的閱讀和收集有關氣化方面資料和對氣化爐實物進行了參觀的基礎之上，對秸稈氣化的原理、工藝過程、參數選擇、影響因素及氣化氣有害雜質去除方法等作了較詳細的論述。同時，筆者從實際出發(fā)結合我國農村的現實情況設計了下吸式秸稈氣化爐，并提出了自己的相應觀點。</p><p>　　關鍵字：生物質，秸稈氣化，下

2、吸式，氣化爐。</p><p>　　Abstract : It designs to be author in through to read and collect about gasification respect materials and go on foundation that visit to gasification stove material object a large amount of

3、 originally, To principle, straw of gasification, craft course , parameter choose, influence factor and gasification angry harmful impurity get rid of method ,etc. make more detailed argumentation. Meanwhile, I is it com

4、bine of our country reality of countryside design the sucking type straw gasification stov</p><p>　　Key word: Bionass; Gasification of the straw; Leave the sucking type; Gasification stove.</p><p&

5、gt;<b>　　文獻綜述</b></p><p>　　1 發(fā)展生物質氣化技術的意義 </p><p>　　能源是國民經濟建設和人民生活的重要物質基礎，在某種意義上，人類社會生產的發(fā)展史，就是人類能源開發(fā)利用史。隨著世界人口的日益增長和社會經濟的快速發(fā)展，人類在經歷了以煤為主的第二代能源之后，以石油為主的第三代能源正面臨著枯竭的危險。人類必須尋找到一種可經濟開發(fā)

6、、豐富、清潔的能源。因此，開發(fā)與利用新能源和可再生能源，已經成為世界性的能源建設發(fā)展的戰(zhàn)略方向。</p><p>　　目前，世界能源格局是以石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源為主，包括水能風能、太陽能、潮汐能、地熱能、核能、氫氣能、生物能等能源在內的多種能源并存的狀況。就煤、石油、天然氣、地熱能、核能等能源來說，不僅儲量、開發(fā)量有限，而且是不可再生能源。水能、風能、潮汐能等可再生能源，雖然理論上是取之不盡，用之不竭的，

7、但可經濟開發(fā)的量并不大。單單依靠這些能源遠遠不能滿足國民經濟的發(fā)展需要。因此人們預言能量巨大、分布廣泛、可以再生、污染小的生物質能將成為第四代能源的主流能源。</p><p>　　生物質氣化技術主要是以低質生物質為原料的氣化技術，使低質生物質完成從固態(tài)到可燃氣體的轉化。低質生物質是以農作物秸稈為主，還可以使用玉米芯、木屑、柴草等。由于低質生物質的可再生性，因此，這項資源所產生的能源，稱之為可再生能源。生物質氣化技

8、術的用途與城市管道煤氣相同，燃燒穩(wěn)定、熱效率高、適用于炊事、取暖、鍋爐等。該技術在農村的應用前途極其廣闊，實現了“一人燒火，全村用氣”的要求。我國是一個農業(yè)大國，每年生產的農作物秸稈約7億噸，如此之大的資源除了一小部分用于畜牧外，其余的大部分以直接燃燒的方式將其浪費，既浪費了資源，又污染了環(huán)境。所以，合理有效的利用這項資源，是一件利國利民的大事。我國每年產生的農作物秸稈約折合3.5億噸標準煤,充分利用這項資源會產生很大的社會效益和經濟效

9、益,主要表現在可以節(jié)約資源,保護環(huán)境,從而改變了農村傳統(tǒng)的炊事方式，帶動了相關產業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　2 生物質氣化技術利用現狀及發(fā)展前景</p><p>　　生物質氣化技術是一種熱化學處理技術，通過氣化爐將固態(tài)生物質轉化為使用方便而且清潔的可燃氣體，用作燃料或生產動力。生物質氣化技術，就是生物原料在缺氧狀態(tài)下加熱反應的能量轉換過程。生物質是由碳、氫等元素和灰分組成，當它們被點

10、燃時，只供應少量空氣，并且采取措施控制其反應過程，使碳、氫元素變成一氧化碳、氫氣、甲烷等可烯氣體，秸稈中大部分能量都轉移到氣體中，這就是氣化過程。去除可燃氣體中的灰分、焦油等雜質，通過供氣系統(tǒng)將其送入農戶家中，使用時打開閥門，點燃燃氣灶具，就可以燒水做飯了。</p><p>　　生物質秸稈氣化技術是90年代初期在我國發(fā)展起來的，但由于其具有較好的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。在短短的十年內得到了相當大的發(fā)展，目前

11、我國已經成功開發(fā)了一些將生物質轉化成可燃氣體的技術。建立了380余處秸稈氣化集中供氣示范點，主要集中在山東、河南、江蘇、河北、山西、北京、陜西。[1] 近年來由于各級政府的大力支持，以固定下吸式氣化爐為代表的秸稈氣化技術已在農村地區(qū)得到推廣應用，取得了良好的社會效益。我國是個農業(yè)大國，有豐富的農業(yè)廢棄資源，但是其利用率卻很低，且因不正當處置如焚燒而污染環(huán)境，隨著我國生物質能氣化技術的發(fā)展，其應用前景越來越廣闊，特別是在氣化發(fā)電和集中供氣

12、方面。</p><p>　　目前國內已經成功開發(fā)了一些將生物質轉化成可燃氣的技術，采用固定床氣化的，其所產氣體的熱值則可獲得4—5MJ/m3，采用循環(huán)流化床氣化的，其所產生的氣體的熱值則可獲得7MJ/m3左右，而且中熱值氣化技術的實驗研究在國內也已取得了較好效果，如廣州能源研究所采用的氧氣氣化技術，其氣體熱值在10MJ—12MJ/m3之間。[4]在我國，由于火力發(fā)電污染大，農村地區(qū)缺電嚴重，特別是偏遠地區(qū)，生物質

13、氣化發(fā)電正是解決這一難題的最好方法。利用生物質氣化發(fā)電既可以生產電能，同時也使農村廢棄物得到了有效處理，因而不但有良好的社會效益，也減少了處理這些廢棄物時造成的環(huán)境污染。 </p><p>　　3 生物質秸稈氣化系統(tǒng)及設備</p><p>　　3.1 秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)介紹</p><p>　　秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)基本模式為：以自然村為單元，系統(tǒng)規(guī)模為數十戶至上

14、千戶，系統(tǒng)由三部分組成：秸稈的氣化機組，燃氣輸配系統(tǒng)和用戶燃氣系統(tǒng)。（工藝系統(tǒng)圖如下頁所示）</p><p>　　鍘成小段的秸稈送入氣化器中經過熱解氣化反應轉換成為可燃氣體，在凈化器中除去燃氣中含有的灰塵和焦油等雜質，由風機送至氣柜中。氣化器、燃氣凈化器和風機組成了秸稈氣化機組。氣柜的作用是儲存一定量的燃氣以平衡系統(tǒng)燃氣負荷的波動，并提供一個始終恒定的壓力保證用戶燃氣灶具的穩(wěn)定燃燒。離開氣柜的燃氣通過敷設在地下&

15、lt;/p><p>　　圖1 系統(tǒng)工藝流程圖</p><p>　　1- 螺旋輸送機； 2- 氣化爐 3- 旋風分離器 4- 噴淋凈化器 5- 氣水分離器 6-過濾器 7-鼓風機 8- 水封 9- 灶具 10- 儲氣柜</p><p>　　的塑料管網分配到系統(tǒng)中的每一用戶。用戶打開燃氣用具的閥門，就可以方便

16、地使用燃氣。系統(tǒng)中包括原料處理（鍘草機）、上料裝置、氣化機組、風機、氣柜、安全裝置、管網和灶具等設備。生物質燃氣的燃燒需用專用的灶具。經過氣化，每公斤秸稈能產約2m3可燃氣，一戶4口之家每天需燃氣約5—6立方米，燃氣成本約0.11/m3元。</p><p>　　3.2秸稈氣化的主要設備---氣化爐</p><p>　　氣化爐是秸稈氣化的主要設備，氣化爐除由于原料不同而氣化產物有差異外，氣化

17、時所吹入的氣體（空氣、氧氣或水蒸氣）的不同，所以產生的可燃氣體的成分也不同。以空氣和水蒸氣同時鼓風而得到的混合氣體應用最廣，故一般所謂氣化爐煤氣即指混合煤氣而言。氣化爐氣化過程的水蒸氣由燃料中所含的水分產生。在大型固定式氣化爐中，蒸汽還靠預熱的空氣帶入；在小型氣化爐，為了使結構簡單，水蒸氣的加入則是用滴水器來完成。目前所用的氣化爐有上吸式氣化爐，下吸式氣化爐和流化床式氣化爐</p><p>　　3.2.1上吸式氣

18、化爐</p><p>　　物料自爐頂加料口投入爐內，氣化劑由爐底部進氣口進入爐內參加反應，反應產生的氣化氣至下而上流動，由可燃氣出口排出。</p><p>　　上吸式氣化爐工作過程及優(yōu)缺點</p><p>　　這種氣化爐有三種優(yōu)點:一是熱解層和干燥劑用了還原反應后氣體的余熱，出口燃氣的溫度低，氣化爐最下層是氧化層，這里有充足的空氣供燃氣所用,底部的木炭可以得到充分燃

19、燒，故氣化率較高；二是可燃氣中含熱值較高的熱解產物，因此燃氣熱值較高；三是爐排受進風的冷卻，工作性能比較可靠。其缺點是：由于爐內的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風機從爐柵下抽出可燃氣要耗費較大的功率，出爐的燃氣中含有較多的灰分，出爐的可燃氣的溫度較高，須用水對其進行冷卻。（其工作原理如下圖所示）</p><p>　　圖2 上吸式氣化爐工作原理圖</p><p>　　

20、3.2.2下吸式氣化爐</p><p>　　生物質原料由爐頂加料口投入料爐內，作為氣化劑的空氣也由進料口進入爐內。爐內的物料自上而下分為干燥層、熱分解層、氧化層、還原層。煤氣從還原層排出。</p><p><b>　　下吸式氣化爐優(yōu)缺點</b></p><p>　　下吸式氣化爐的熱解產物通過熾熱的氧化層，還原層而得到充分的裂解，因此焦油含量比上

21、吸式低得多，這是下吸式氣化爐最大優(yōu)點，所以下吸式氣化爐在需要使用潔凈燃氣的場合得到了廣泛的應用；它的另一優(yōu)點是它的加料端與空氣接觸,當爐膛內為負壓工況時，加料端不需要嚴格的密封，使得運行中連續(xù)進料成為可能，也可以進行撥火操作。其缺點是：由于爐內的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風機從爐柵下抽出可燃氣要耗費較大的功率，出爐的燃氣中含有較多的灰分，出爐的可燃氣的溫度較高，須用水對其進行冷卻。（其工作原理如下圖所）<

22、;/p><p>　　圖3 下吸式氣化爐工作原理圖（見上頁）</p><p>　　3.2.3 流化床氣化爐</p><p>　　流化床氣化爐結構比較復雜，設備投資較多。流化床氣化爐的物料是具有一定粒度的固體燃料，當通過燃料顆粒之間的氣流速度達到某一值時，微細顆粒之間會產生分離現象，少量顆粒在小的范圍內振動或游動，燃料層由靜止向流動轉化。繼續(xù)提高氣流速度，全部微細顆粒被吹

23、起而懸浮于氣流之中，但不被吹出。此時即為“流化床”狀態(tài)，氣化介質和顆粒料充分混合，具有流體的性質 。（其工作原理如下圖所示）</p><p>　　圖4 流化床工作原理圖</p><p>　　4 生物質可燃氣的凈化</p><p>　　4.1 氣化氣中雜質的組成、危害及去除方法</p><p>　　生物質氣化燃氣中含有各種各樣的雜質，主

24、要成分及危害如下表所示 </p><p>　　表1 氣化燃氣中雜質的組成及危害</p><p>　　灰分：在反應進程中，大部分灰分由爐柵落入灰室，可燃氣中的灰塵經旋風分離器被除掉，將收集的灰分進一步處理，可以加工成耐熱保溫材料，或是提取高純度的SiO2，當然也可以用作肥料。</p><p>　　水蒸氣：可燃氣中還含有一定量的水蒸氣，水蒸氣遇冷后將凝結成水。因此，在可

25、燃氣輸送管網中，每隔一定距離要設一個集水井以便將冷凝水排出。</p><p>　　H2S：秸稈氣化氣中硫化氫的含量一般為300mg/m3以上，H2S和水反應生成弱酸，易對鋼材設備產生腐蝕，因此必須脫除秸稈氣中的硫化氫，目前，脫除硫化氫的最簡單方法是采用石灰水噴淋洗滌（須定期補充石灰水）或采用活性碳吸附（須定期對活性碳進行脫附）；如用氧化鐵法脫除硫化氫，脫硫時還可消耗秸稈氣中的氧氣；另外，硫化鐵可用來脫除秸稈氣中的

26、NO，減少煤氣膠的生成量，減少了管道的堵塞，有利于供氣和順利進行。</p><p>　　生物質氣化燃氣中水分和灰分的處理是比較容易的，而焦油則是生物質氣化應用中危害最大的，需通過下面幾種方法清除：（1）水洗法；（2）過濾法；（3）催化裂解法；（4）靜電捕捉法；（5）旋風分離器脫焦法。</p><p>　　由此可見，生物質氣化技術有著非常廣闊的前景，而該技術也正在被大力的研究與推廣。但是，如

27、如何進一步提高氣化氣熱值等問題也有待于解決。同時，將氣化氣罐裝，以便于遠距離運輸，也是一個非常值得研究的課題。</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　能源是國民經濟建設和人民生活的重要物質基礎，在某種意義上，人類社會生產的發(fā)展史，就是人類能源開發(fā)利用史。隨著世界人口的日益增長和社會經濟的快速發(fā)展，人類在經歷了以煤為主的第二代能源之后，以石油為

28、主的第三代能源正面臨著枯竭的危險。人類必須尋找到一種可經濟開發(fā)、豐富、清潔的能源。因此，開發(fā)與利用新能源和可再生能源，已經成為世界性的能源建設發(fā)展的戰(zhàn)略方向。</p><p>　　目前，世界能源格局是以石油、天然氣、煤炭等常規(guī)能源為主，包括水能風能、太陽能、潮汐能、地熱能、核能、氫氣能、生物能等能源在內的多種能源并存的狀況。就煤、石油、天然氣、地熱能、核能等能源來說，不僅儲量、開發(fā)量有限，而且是不可再生能源。水能

29、、風能、潮汐能等可再生能源，雖然理論上是取之不盡，用之不竭的，但可經濟開發(fā)的量并不大。單單依靠這些能源遠遠不能滿足國民經濟的發(fā)展需要。因此人們預言能量巨大、分布廣泛、可以再生、污染小的生物質能將成為第四代能源的主流能源。</p><p>　　生物質能是指直接或間接的通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉化為化學能后固定和貯藏在生物體內的能量。自然狀態(tài)下的生物質如秸稈，枝條散碎、細軟、含水率高、能量密度低、燃燒強度小，

30、傳統(tǒng)的秸稈利用方式，不僅造成了生物質資源的過度使用和浪費，還會造成環(huán)境污染。生物質秸稈氣化和集中供氣技術不僅實現了農村用能燃氣化，而且還實現了生物資源的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。</p><p>　　本文通過對生物秸稈氣化工程的參觀、研究、結合國內外已發(fā)表的有關資料比較系統(tǒng)的講解了生物質氣化原理、工藝流程、氣化裝置及氣化氣的凈化等問題，并設計了下吸式氣化爐。</p><p>　　2

31、生物質秸稈氣化技術</p><p>　　2.1 生物質能概述</p><p>　　生物質能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能。據估計，植物每年貯存的能量約相當于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。這些未加以利用的生物質，為完成自然界的碳循環(huán)，其絕大部分由自然腐蝕將能量和碳素釋放回到自然界中。事實上，生物質能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，也是人類賴以

32、生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質作為生活能源。生物質燃燒是傳統(tǒng)的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴重。通過生物質能轉換技術可以高效地利用生物質能源，生產各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料和生產電力。減少對礦物能源的依賴，保護國家能源資源，減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。專家認為，生物質能源將成為未來可

33、持續(xù)能源的重要部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質能源。</p><p>　　生物質能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。</p><p>　　生物質的利用對我國的發(fā)展有重大的意義：我國是一個人口大國，又是一個經濟迅速發(fā)展的國家，21世紀將面臨著經濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力。因此改變能源生

34、產和消費方式，開發(fā)利用生物質能等可再生的清潔能源資源對建立可持續(xù)的能源系統(tǒng)，促進國民經濟發(fā)展和環(huán)境保護具有重大意義。開發(fā)利用生物質能對中國農村更具特殊意義。中國80%人口生活在農村，秸稈和薪柴等生物質能是農村的主要生活燃料。盡管煤炭等商品能源在農村的使用迅速增加，但生物質能仍占有重要地位。1998年農村生活用能總量3.65億噸標煤，其中秸稈和薪柴為2.07億噸標煤，占56.7%。因此發(fā)展生物質能技術，為農村地區(qū)提供生活和生產用能，是幫助

35、這些地區(qū)脫貧致富，實現小康目標的一項重要任務。</p><p><b>　　2.2秸稈資源</b></p><p>　　秸稈是農作物的剩余物，它是小麥、玉米、水稻等綠色植物在太陽輻射能的作用下吸收空氣中的二氧化碳和土壤的水分進行光合作用轉化為化學能，而固定下來的一種生物質能源。據不完全估計，全世界每年可產生近20億噸秸稈，作為農業(yè)大國的中國，每年秸稈產量也有近7億噸，

36、其中產量最大的是稻秸，占總量的29.93%，主要分布在中南（如湖南、湖北、廣東、廣西）和華東地區(qū)（如江蘇、江西、浙江和安徽）及西南的部分省份（如四川等），其次是玉米秸，占總量的27.39%，主要分布在東北和華北（如河北、內蒙古等）地區(qū)的各省及華東（如山東）和中南（如河南）的部分省份，小麥占總量的18.31%，主要分布在華東（如山東、江蘇、安徽）和中南（如河南）及華北（如河北）等地區(qū)，豆類秸稈占總量的5.06%，薯秧類占總量的3 .47%

37、，油料占總量的7.99%[1]。在中國農村，秸稈被用作重要的生活資源，是一種重要的生物質資源。植物學上把不能食用的農作物根、葉、莖統(tǒng)稱為秸稈，如玉米秸、高粱秸、棉花秸、豆秸、麥秸、稻秸等。其元素組成如表1所示；</p><p>　　通常情況下含碳越高的秸稈發(fā)熱量越大，秸稈現階段的用途大致有以下幾個方面：</p><p>　　（1）作為工業(yè)原料，主要用于工業(yè)造紙 （2）作為畜牧飼料 （3）造

38、肥還田 （4）農村生活能源</p><p>　　表1 秸稈中元素組成及各自含量</p><p>　　表2 1999年中國農作物資源量</p><p>　　其中牲畜飼料和農村生活用能仍是秸稈利用的主要方面。分別占到秸稈總產出量的40%和45%，秸稈還田及其它損失也占到總產出量的21.2%[1] ?，F將1999年中國秸稈農作物資源量表（如表2）。</p>

39、;<p>　　秸稈資源分布及其特征如下：（1）總儲量大而人均占有量小。（2）地區(qū)分布不平衡，一半以上的秸稈資源集中在四川、河南、山東、安徽、江蘇、湖南、浙江、湖北等9個省，廣大的西北地區(qū)和其它省區(qū)秸稈量較少。（3）種類集中，水稻、小麥、玉米秸稈產量占總量的74.76%。</p><p>　　農作物秸稈是生物質的主要組成部分，隨著科技的發(fā)展，秸稈氣化集中供氣為用農作物秸稈解決農村生產用能開辟了道路。我

40、國生物質氣化技術在10多年的發(fā)展中已取得了可喜的成果。中國農業(yè)機械化科學研究院研制的ND系列生物質氣化爐，氣化效率達74.92%，煤氣熱值達6192.67kJ/m3，被用于烘干加熱、溫室供暖、動力發(fā)電等取得了較好的經濟效益。山東省能源研究所研制的XFL—600型秸稈氣化爐和農村集中供氣裝置，很好的解決了把農作物秸稈轉化成使用方便、干凈衛(wèi)生的可燃氣，并集中向農戶供氣，既利用了過剩的秸稈，又改善了農民的生活條件。</p>&l

41、t;p><b>　　2.3 氣化原理</b></p><p>　　生物質氣化的基本原理是將生物質原料加熱，生物質原料進入氣化爐后被干燥，伴隨著溫度的升高，析出揮發(fā)物，并在高溫下熱解，熱解后的氣體和炭，在氣化爐的氧化區(qū)與供入的氣化介質（空氣、氧氣、水蒸氣等）發(fā)生氧化反應并燃燒，燃燒放出的熱量用于維持干燥、熱解和還原反應，最終生成了含有一定量CO、H2、CH4、CmHn的混合氣體，去除焦

42、油等雜質后即可燃用。（其原理如圖1所示）。</p><p>　　圖1 氣化反應過程原理</p><p>　　氣化過程包括三個階段：干燥、干餾、氧化和還原。實質上是燃料的燃燒過程，下面就重點闡述燃料的燃燒過程。</p><p>　　燃料的燃燒過程可以分作預熱、水分蒸發(fā) 、析出揮發(fā)物和焦炭燃燒等幾個階段。</p><p>　　碳的燃燒，理論上

43、按下列兩種反應進行：</p><p>　　C + O2 = CO2 + 408860千焦</p><p>　　2C + O2 = 2CO + 246447千焦</p><p>　　實際上在高溫下，當氧與熾熱焦炭表面接觸時，一氧化碳與二氧化碳同時產生，基本上按下列二式反應：</p><p>　　4C + 3O2 = 2CO2 + 2CO

44、</p><p>　　3C + 2O2 = 2CO + CO2</p><p>　　這二種氣體產生量的多少由溫度的高低和空氣供給量的多少而定，900-1200℃時主要按前式進行反應，在1450℃以上時，則主要按后式反應。</p><p>　　當溫度較高(超過700℃時)，生成的一氧化碳向外擴散時，遇到空氣中氧氣會繼續(xù)燃燒再生成二氧化碳，即：</p>

45、;<p>　　2CO + O2 = 2CO2 + 570865千焦</p><p>　　 若溫度更高，則生成的二氧化碳在擴散過程中遇到熾熱的碳就會產生碳的氣化反應，這是一 種還原反應，即：</p><p>　　CO2 + C = 2CO -162297千焦</p><p>　　這種氣化反應會促進固定碳的燃燒。</p><p

46、>　　由于灶膛中尚有水蒸汽存在，它也會向焦碳表面擴散，當它與熾熱焦炭相遇時，也會產生碳的氣化，產生氫或甲烷氣體，反應式如下：</p><p>　　C + 2H2O = CO2 + 2H2</p><p>　　C + H2O = CO + H2</p><p>　　C + 2H2 = CH4</p><p>　　水蒸汽對碳的氣化比

47、二氧化碳的作用快，所以灶膛中有適量的水蒸汽，可促進固定碳的燃燒 。</p><p>　　這種方法改變了生物質原料的形態(tài)，使用更加方便，而且能量轉化效率比固態(tài)生物質的直接燃燒有較大的提高。</p><p>　　氣化技術是目前生物質能利用技術研究的熱門方向。典型的氣化工藝有以下3種：干餾工藝、快速熱解工藝、氣化工藝。其中前兩種適用于木材或木屑的熱解；后一種適用于作物（如玉米、棉花等）秸稈的氣

48、化。</p><p>　　2.4 生物質氣化工藝</p><p>　　生物質氣化技術的一般工藝過程主要有四大組成系統(tǒng)，分別進料系統(tǒng)、氣化反應器（氣化爐）、氣化氣凈化系統(tǒng)、氣化氣處理系統(tǒng)。進料系統(tǒng)包括生物質進料、空氣進料、水蒸氣進料及其控制系統(tǒng)。氣化氣體凈化系統(tǒng)主要是除去產出氣體中的固體顆粒，可冷凝物及焦油，常用設備有旋風分離器，水浴清洗及生物質過濾器。后處理系統(tǒng)主要是氣化氣進一步轉化利用

49、的裝置。</p><p>　　3 秸稈氣化的參數及影響產氣質量的因素分析 </p><p>　　3.1 秸稈氣化參數及影響因素</p><p>　　秸稈氣化氣的主要成分是CO、H2、CH4等的可燃氣體。它們各自含量如下表：</p><p>　　表3 氣化氣的主要成分及其含量</p><p>　　秸稈氣化的參數主要

50、有粉塵灰分、熱值、焦油含量、H2 、CH4的含量等?，F就它們的影響因素做如下歸納：</p><p>　　粉塵、灰分：在氣化過程中，產生的大部分灰分由柵落入灰室，由旋風分離器將其分離，它的含量與物料密度、氣流速度有很大關系；當物料密度大時，粉塵少。氣化爐的不同種類也對它的產生量有重要影響。一般灰分含量在5%以內，氣化爐就能可靠地運行；對于固定床氣化爐來說，降低秸稈燃氣的氣流速度，從灰渣層上方側壁負壓吸出燃氣都可以減

51、少灰分。表5說明了生物質燃料種類不同，其氣化所產灰分的變化。</p><p>　　表4 不同原料氣化氣中灰分的含量 </p><p>　　熱值：它是用來衡量每單位立方米氣體燃燒所放出熱量的多少。它受很多因素影響，如秸稈種類、物料含水量、物料密度、氣化爐種類等都能影響氣化氣的熱值。</p><p>　　表5 各種生物質原料氣化后氣體的熱值</p>&

52、lt;p>　　焦油： 焦油是生物質氣化中不可避免的產物，它的生成量與溫度有很大關系，在500。C時焦油產量是最高的。其次物料的含水量也是影響焦油的產量的重要因素，當含水量大于30%時，焦油的含量時顯增加。另外氣化爐的種類不同，同種物料參與氣化反應所產生的焦油量也不相同，</p><p>　　H2：H2是氣化氣中可燃成分之一，在氣化氣中的含量占15%左右，它含量的多少直接影響到氣化氣熱值。它與氣化爐種類，氣化

53、原料的種類，以及物料含水量等的直接的關系，當物料含水量低于10%時，H2 的含量將下降。</p><p>　　CH4：CH4在氣化氣中是含量最大的可燃氣組成成分，同H2一樣，它也受到氣化爐種類，氣化原料，物料含水量的影響。對于下吸式氣化爐而言，進風量的大小和喉口直徑大小及有無均對CH4含量有很大關系。 氣化爐各部位結構尺寸將極大地影響氣化爐的熱效率、產氣效率及產氣質量。下吸式氣化爐由于具有結構簡單，易于操

54、作，產出氣的焦油含量低等優(yōu)點得到了廣泛應用。</p><p>　　4 秸稈氣化的設備</p><p>　　4.1 秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)</p><p>　　秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)基本模式為：以自然村為單元，系統(tǒng)規(guī)模為數十戶至上千戶，系統(tǒng)由三部分組成：秸稈的氣化機組，燃氣輸配系統(tǒng)和用戶燃氣系統(tǒng)。（工藝系統(tǒng)如圖2所示）</p><p>　　圖2

55、 系統(tǒng)工藝流程圖</p><p>　　1- 螺旋輸送機； 2- 氣化爐 3- 旋風分離器 4- 噴淋凈化器</p><p>　　5- 氣水分離器 6-過濾器 7-鼓風機 8- 水封</p><p>　　9- 灶具 10- 儲氣柜</p><p>　　鍘成小段的秸稈送入氣化器中經過

56、熱解氣化反應轉換成為可燃氣體，在凈化器中除去燃氣中含有的灰塵和焦油等雜質，由風機送至氣柜中。氣化器、燃氣凈化器和風機組成了秸稈氣化機組。氣柜的作用是儲存一定量的燃氣以平衡系統(tǒng)燃氣負荷的波動，并提供一個始終恒定的壓力保證用戶燃氣灶具的穩(wěn)定燃燒。離開氣柜的燃氣通過敷設在地下的塑料管網分配到系統(tǒng)中的每一用戶。用戶打開燃氣用具的閥門，就可以方便地使用燃氣。系統(tǒng)中包括原料處理（鍘草機）、上料裝置、氣化機組、風機、氣柜、安全裝置、管網和灶具等設備。

57、生物質燃氣的燃燒需用專用的灶具。經過氣化，每公斤秸稈能產約2m3可燃氣，一戶4口之家每天需燃氣約5—6立方米，燃氣成本約0.11/m3元。</p><p>　　秸稈氣化工程從煤氣發(fā)生爐機組到用戶，全部工程主要有以下兩大部分：第一部分燃氣發(fā)生爐機組，機組主要由以下三部分組成：</p><p>　　(1) 上料部分 經過粉碎達到一定要求的秸稈，經上料機送入氣化爐，上料機通常采用密封絞籠，

58、對上料機的開啟和關閉，可以根據發(fā)生爐的用料要求，實現自動落料。 </p><p>　　(2) 氣化爐 即氣化的反應室，被粉碎的秸稈在這里進行受控燃燒和還原反應，發(fā)生爐產生的燃氣，含有大量的焦油和灰分，應對其進行凈化處理。 </p><p>　　(3) 燃氣的凈化 主要是清除氣體中的焦油和灰份，使之達到國家標準：＜10mg/m3。凈化系統(tǒng)由三個環(huán)節(jié)組成：氣體降溫、水凈化處理、焦油

59、分離。 </p><p>　　第二部分貯氣柜。它是儲存氣體的設備，主要用于燃氣氣源產量與供應量之間的調節(jié)。貯氣柜的結構有外導架直升式、無外導架直升式、螺旋導軌式。貯氣柜容積是根據用戶每天的總用氣量來考慮，一般地，貯氣柜的容量應占日供氣總量的40%—50%。 </p><p><b>　　4.2氣化爐</b></p><p>　　氣化爐是秸稈氣化

60、的主要設備，氣化爐除由于原料不同而氣化產物有差異外，氣化時所吹入的氣體（空氣、氧氣或水蒸氣）的不同，所以產生的可燃氣體的成分也不同。以空氣和水蒸氣同時鼓風而得到的混合氣體應用最廣，故一般所謂氣化爐煤氣即指混合煤氣而言。氣化爐氣化過程的水蒸氣由燃料中所含的水分產生。在大型固定式氣化爐中，蒸汽還靠預熱的空氣帶入；在小型氣化爐，為了使結構簡單，水蒸氣的加入則是用滴水器來完成。目前所用的氣化爐有上吸式氣化爐，下吸式氣化爐和流化床式氣化爐<

61、/p><p>　　4.2.1 上吸式氣化爐</p><p>　　物料自爐頂加料口投入爐內，氣化劑由爐底部進氣口進入爐內參加反應，反應產生的氣化氣至下而上流動，由可燃氣出口排出。</p><p>　　上吸式氣化爐工作過程及優(yōu)缺點</p><p>　　這種氣化爐有三種優(yōu)點:一是熱解層和干燥劑用了還原反應后氣體的余熱，出口燃氣的溫度低，氣化爐最下層是

62、氧化層，這里有充足的空氣供燃氣所用,底部的木炭可以得到充分燃燒，故氣化率較高；二是可燃氣中含熱值較高的熱解產物，因此燃氣熱值較高；三是爐排受進風的冷卻，工作性能比較可靠。其缺點是：由于爐內的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風機從爐柵下抽出可燃氣要耗費較大的功率，出爐的燃氣中含有較多的灰分，出爐的可燃氣的溫度較高，須用水對其進行冷卻。</p><p>　　圖3 系統(tǒng)工藝流程圖 <

63、/p><p>　　4.2.2下吸式氣化爐</p><p>　　下吸式氣化爐工作過程及優(yōu)缺點</p><p>　　生物質原料由爐頂加料口投入料爐內，作為氣化劑的空氣也由進料口進入爐內。爐內的物料自上而下分為干燥層、熱分解層、氧化層、還原層。煤氣從還原層排出。下吸式氣化爐的熱解產物通過熾熱的氧化層，還原層而得到充分的裂解，因此焦油含量比上吸式低得多，這是下吸式氣化爐最大優(yōu)點

64、，所以下吸式氣化爐在需要使用潔凈燃氣的場合得到了廣泛的應用；它的另一優(yōu)點是它的加料端與空氣接觸,當爐膛內為負壓工況時，加料端不需要嚴格的密封，使得運行中連續(xù)進料成為可能，也可以進行撥火操作。其缺點是：由于爐內的氣體流向是自上而下的，而熱流的方向是自下而上的，致使引風機從爐柵下抽出可燃氣要耗費較大的功率，出爐的燃氣中含有較多的灰分，出爐的可燃氣的溫度較高，須用水對其進行冷卻。</p><p>　　4.2.3 影響下

65、吸式氣化爐產氣質量的因素</p><p>　　下吸式氣化爐產氣系統(tǒng)是由下吸式氣化爐、粉塵焦油處理系統(tǒng)、羅茨風機、貯氣柜等幾部分組成。在設計、操作過程中，哪一個環(huán)節(jié)都可能對產氣質量、燃氣成分產生很大影響：</p><p>　　（1）喉口結構即喉口直徑大小、喉口深度、進風位置是影響產氣效果、燃氣焦油含量的關鍵。如果喉口直徑過大或沒有喉口，就會使氧化層反應不均勻，易使一部分未參與氧化反應，空氣不

66、進入還原層，形成所謂的燒穿現象，導致產出氣中可燃成分少、熱值低。因此使空氣從喉口部位，即設計好的氧化層位置進入，則可以較容易也控制氧化層、還原層反應層次，從而保證氧化還原反應在喉口部位進行，也就從結構上保證了可以連續(xù)穩(wěn)定地得到高質量的可燃氣體。</p><p>　?。?）進風量直接影響氣化爐產氣質量</p><p>　　如果進風量大，則反應快、產氣多，但易造成過氧燃燒，反應溫度高，燃氣中可

67、燃成分少、燃氣熱值低，甚至不能燃燒，還會將大量未經反應的炭粉顆粒帶到后續(xù)設備中，不僅造成浪費，也使后續(xù)處理設備負擔增加，影響處理效果。如進風量小，則造成缺氧燃燒，反應溫度低，氧化還原反應均不充分。燃氣中可燃成分少，焦油含量多，還易產生明火、噴火等不利于安全的現象。因此，要求所選羅茨風機與氣化爐后續(xù)處理設備相匹配，合理分配它們各點的壓力降，并根據氣化爐運行的不同階段，通過回流調節(jié)閥靈活調節(jié)進風量。</p><p>

68、　?。?）物料的干濕度、顆粒大小和密度對產氣效果影響很大</p><p>　　下吸式氣化爐對物料含水量要求一般在20%左右，低于10%時，燃氣中H2、CH4含量減少，熱值下降；高于30%時，則產氣不夠，甚至不產氣，而焦油含量卻時顯升高。顆粒過大，透氣性差，建立不起時顯的反應層，不產生可燃氣體，過大，原料易搭橋，導致進風量過大，產氣效果不好，物料密度大，燃燒時間長，穩(wěn)定燃氣成分好、熱值高、粉塵少、焦油少。反之亦反，

69、不僅造成了能源浪費，而且為后處理設備增加負擔。</p><p>　　（4）司爐工的操作方法和對設備維護保養(yǎng)的好壞對燃氣質量起著至關重要的作用。</p><p>　　物料添加均勻，根據不同運行階段控制進風量，嚴格按要求定時清灰、排污、換水，以產生較好質量的燃氣。</p><p>　　圖4 下吸式氣化爐</p><p>　　4.2.4 流化床氣

70、化爐</p><p>　　流化床氣化爐結構比較復雜，設備投資較多。流化床氣化爐的物料是具有一定粒度的固體燃料，當通過燃料顆粒之間的氣流速度達到某一值時，微細顆粒之間會產生分離現象，少量顆粒在小的范圍內振動或游動，燃料層由靜止向流動轉化。繼續(xù)提高氣流速度，全部微細顆粒被吹起而懸浮于氣流之中，但不被吹出。此時即為“流化床”狀態(tài)，氣化介質和顆粒料充分混合，具有流體的性質 。流化床氣化爐有；單流化床、雙流化床、 循環(huán)流化

71、床、 攜帶流化床四種類型。</p><p><b>　　圖5 流化床</b></p><p>　　5 下吸式秸稈氣化爐的設計說明</p><p>　　該氣化爐為層式下吸式氣化爐，與一般常規(guī)下吸式氣化爐相比，它具有獨特的優(yōu)點：爐頂不需密封，既是加料口，有是空氣（氣化劑）口；爐身僅由兩個直筒體組成的雙層爐體，方便加工、搬運、安裝。下層爐體內加水

72、套，內砌耐火材料。為保證物料的充分燃燒和二氧化碳的充分還原，特設計噴嘴等部件（如圖6），空氣可以從噴嘴均勻地流經反應區(qū)的整個截面，使反應區(qū)截面上的溫度均勻一致，不致出現低溫死區(qū)和架橋現象。</p><p>　　在層式下吸式汽化爐內，氧化反應與熱分解反應在同一區(qū)域內同時進行，這個區(qū)域是整個反應過程的最高溫度區(qū)域，由于熱反應是在比任何一種固定氣化爐都高的溫度下進行，所以對操作者的要求較高，操作者要時刻注意爐況，保證爐

73、內不出現燒穿現象，這樣產生的燃氣熱值也才能相對較高。如果在爐內加少許干樹根，與秸稈一起氣化則效果更佳，因為氣化時加入干樹根等硬質性原料，可以形成一定厚度的紅熱焦碳層，從而提高氣化溫度，使氣體中的焦油得到更多的分解，所以能得到良好的氣化效果。</p><p>　　圖6 層式下吸式秸稈氣化爐外形</p><p>　　5.1上層爐筒的材料選擇、加工工藝及各結構的功用（圖見附件1）</p&

74、gt;<p>　　該零件的外殼均用球墨鑄鐵材料澆鑄，因為這種鑄鐵可鑄性佳且價格較低廉。內部耐火泥選用可塑性耐火泥（見表6）。</p><p>　　表6 耐火泥理化指標</p><p>　　頂部390mmX390mm的方形孔是氣化爐的進料口，是和進料輸送管道相連接的</p><p><b>　　進料口的加工：</b></p&

75、gt;<p>　　（1）用長450mm寬60mm厚5mm的球墨鑄鐵板根據圖上結構首尾相連進行焊接；</p><p>　?。?）在其上鉆直徑為11的12mm個均布的連接通孔；</p><p>　?。?）用高為70mm寬410mm厚5mm的四塊球墨鑄鐵板進行相互垂直焊接以形成</p><p><b>　　筒。</b></p>

76、;<p>　　（4）兩者進行垂直焊接既構成了直接與上層爐筒相連的進料口。</p><p><b>　　上層爐筒的加工：</b></p><p>　?。?）用球墨鑄鐵在澆注模上直接澆注成高750mm外徑1350mm內徑1210mm的圓筒，同時要將底部寬20mm高10mm的連接邊連同爐筒一次澆注出來。</p><p>　?。?）將直徑

77、為1210mm厚度為70mm中部帶有390mmX390mm的方孔的球墨鑄鐵圓板焊接于爐筒上部，其距離頂部尺寸為20mm。</p><p>　?。?）將連接邊的連接表面進行銑削加工，其表面精度為12.5，以保證連接的緊密性；連接邊的頂面進行銑削到表面精度為12.5以保證連接螺釘的安裝。連接邊的兩外露棱邊需進行45度的倒角，以避免在安裝和使用過程中劃傷工人。</p><p>　?。?）在連接外

78、邊上鉆16個直徑為11mm的均布連接通孔。</p><p>　?。?）用4根長為480mm直徑40mm壁厚10mm的球墨鑄鐵管澆鑄成圖示形狀和尺寸，再將兩端切割成傾斜20-30度角的斜截面。</p><p>　?。?）將4根彎管分別兩兩對稱焊接于鑄鋼筒外表面，與底面相距210mm。其作用是安裝和維修時拆卸時方便提升和移動。</p><p>　?。?）在爐筒內部搪以8

79、0mm厚的可塑性耐火泥。這種耐火泥不僅能達到爐內工作溫度的要求，還不會因為爐子熱長冷縮的體積變形而脫落。作用是將爐內溫度降到30-50度，方便工人操作時靠近。</p><p>　　（8）在爐筒表面涂以鋼結構耐熱防銹漆。</p><p>　　5.2 下層爐筒的材料選擇、加工工藝及各結構的功用（圖見附件2）</p><p>　　該零件的外殼均用球墨鑄鐵材料，內部耐火

80、泥選用可塑性耐火泥（見表6）。</p><p><b>　　下層爐筒的加工：</b></p><p>　　（1）用球墨鑄鐵在澆注模上直接澆注成高1650mm外徑1350mm內徑1210mm的圓筒，同時要將上部寬20mm高10mm的連接邊連同爐筒一次澆注出來。并在上面澆鑄出循環(huán)水的進出孔、出灰孔及進氣孔。</p><p>　　（2）將連接邊的連接

81、表面進行銑削加工，其表面精度為12.5，以保證連接的緊密性；連接邊的頂面進行銑削到表面精度為12.5以保證連接螺釘的安裝。連接邊的兩外露棱邊需進行45度的倒角，</p><p>　　（3）將外徑1210mm內徑1050mm寬30mm水箱下底板用球墨鑄鐵澆鑄出來，并在其上表面涂以0.8mm-1.2mm的鋼結構耐高溫防水漆。最后焊接于距爐子上連接表面540mm處。</p><p>　?。?）將

82、外徑1210mm內徑1050mm寬10mm水箱上底板用鑄鋼澆鑄出來，并在其下表面涂以0.8mm-1.2mm的鋼結構耐高溫防水漆。最后焊接于與爐子上面平齊處。</p><p>　?。?）在連接外邊上鉆16個直徑為11mm的均布連接通孔。</p><p>　?。?）澆注水箱內壁。用球墨鑄鐵在澆注模上直接澆注成540mm高30mm厚外徑1110mm的圓筒，并在上面澆鑄出循環(huán)水的進出孔及進氣孔。其

83、上帶有向內的110mm的直鉤是用做支撐爐橋的。并在其內表面涂以0.8mm-1.2mm的鋼結構耐高溫防水漆。最后通過焊接方式安裝于上下底板之間。</p><p>　?。?）在水箱內壁搪以80mm厚的耐火泥，其作用已經敘述。</p><p>　?。?）將直徑1210mm厚30mm的圓形球墨鑄鐵底板焊接于距上聯結平面1650mm處。（9）將兩根孔徑分別為15mm和20mm壁厚10mm的長500m

84、m的進出水管用焊接</p><p>　　的方式如圖安裝于爐筒上。之所以這樣將進水管管徑設計得比出水管徑小5mm，是為</p><p>　　了保證水箱里一直有足夠的冷卻水；而將水管以和水箱相切及二者方向相反的形式安裝</p><p>　　是為了讓冷卻水在水箱里因進水沖力的作用形成螺旋狀流動，使冷卻趨于均勻。</p><p>　　（10）鑄造煤氣

85、出口。用球墨鑄鐵按圖示尺寸及形狀鑄造管狀煤氣出口，并將其上聯結法蘭的正反兩面用車削加工到精度3.2，再在上面鉆以8mm個直徑為11mm的聯結孔。最后將其以圖上尺寸焊接于爐筒上。</p><p>　?。?1）按圖上形狀和尺寸鑄造出灰孔和用以安裝出會孔蓋的基座。并焊接于其上。 </p><p>　　（12）在爐筒表面涂以鋼結構耐熱防銹漆。</p><p>　　5.3爐橋

86、的材料選擇、加工工藝及各結構的功用（圖見附件3）</p><p>　　該零件全用球墨鑄鐵鑄造。</p><p><b>　　爐橋的加工：</b></p><p>　?。?）用球墨鑄鐵澆注外徑905mm壁厚為5mm孔徑為40mm的環(huán)形圈并在圖示位置鑄出直徑50mm壁厚為的5mm的凸臺孔直徑40mm的通孔。</p><p>

87、　　（2）將9根外徑50mm內徑40mm的鑄鐵管以圖示位置焊接于環(huán)形圈上。</p><p>　?。?）在中間管子上的長度中點位置上鉆直徑40mm的孔。</p><p>　?。?）在澆鑄模上鑄出圖示噴嘴安裝基座，并焊接于中管孔上。以供安裝噴嘴之用。</p><p>　　5.4噴嘴的材料選擇、加工工藝及各結構的功用（圖見附件4）</p><p>

88、　　該零件全用球墨鑄鐵鑄造。</p><p><b>　　噴嘴的加工：</b></p><p>　　（1）在鑄模上用鑄鐵澆鑄出高330mm大端孔徑50mm小端孔徑40mm壁厚為5mm的帶部分裝配錐度的半通管。</p><p>　?。?）在同徑部分以圖示尺寸鉆28個與水平面成12度夾角的噴氣孔。之所以這樣設計是為了達到噴嘴在反應層里所噴出的空氣可

89、以更加分散，促進秸稈的充分燃燒，且不會增加煤氣中的灰塵。其下端70mm高的錐孔是用著和爐橋上的噴嘴安裝底座配合安裝之用。</p><p>　　5.5出灰孔孔蓋的材料選擇、加工工藝及各結構的功用（圖見附件5）</p><p>　　該零件全用球墨鑄鐵鑄造。</p><p><b>　　出灰孔孔蓋的加工：</b></p><p&g

90、t;　?。?）用球墨鑄鐵澆鑄成直徑230mm且?guī)?.5mm高直徑為204mm的凸臺的圓形蓋。</p><p>　　（2）用四根鐵條以圖示尺寸進行焊接。之所以設計凸臺是為了增加蓋合的密封性。</p><p>　　5.6氣化爐的裝配（圖見附件6）</p><p>　?。?）將噴嘴安裝于爐橋的噴嘴基座之上，安裝的時候需在重合部分的內外表面間填</p><

91、;p>　　以陶瓷織維棉（見表7），增加安裝的密封性。</p><p>　　（2）在噴嘴及爐橋表面涂以2-3的可塑耐火泥。</p><p>　?。?）將帶噴嘴的爐橋安裝于下爐筒的爐橋架上，并將爐橋上的進氣孔和爐筒上的進氣孔對接，再在其接頭處堆上可塑耐火泥將之固定。</p><p>　?。?）用M10的連接螺釘連接安裝上下爐筒。在安裝時需在連接表面填以陶瓷織維棉，

92、增加安裝的密封性。</p><p>　?。?）將出灰孔蓋安裝于出會孔蓋基座上。</p><p>　　表7 陶瓷織維棉的特征及性能參數</p><p>　　6 生物質可燃氣的凈化</p><p>　　6.1氣化氣中雜質的組成、危害及去除方法</p><p>　　氣化氣中雜質的組成、危害及去除方法生物質氣化燃氣中含有各種

93、各樣的雜質，主要成分及危害如表8所示：</p><p>　　表8 氣化燃氣中雜質的組成及危害</p><p>　　灰分：在反應進程中，大部分灰分由爐柵落入灰室，可燃氣中的灰塵經旋風分離器被除掉，將收集的灰分進一步處理，可以加工成耐熱保溫材料，或是提取高純度的SiO2，當然也可以用作肥料。</p><p>　　水蒸氣：可燃氣中還含有一定量的水蒸氣，水蒸氣遇冷后將凝結

94、成水。因此，在可燃氣輸送管網中，每隔一定距離要設一個集水井以便將冷凝水排出。</p><p>　　H2S：秸稈氣化氣中硫化氫的含量一般為300mg/m3以上，H2S和水反應生成弱酸，易對鋼材設備產生腐蝕，因此必須脫除秸稈氣中的硫化氫，目前，脫除硫化氫的最簡單方法是采用石灰水噴淋洗滌（須定期補充石灰水）或采用活性碳吸附（須定期對活性碳進行脫附）；如用氧化鐵法脫除硫化氫，脫硫時還可消耗秸稈氣中的氧氣；另外，硫化鐵可用

95、來脫除秸稈氣中的NO，減少煤氣膠的生成量，減少了管道的堵塞，有利于供氣和順利進行。</p><p>　　生物質氣化燃氣中水分和灰分的處理是比較容易的，而焦油處理則是生物質氣化應用技術中一個很大的難題，下面就重點介紹這方面的內容。</p><p><b>　　6.2 焦油</b></p><p>　　6.2.1 焦油的生成機理</p>

96、;<p>　　焦油生成于氣化過程中的熱解階段，當生物質被加熱到200。C以上時，組成生物質的纖維素、木質素、半纖維素等成分發(fā)生明顯的熱分解，生成焦炭、木醋酸、焦油、氣體。在600。C以上時，液體產物焦油和木醋酸以氣體形式存在于所生成的熱解氣體中，而在低于200。C的情況下，就開始凝結為液體，總的化學反應如下：</p><p>　　干燥后的生物質固體+熱量→焦炭+CO+CO2+H2O+CH4+C2H4

97、+木醋酸+焦油</p><p>　　在熱解過程中，當溫度為500。C時焦油的產量最高，通過對不同加熱溫度和停留時間下氣體中焦油的含量的研究表明，隨溫度的升高和停留時間的增加，焦油的含量會明顯地減少。</p><p>　　6.2.2 焦油的特點和危害</p><p>　　生物質氣化制氣的目標是獲得盡可能多的可燃氣，在氣化過程中，焦油是不可避免的流體產物，其成分非常復

98、雜，可以分析出200多種，主要成分不少于20種，其中含量大于5%的有7種，它們是：苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚、茚。[2] 焦油有在高溫下可發(fā)生裂解，在低溫下則以液體狀態(tài)存在的特性。焦油的存在對氣化過程有許多危害：①氣化氣中含量一般占總量的5%—6%的焦油降低了氣化效率。②焦油在低溫時容易凝結為粘稠的液體，與灰粒一起堵塞輸氣管道，影響系統(tǒng)正常運行。③焦油難以完全燃燒，并產生炭黑等顆粒，對燃氣利用設備如內燃機、燃氣輪機等損害嚴重。④焦

99、油及其燃燒后產生的氣體對人體是有害的，因此在使用時可燃氣之前，必須將其清除干凈。</p><p>　　6.3 焦油去除方案</p><p>　　6.3.1水洗法 </p><p>　　又稱濕法除焦油，分噴淋法和吹泡法，它們都是用水將可燃氣中的部分焦油帶走。目前，國內的一些氣化站在噴淋水中加入一定量的堿，這不僅提高了焦油的去除率，還減少了焦油酸或硫化氫等酸性

100、物質對后續(xù)設備的腐蝕，延長了設備的使用壽命。水洗法的優(yōu)點是同時有除焦、除塵和降溫三個方面的效果。焦油水洗設備的原理和設計與化工過程中的湍流塔一樣，它的技術關鍵是選用合適的氣流速度、合適的填充材料和合理的噴水量和噴水方式，其主要缺點是有污水產生，必須要有相應的廢水處理裝置。圖7是焦油水洗設備示意圖。</p><p>　　圖7 焦油水洗設備示意圖（見上頁）</p><p>　　6.3.2過濾法

101、 </p><p>　　又稱干法除焦油，它是將吸附性強的材料（如活性炭或粉碎的玉米芯等）裝在容器中，讓可燃氣穿過吸附材料，或者讓可燃氣穿過裝有濾紙或陶瓷芯的過濾器，把可燃氣中的焦油過濾出來。低溫過濾的優(yōu)點是具有除塵、除焦兩個功能，除焦效率也很高，其設計關鍵是阻力計算及控制。另外，為了不產生廢棄物，過濾材料采用可以燃用的生物質是一種較佳的選擇。</p><p>　　6.3.3 催化裂解法

102、</p><p>　　用催化裂解法來減少可燃氣中焦油的含量是現今最有效、最先進的方法。在大中型氣化爐中逐漸被采用，現著重介紹這種除焦方法。</p><p>　　催化裂解法的基本原理</p><p>　　在很高的溫度（1000。C—1200。C）下進行生物質氣化，能把焦油分解成小分子永久性氣體。這種無催化劑的熱裂解過程雖然能達到凈化的目的，但是需達到如此高的溫度困難且

103、不經濟。若在氣化過程中加入裂解催化劑，在750。C—900。C的溫度下就能將絕大部分（甚至達98%）焦油裂解，裂解后的產物與可燃氣成分相似，可直接燃用。[13]</p><p><b>　　催化反應器</b></p><p>　　催化過程是在一定的反應條件下進行的，在生物質的熱化學轉化過程中，熱氣凈化技術本質上可以分為兩個處理過程：氣化爐內裂解和氣化爐外裂解。<

104、/p><p>　　氣化爐內裂解：在這個過程中，催化劑與生物質一同加入氣化爐內，發(fā)生一系列的催化化學反應，催化劑可配成溶液與生物質濕混后進入氣化爐；也可以把它磨成細粉后與生物質干混后進入氣化爐，這個過程充分利用了生物質部分氧化產生的能量，催化反應條件是相同的，氣化爐出口燃氣中焦油含量大大降低，但是由于催化劑無法回收，故應使用非常廉價的催化劑。</p><p>　　氣化爐外裂解：在這個過程中，焦油

105、裂解反應器位于氣化爐的下游，由于反應器獨立于氣化爐存在，因此可以采用與氣化過程完全不同的反應條件，廣泛地選擇性能優(yōu)異的催化劑，并且催化劑可反復再生使用。</p><p><b>　　催化劑的選用</b></p><p>　　白云石：其基本組成是30%的CaO、21%的MgO、45%的CO2，同時還有少量的SiO2、Fe2O3和Al2O3。由于它價廉易得，且能顯著地降低

106、生物質燃氣中焦油的含量，所以引起了各國學者的廣泛關注。它既可以與生物質干混后直接進入氣化爐裂解焦油，也可以在獨立的焦油催化裂解爐中凈化燃氣。研究還表明，白云石中Fe2O3含量越高，對焦油的裂解能力越強，在獨立的焦油裂解爐中，生物質燃氣經富含Fe2O3的白云石凈化后，焦油轉化率可達95%，氣體產物增加了10%—20%，低位熱值增加了15%。雖然白云石有很多優(yōu)點，提高溫度和增加壓力都能提高焦油的轉化率，但是即使在（800—900。C）條件下

107、也未能達到100%的焦油轉化率，且白云石作催化劑裂解生物質焦油同時也存在一個很大的缺陷，即白云石的活性隨著反應的進行而很快降低，這種現象在流化床反應器中尤其明顯。因此，為使焦油裂解過程連續(xù)進行，白云石需頻繁更換，研究表明通過增加進氣中水蒸氣的含量，以促進水蒸氣與沉積碳之間的反應，可有效也減少積碳，維持催化劑較高的活性。</p><p>　　堿金屬催化劑：堿金屬催化劑一般采用生物質顆粒干混或濕浸的方式加入氣化爐中，