Περίληψη: Ως ανανεώσιμη καθαρή ενέργεια, η τεχνολογία αεριοποίησης βιομάζας έχει αναπτυχθεί δυναμικά.Αυτή η εργασία εισάγει εν συντομία τις βασικές αρχές αεριοποίησης βιομάζας και τους τύπους διαδικασιών αεριοποίησης, και επεξηγεί τις αρχές λειτουργίας και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των κύριων τύπων αεριοποιητών.Η απόδοση αεριοποίησης είναι υψηλή, αλλά η δομή είναι πολύπλοκη.Η ανάλυση των χαρακτηριστικών του αεριοποιητή έχει καθοδηγητική σημασία για το σχεδιασμό και τη λειτουργία του έργου αεριοποίησης βιομάζας.
εισαγωγή
Με την ολοένα και πιο σοβαρή παγκόσμια ενεργειακή κρίση και την καταστροφή του οικολογικού περιβάλλοντος, η βιομάζα, ως ανανεώσιμη καθαρή ενέργεια, είναι ο τέταρτος μεγαλύτερος πόρος μετά το πετρέλαιο, τον άνθρακα και το φυσικό αέριο και έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή.Η τεχνολογία αεριοποίησης βιομάζας μπορεί όχι μόνο να παρέχει αέριο και παραγωγή ενέργειας, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση μεθανόλης και αμμωνίας.Διαθέτει επαρκή τεχνική ευελιξία, καλή καθαριότητα, υψηλή οικονομία και υψηλή απόδοση.Χώρες σε όλο τον κόσμο προωθούν ενεργά την έρευνα για την τεχνολογία αεριοποίησης βιομάζας.
1 Η αρχή της αεριοποίησης βιομάζας
Η αεριοποίηση βιομάζας είναι μια συλλογή πιο πολύπλοκων αντιδράσεων.Από μακροσκοπική άποψη, μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα στάδια αντίδρασης: ξήρανση, πυρόλυση, οξείδωση (καύση) και αναγωγή.
Η ξήρανση είναι μια απλή φυσική διαδικασία, η οποία συμβαίνει κυρίως μεταξύ 100 και 150 °C και η όλη διαδικασία χρειάζεται να απορροφήσει πολλή θερμότητα.Όταν η θερμοκρασία φτάσει πάνω από 15 °C, η βιομάζα αρχίζει να υφίσταται πυρόλυση, τα πτητικά κατακρημνίζονται και ο άνθρακας αφήνεται να σχηματίσει ένα στρώμα για περαιτέρω αντιδράσεις.Τα αέρια προϊόντα της πυρόλυσης βιομάζας περιλαμβάνουν CO, CO2, CH4, H2, κ.λπ., τα οποία θα υποστούν αντίδραση οξείδωσης (καύση) με οξυγόνο και εκπέμπουν πολλή θερμότητα, παρέχοντας αρκετή θερμότητα για την ξήρανση, τις αντιδράσεις πυρόλυσης και αναγωγής και τη διατήρηση της ολόκληρη τη διαδικασία αεριοποίησης.Επίμονος.Οι υδρατμοί και το CO2 που παράγονται από την αντίδραση οξείδωσης (καύση) θα αντιδράσουν με τον άνθρακα για να δημιουργήσουν H2 και CO, ολοκληρώνοντας έτσι τη μετατροπή του στερεού καυσίμου σε αέριο καύσιμο.Αυτή η διαδικασία είναι μια αντίδραση αναγωγής (ενδόθερμη αντίδραση).Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο έντονη είναι η αντίδραση.Όταν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη από 800°C, η αντίδραση είναι βασικά σε στάσιμη κατάσταση.
2 αεριοποιητές σταθερής κλίνης
Σε έναν αεριοποιητή σταθερής κλίνης, το καύσιμο βιομάζας υφίσταται ξήρανση, πυρόλυση, οξείδωση (καύση) και αναγωγή και μετατρέπεται σε εύφλεκτο αέριο.Σύμφωνα με τη θέση τροφοδοσίας του παράγοντα αεριοποίησης και την ακολουθία ροής μέσω του στρώματος καυσίμου, διακρίνονται ο τύπος αναρρόφησης, ο τύπος αναρρόφησης, ο τύπος διασταυρούμενης αναρρόφησης και ο ανοιχτός τύπος και χρησιμοποιούνται κυρίως οι δύο πρώτοι τύποι αεριοποιητών.
2.1 Ανοδικός αεριοποιητής
Το στρώμα αντίδρασης του αεριοποιητή άνω αναρρόφησης είναι, από πάνω προς τα κάτω, ένα στρώμα ξήρανσης, ένα στρώμα πυρόλυσης, ένα στρώμα αναγωγής και ένα στρώμα οξειδίου.Η βιομάζα τροφοδοτείται στον αεριοποιητή από την κορυφή, πρώτα θερμαίνεται και ξηραίνεται από το αέριο και στη συνέχεια πυρολύεται από τη θερμότητα, κατακρημνίζεται μεγάλη ποσότητα πτητικής ύλης και ο στερεός άνθρακας εισέρχεται στο στρώμα αναγωγής και στο στρώμα οξειδίου κάτω με τη σειρά του .Ο παράγοντας αεριοποίησης τροφοδοτείται από το κάτω μέρος και πρώτα υφίσταται μια αντίδραση οξείδωσης με τον στερεό άνθρακα, απελευθερώνοντας θερμότητα για να αυξηθεί γρήγορα η θερμοκρασία του ρεύματος αερίου και της κλίνης και το ρεύμα αερίου είναι γεμάτο προϊόντα καύσης.Μετά την είσοδο στο αναγωγικό στρώμα, το προϊόν καύσης και ο άνθρακας υφίστανται μια αντίδραση αναγωγής και το ενδόθερμο μειώνει τη θερμοκρασία.Όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από τους 800 °C, ο ρυθμός αντίδρασης γίνεται αργός και ακόμη σταματά.Η ροή αέρα συνεχίζει προς τα πάνω, παρέχοντας θερμότητα για την πυρόλυση και το στέγνωμα του καυσίμου.
2.2 Αεριοποιητής Downdraft
Το στρώμα αντίδρασης του αεριοποιητή προς τα κάτω είναι, από πάνω προς τα κάτω, ένα στρώμα ξήρανσης, ένα στρώμα πυρόλυσης, ένα στρώμα οξειδίου και ένα στρώμα αναγωγής.Υπάρχουν δύο τύποι αεριοποιητών καθοδικής ροής ανάλογα με τη θέση όπου παρέχεται ο παράγοντας αεριοποίησης: ο ένας είναι αεριοποιητής καθοδικής ροής με τμήμα μεσαίου λαιμού και ο παράγοντας αεριοποίησης παρέχεται από το πάνω μέρος του μεσαίου τμήματος λαιμού.;Ο δεύτερος είναι ένας αεριοποιητής προς τα κάτω χωρίς ενδιάμεσο τμήμα λαιμού και ο παράγοντας αεριοποίησης παρέχεται από το επάνω μέρος.Η αρχή λειτουργίας του αεριοποιητή προς τα κάτω είναι βασικά η ίδια με αυτή του τύπου ανοδικής ροής, με τη διαφορά ότι η θερμότητα που απαιτείται για το στέγνωμα του καυσίμου και την πυρόλυση προέρχεται από το κατώτερο στρώμα οξειδίου.
3 αεριοποιητής ρευστοποιημένης κλίνης
Ο κύριος μηχανισμός αντίδρασης αεριοποίησης της ρευστοποιημένης κλίνης και της σταθερής κλίνης είναι βασικά ο ίδιος, αλλά δεν υπάρχει εμφανής σταθερή κλίνη.Επί του παρόντος, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι ρευστοποιημένης κλίνης: ρευστοποιημένη κλίνη με φυσαλίδες, ρευστοποιημένη κλίνη κυκλοφορίας και διπλή ρευστοποιημένη κλίνη.
3.1 Αεριοποιητής ρευστοποιημένου κρεβατιού με φυσαλίδες (BFB)
Σε μια ρευστοποιημένη κλίνη με φυσαλίδες, όταν η ταχύτητα του αερίου υπερβαίνει την κρίσιμη ταχύτητα του αερίου ρευστοποίησης, τα στερεά αρχίζουν να ρευστοποιούνται, εμφανίζονται φυσαλίδες στην κλίνη και μια ζώνη πυκνής φάσης όπου τα σωματίδια συσσωματώνονται και μια ζώνη αραιής φάσης που κυριαρχείται από φυσαλίδες εμφανίζεται.
Το σώμα του κλιβάνου είναι σχετικά παχύ και παχύ, και το κάτω μέρος είναι η περιοχή πυκνής φάσης με εμφανές στρώμα κλίνης.Η αντίδραση αεριοποίησης συμβαίνει κυρίως στην περιοχή πυκνής φάσης.Προκειμένου να αποτραπεί η διοχέτευση του καυσίμου λεπτών σωματιδίων από την περιοχή πυκνής φάσης από τη ροή αέρα, το πάνω μέρος του κλιβάνου έχει σχεδιαστεί με ένα τμήμα διαστολής για μείωση της ταχύτητας του αερίου., το οποίο επίσης παρατείνει το χρόνο αντίδρασης του καυσίμου στην περιοχή αραιής φάσης.
3.2 Αεριοποιητής ρευστοποιημένης κλίνης κυκλοφορίας (CFB)
Το σώμα του κλιβάνου του αεριοποιητή CFB είναι λεπτό και λεπτό, και ένας διαχωριστής κυκλώνων είναι εγκατεστημένος στην επάνω έξοδο του κλιβάνου για να διαχωρίζει και να συλλέγει στερεά σωματίδια υψηλής θερμοκρασίας και να τα στέλνει πίσω στον κλίβανο.
Η κλίνη CFB γεμίζει ολόκληρο τον χώρο του δοχείου και δεν υπάρχει ζώνη πυκνής φάσης και ζώνη αραιής φάσης.Η απαραίτητη προϋπόθεση για τη διατήρηση της συγκέντρωσης των σωματιδίων στην κλίνη είναι μια υψηλή ποσότητα στερεών σωματιδίων που κυκλοφορούν.Μόλις η κυκλοφορία δεν είναι καλή, όλα τα σωματίδια στο κρεβάτι μπορεί να φουσκώσουν.Λόγω των φτωχών χαρακτηριστικών ρευστοποίησης των καυσίμων βιομάζας, οι αεριοποιητές CFB χρησιμοποιούν βασικά την άμμο ως βοηθητικό μέσο ρευστοποίησης.
Ο αεριοποιητής CFB έχει δύο χαρακτηριστικά: ο ρυθμός ροής αερίου είναι υψηλός, γενικά μεταξύ 4~7 m/s, η κλίνη λειτουργεί στη ζώνη ταχείας ρευστοποίησης.ο υψηλός ρυθμός κυκλοφορίας των σταθερών σωματιδίων είναι μεταξύ 10~20.
3.3 Αεριοποιητής διπλής ρευστοποιημένης κλίνης (DFB)
Ο αεριοποιητής διπλής ρευστοποιημένης κλίνης υιοθετεί δύο φούρνους ρευστοποιημένης κλίνης, ο ένας είναι αεριοποιητής και ο άλλος φούρνος καύσης.Το καύσιμο βιομάζας προστίθεται στον αεριοποιητή με καυτή άμμο ως υλικό κλίνης, και η ποσότητα της άμμου απορροφάται και διεξάγεται η αντίδραση πυρόλυσης.Το προϊόν αερίου μεταφέρει τον υπολειμματικό άνθρακα και την άμμο και διαχωρίζεται στον διαχωριστή.Το διαχωρισμένο υπόλειμμα άνθρακα και η άμμος καίγονται με τον αέρα στον κλίβανο καύσης για να θερμανθεί η άμμος και η καυτή άμμος μεταφέρεται από τα καυσαέρια και διαχωρίζεται από τον διαχωριστή και η καυτή άμμος επιστρέφει στον αεριοποιητή.Το εξαιρετικό χαρακτηριστικό του αεριοποιητή DFB είναι ότι τα σωματίδια καυσίμου μεταφέρονται στους δύο κλιβάνους ρευστοποιημένης κλίνης χρησιμοποιώντας την ισχυρή ικανότητα μεταφοράς της ρευστοποιημένης κλίνης.
4 Χαρακτηριστικά διαφόρων τύπων αεριοποιητών
Ο αεριοποιητής σταθερής κλίνης έχει απλή δομή, ευρεία προσαρμοστικότητα πρώτων υλών, μέγεθος σωματιδίων έως 100 mm, χαμηλή ευαισθησία στη σκωρίαση και χαμηλή περιεκτικότητα σε ιπτάμενη τέφρα, αλλά είναι κατάλληλος μόνο για εργασίες αεριοποίησης μικρής κλίμακας και είναι δύσκολο να κλιμακωθεί .
Ο αεριοποιητής ρευστοποιημένης κλίνης έχει υψηλή απόδοση αεριοποίησης και υψηλή θερμογόνο δύναμη, αλλά η δομή του είναι σχετικά πολύπλοκη.Έχει ορισμένες απαιτήσεις σχετικά με το μέγεθος των σωματιδίων, την ομοιομορφία, την περιεκτικότητα σε νερό και τη φυσική γωνία συσσώρευσης του καυσίμου.Είναι ευαίσθητο στη σκωρία και η περιεκτικότητα σε αέρια ιπτάμενη τέφρα Εάν είναι πολλά, πρέπει να είναι εξοπλισμένο με σύστημα αφαίρεσης σκόνης και καθαρισμού.Επί του παρόντος, μεγάλης κλίμακας έργα αεριοποίησης βιομάζας υιοθετούν σταδιακά την τεχνολογία αεριοποιητών ρευστοποιημένης κλίνης υπό πίεση.
5. Συμπέρασμα
Επί του παρόντος, οι παγκόσμιες απαιτήσεις εκπομπών άνθρακα γίνονται όλο και πιο αυστηρές και η σημασία της βιομάζας με τα χαρακτηριστικά της «μηδενικής εκπομπής άνθρακα» γίνεται ολοένα και πιο εμφανής.Αυτή η εργασία εισάγει εν συντομία την αρχή της αεριοποίησης βιομάζας και συγκρίνει και αναλύει διαφορετικούς τύπους αεριοποιητών.Μπορεί να φανεί ότι η σταθερή κλίνη και η ρευστοποιημένη κλίνη έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα, αλλά η ρευστοποιημένη κλίνη είναι πιο κατάλληλη για μεγάλης κλίμακας και είναι η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης, έτσι ώστε να φέρει λίγη καθοδηγητική σημασία στο σχεδιασμό και τη λειτουργία του έργα αεριοποίησης βιομάζας.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-29-2022