生物质气化炉的发展现状
2022-01-12
生物质气化炉是生物质气化系统中的核心设备，生物质在气化炉内进行气化反应，生成合成气。生物质气化炉可以分为固定床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉(EF)及等离子体气化炉(Plasma)等类型。
一、固定床气化炉
固定床气化炉中气化反应是在一个相对静止的物料床层中进行，即物料相对于气流来说，是处于静止状态。物料在炉内基本上是有层次的分为四个阶段，即干燥阶段、热解阶段、燃烧阶段、还原阶段。固定床气化炉的炉内反应速度较慢。根据炉内气化剂的流动方向，可将固定床气化炉分为四类：上吸式、下吸式、横吸式和开心式。固定床气化炉的优点：气化炉结构简单、投资少、运行可靠、操作比较容易，对原料的种类及粒度要求不高。缺点：固定床气化炉通常产气量比较小，多用于小型气化站、小型热电联产或户用供气，不适合大规模的生产
二、流化床气化炉
颗粒状的物料被送入炉内，并掺有精选的惰性材料(砂子和橄榄石等)作为流化床材料，在炉体底部以较大压力通入气化剂，使炉内呈沸腾、鼓泡等不同状态，物料和气化剂充分接触，发生气化反应。按气化炉结构和气化过程，可将流化床气化炉分为：鼓泡流化床(BFB)、循环流化床(CFB)及双流化床(Dual)(各气化炉的技术指标见表3)。流化床气化炉的优点：温度稳定均匀；使用燃料颗粒很细小，传热面积大；气化效率高；适用于连续运转，适合大规模的商业应用。
三、气流床气化炉(EF)
已被粉碎的原料和被加压的气化剂(氧气或水蒸气)从塔顶同时进入气化炉。塔顶部的湍流火焰燃烧部分原料，为整个气化过程提供足够的热量，气化炉内的温度达到1300℃。气流床的特点：合成气出炉的温度可达1300℃，大部分焦油可在半焦气化过程中裂化，出炉的合成气中几乎不含焦油；气化炉壁上的灰融物可当作熔渣除去。
四、等离子体气化炉
原料从塔顶进入气化炉，接触到常压、温度为500～1500℃的由电生成的等离子体后，原料中有机物转化为高质量的合成气，无机物变成玻璃化的惰性熔渣。这种炉的气化效率很高，得到不含焦油的合成气。等离子弧也可以用于净化合成气。
气化炉是气化过程的最关键设备，选择用于生产液体燃料的生物质气化炉时需要从五个方面进行考虑：对原料的要求、生产合成气的质量、研发状态和操作经验、规模放大的潜力、成本。综合分析可用于合成液体燃料气化炉的性能比较如表3所示。常用的生物质大规模气化制合成气的气化炉主要有BCL(Battelle)双流化床气化炉和ITG(Institute of Gas Technology)鼓泡流化床气化炉，还有CHOREN公司新开发的Carbo－V气流床气化炉。
BCL气化炉是常压、间接加热的双流化床气化炉，气化反应以深度热解为主。气化炉由流化床气化反应器和半焦燃烧室组成。经过干燥的生物质原料从气化反应器下部进入，从底部通入蒸汽作气化介质，蒸汽与木材比(质量比)为0．4。使用合成橄榄石作为流化介质和热载体，在气化反应器和半焦燃烧器之间循环。
IGT气化炉是吹氧式、高压鼓泡流化床气化炉，因反应气体中含氧高，燃烧部分生物质提供热量，不需另加入能量；如果改用空气送氧，生成气中还含一定量的氮气。IGT压力气化炉在提高蒸汽用量后，可按“最大氢气量”模式操作，IGT压力气化炉生产的合成气含CO2较高(30%～35%，干基)。合成气中的甲烷组分可经过重整生成氢气，也可直接用作透平燃料；生成气的H2/CO=1．4/1。
Carbo－V气流床气化炉经过预处理的生物质原料首先在回转式气化炉中进行低温气化，生成可燃气和焦炭组分。含焦油的可燃气体经过烧嘴进入Carbo－V高温气化炉，从炉顶送入预热的空气/氧气。
低温气化生成的焦炭也送入Carbo－V高温气化炉中部，最终生成不含焦油的合成气。Carbo－V气化炉的优点：合成气中不含焦油，无需采用催化净化处理；气化效率较高，达到80%以上；合成气可用作发电燃料，发电效率可达40%；原料来源广泛，可加工各种干燥后的含碳原料；可将灰分转化为适用于建筑材料的熔渣颗粒；合成气中的氢含量高，每千克原料产氢1．2m3。2008年在德国建立了年产合成柴油15000t的商业工厂，我国也在2008年引进该技术建立了以煤为原料的25000MW的发电厂。
