生物质全气化技术的应用及设备介绍

        据能源专家对生物质能源发展的预测，生物质能源在我国的发展需经历三个阶段，第一阶段：2001-2010，第二阶段：2010-2030，在这个阶段，植物生物质绿色能源转化技术得到普遍推广和应用；第三阶段：（2031-2050），建立起安全可靠的植物生物质能源生产供应体系，并形成产业规模。
        下面介绍一下在生物质能源发展推力上不可缺少的技术——生物质气化技术。
        什么是生物质气化技术？
        生物质燃料在高温及缺氧条件下，热解产生一氧化碳与气化介质(通常有空气、氧气、水蒸气或氢气)，在一定条件下发生热化学反应，产生以CO、H2或CH4为主要成分的可燃气体的转化过程。

生物质全气化制气原理
        为了提供反应的热力学条件，气化过程需要供给空气或氧气，使原料发生部分燃烧，尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气中，气化后的产物含有H2、CO及低分子的CmHn等可燃性气体。整个过程可分为：干燥、热解、氧化和还原。
　　1.干燥过程
　　生物质进入气化炉后，在热量的作用下，析出表面水分。在200～300℃时为主要干燥阶段。

　　2.热解反应
　　当温度升高到300℃以上时开始进行热解反应。在300～400℃时，生物质就可以释放出70%左右的挥发组份，而煤要到800℃才能释放出大约30%的挥发份。热解反应析出挥发份主要包括水蒸气、氢气、一氧化碳、甲烷、焦油及其他碳氢化合物。

　　3.氧化反应
　　热解的剩余木炭与引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物干燥、热解和后续的还原反应，温度可达到1000～1200℃。

　　4.还原过程
　　还原过程没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸汽与还原层中木炭发生反应，生成氢气和一氧化碳等。这些气体和挥发份组成了可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。

气化工艺
　　生物质气化有多种形式，如果按气化介质可以分为使用气化介质和不使用气化介质两种，前者又可以细分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、氢气气化等，后者有热分解气化。不同气化技术所得到的热值不同，因而应用领域也有所不同。不同气化工艺技术产生可燃性气体的热值及其主要的用途。

气化设备
　　气化炉是生物质气化反应的主要设备。按气化炉的运行方式不同，可以分为固定床、流化床和旋转床三种类型。国内目前生物质气化过程所采用的气化炉主要为固定床气化炉和流化床气化炉。

        固定床气化炉是一种传统的气化反应炉。固定床气化炉可以分为上吸式、下吸式和横吸式气化炉。
　　在上吸式气化炉中，生物质原料由炉顶加入，气化剂由炉底部进气口加入，气体流动的方向与燃料运动的方向相反，向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干、裂解、气化。其主要优点是产出气在经过裂解层和干燥层时，将其携带的热量传递给物料，用于物料的裂解和干燥，同时降低自身的温度，使炉子的热效率提高，产出气体含灰量少。

生物质气化炉特点
        在充分考虑气化炉优点的基础上，利用独有技术增加反应过程强度使生物质气化速度更快更稳定，加速了裂解反应，提高了原料的热能利用率，在二次科学合理给氧的条件实现生物质气的充分高效率燃烧，根本上解决了对燃烧设备和锅炉的影响。从长期的实践情况看，全气化燃烧方式操作简单，安全高效、应用范围广、故障率低，自动化程度高、运行稳定；使用维护方便，燃尽率和热效率高，可规模化应用于工农业生活生产热能配套替换，从而达到更经济环保节能的目的和效果。

生物质气化炉燃烧系统
        控制系统，供料系统，投料系统，燃气气化系统，除渣系统，冷却系统，燃气输送系统，燃烧系统，和安全防爆系统等组成。气化炉控制系统与锅炉控制系统共用信号源，按照热能工况需求工作，自动化程度高。

生物质气化设备区别于传统的生物质直燃机和锅炉直接燃烧

生物质气化技术的应用
　　1.生物质气化供气
　　生物质气化供气技术是指气化炉产出的生物质燃气，通过相应的配套装备，完成为居民供应燃气的技术。生物质气化供气系统工艺流程见图3。

        生物质原料首先经过处理达到气化炉的使用条件，然后由送料装置送入气化炉中，不同类型的气化炉需要配备不同的送料装置。所产生的可燃气体，在净化器中除去灰尘和焦油等杂质。经过净化后的气体经过水封，由鼓风机送入储气罐中，水封相当于一个单向阀，只允许燃气向储气罐中流动。储气罐出口的阻火器是一个重要的安全设备。最后，燃气通过燃气供应网统一输送给用户。

        2.生物质气化发电技术
　　生物质气化发电技术是目前研究与应用最多、装备最为完善的技术。目前，生物质气化发电有三种方式：
　　a.作为蒸汽锅炉的燃料燃烧生产蒸汽带动蒸汽轮机发电。这种方式对气体要求不是很严格，直接在锅炉内燃烧气化气。气化气经过旋风分离器除去杂质和灰分后即可使用。燃烧器在气体成分和热值有变化时，能够保持稳定的燃烧状态，排放污染物较少。
　　b.在燃气轮机内燃烧带动发电机发电。这种方式对气体的压力有要求，一般为10～30kg/cm2。该种技术存在灰尘、杂质等污染问题。
　　c.在内燃机内燃烧带动发电机发电。这种方式应用广泛，效率高。但是该种方法对气体要求极为严格，气化气必须经过净化和冷却处理。
       生物质能在能源系统中占有重要地位。而生物质气化技术的应用还处于初期，未来发展空间巨大。