一、工作原理
生物质原料进入气化炉后,炉内的化学过程主要包括燃烧反应、热分解反应和还原反应。部分原料与氧气燃烧,提供热分解所需的热量,大部分生物质在缺氧条件下发生热分解反应,析出挥发份和焦碳,挥发份在高温反应区内停留发生二次反应,使焦碳、灰尘进入燃气净化装置,部分焦碳通过除尘器后回流进入气化炉参加反应。气相焦油通过冷凝、水洗除去,净化后的燃气达到内燃机的要求。
二、运行参数和气体成分
本装置用空气作气化介质,运行温度控制在650~850℃,生物质气化后的可燃气中包括N2、O2、H2、CO2、CO、CH4和CnHm等成份,气体热值在4600~6300kj/Nm3之间。
以1MW谷壳气化发电装置为例,气化炉点火成功后,发电系统进入运行状态,同其它生物质相比,谷壳的灰份含量高达15%以上,当温度超过850℃时,谷壳灰便会发生熔融结渣现象,堵住炉内排渣口,影响气化炉的正常运行,因此,炉内温度的控制十分关键。正常情况下,气化炉的反应温度应稳定在750~850℃左右。当炉内温度为820℃时,气体成分和热值如表2所示。
表2 820℃条件下的气体成份和热值
炉内温度
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气体成份
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气体热值
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℃
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CO2
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CO
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CH4
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CnHm
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H2
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N2
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O2
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kJ/Nm3
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820
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16.3
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16.5
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6.71
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1.3
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4.17
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55.3
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1.0
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5667
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三、工作流程及配套设备
1、工作流程图
生物质循环流化床气化发电装置主要由进料机构,燃气发生装置,燃气净化装置,燃气发电机组,控制装置及废水处理设备六部分组成,其流程如图1所示。
流程说明如下:
进料机构:特殊设计的进料机构采用螺旋加料器,动力设备是电磁调速电机。螺旋加料器既便于连续均匀进料,又能有效地将气化炉同外部隔绝密封起来,使气化所需空气只由进风机控制进入气化炉,电磁调速电机则可任意调节生物质进料量。
燃气发生装置:气化装置采用循环流化床气化炉,它主要由进风机,气化炉和排渣螺旋构成。生物质在气化炉中经高温热解气化生成可燃气体,气化后剩余的灰份则由排渣螺旋及时排出炉外。
燃气净化装置:燃气需经净化处理后才能用于发电,燃气净化包括除尘、除灰和焦油等过程。本装置采用多级复合的除尘技术:例如***级,惯性除尘器,除尘效率60%,第二级,旋风分离器,除尘效率90%,第三级,文氏管除尘器,效率达98%,经过三级除尘,燃气中的固体颗粒和微细粉尘基本被清洗干净,除尘效果较为彻底;燃气中的焦油采用吸附和水洗的办法进行清除,主要设备是两个串联起来的喷淋塔。
燃气发电装置:采用低热值燃气发电机组。
图1 生物质循环流化床气化发电装置流程图(略)
2、配套低热值燃气发电机组
利用燃气预混过程和控制原理,对柴油发电机进行改装,在不增压的情况下,低热值燃气发电机组的功率输出达200-500kW左右,发电热效率提高到29%以上。低热值燃气发电机组以谷壳、木粉、秸秆等农林业废弃物气化气为动力燃料驱动,其主要结构特点是:
(1)采用符合燃气性能要求的低压缩比;
(2)采用机外单体的混合器结构、简单可靠的电点火系统、特殊成套的生物质燃气发生炉装置和燃气的防爆措施,来保证燃气发电机组的正常安全运行。
3、技术参数
(1)气化炉
表3 部分规格气化炉技术参数
规格 项目 |
200kW
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400kW
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600kW
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800kW
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1000kW
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产气量(Nm3/h) |
600
|
1200
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1800
|
2400
|
3000
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气化炉外形尺寸 (外径×高度) |
φ1480×7000
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φ1680×7524
|
φ1950×7950
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φ2380×7950
|
φ2480×7950
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气化炉净重(吨) |
18
|
21
|
28
|
30
|
35
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冷却水量(吨/小时) |
20
|
30
|
50
|
50
|
70
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自耗功率 |
25kW
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30kW
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40kW
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45kW
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60kW
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原料耗量(kg/kWh) |
谷壳:1.7~1.9
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运行温度 |
700℃~800℃
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炉内压力 |
-1000Pa~+3000Pa
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除灰除焦方式 |
水洗除焦、螺旋干式排灰
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气化效率 |
65%~75%
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气体热值 |
4600~6300kj/Nm3
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