PDF《我国生物质热解与混燃新技术分析及展望》

2006 年底,全国累计生物质能发电装机容量已达

220 万千瓦,完成生物质气化及垃圾发电

3 万千瓦,在建 的还有

9 千瓦, 已建农村户用沼气池

1870 万口. 之后 又出台了相应的发展生物质能的配套措施及法律,如 《可再生能源法》,明确了可再生能源包括生物质能 在现代能源中的地位,并在政策上给予支持,以实现 可持续发展的能源战略. 3. 生物质的热解及其现状 3.1 生物质热解技术 一般来说,生物质热解是指生物质在无空气等氧 化气氛情形下发生的不完全热降解,以生成炭、可冷 凝液体和气体产物的过程,是一种不可缺少的热化学 转换过程. 根据反应温度和加热速率的不同,生物质热解工 艺可分为慢速、常规和快速热解.慢速热解主要生成 木炭;

中温及中等反应速率的热解可制成相同比例的 气体、液体和固体产品;

快速热解使生物质中的有机 高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分 子,从而最大限度的获得液体产品.可见,生物质热 解产物形式多样,生成的可燃物质可满足不同领域, 不同工程、工艺和设备的要求. 3.2 生物质热解的现状 生物质热裂解有明显的优点:1) 生物质热解产物 为燃气、焦油或半焦,可以根据不同的需要加以利用. 2)热解不需要催化剂,产物包括了可燃气体、液体和 固体. 3) 无论在热解过程还是热解产物的燃烧, 都可 有效的较低污染的排放, 简化污染控制. 4) 生物质中 的硫、 重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中,可以 从中回收金属元素,用于化工或冶金行业, 进一步减少 环境污染. 但是, 我国生物质热解技术方面的研究进展较慢, 主要是因为研究以单项技术为主,缺乏系统性,且未 考虑技术的综合运用及其与其他新能源的联合应用, 欧美等国相比于我国,则更注重技术的开发,特别是 在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以 及生物燃油对发动机性能的影响等方面,我国与其存 在明显差距.

4 生物质热解反应器概述 4.1 生物质反应器分类 (1) 机械接触式反应器: 通过一灼热的反应器表 面直接或间接的与生物质接触,从而将热量传递到生 物质而使其高速升温达到快速热解,,

主要的热量传 递方式是热传导.比如:烧蚀热解反应器等. (2) 间接式反应器: 是由一高温表面或热源提供 生物质热解的所需热量,主要的热量传递方式为热辐 射. (3) 混合式反应器: 借助热气流或气固多相流对 生物质进行快速加热,其主导热量方式为对流换热. 常见的循环流化床就是归于此类. 5. 生物质热解新技术研究 5.1 喷动循环流化床的生物质热解 5.1.1 典型循环流化床的原理 对于生物质来说,流化床是理想的热解设备,因 为它适用于大多数通常不易燃烧、热值小,处理能耗 高的物质.其可有效地提高热解效率,减少污染.循 环流化床快速热解设备的工作原理是使热裂解副产品 炭用于提供反应所需热量,利用反应器底部的常规沸 腾床内物料燃烧获得的热量加热砂子,加热的砂子随 着高温燃烧生产的气体向上穿过循环流化床进入反应 器与生物质混合并传递给生物质热量.生物质获得热 量后发生热裂解反应,生成炭和挥发分. 挥发分导出循 环流化床,产物炭和气体带出的砂子通过旋风分离器 又回到燃烧室. 5.1.2 典型喷动床的原理 喷动床是一种特殊条件下的流化床.其内装有较 为粗大的颗粒,流体经由位于圆锥形底部中心处的一 个小孔(喷嘴)垂直向上射入,形成一个随流体流速的 增高而逐渐上延伸的射流区.当流体喷射速度足够高 时,该射流区将穿透床层而在颗粒床层内产生一个迅 速穿过床层中心向上运动的稀相气固流栓.当这些被 流体射流夹带而高速向上运动的粒子穿过环绕四周缓 慢向下移动的颗粒床层而升至高过床层表面的某一高 度时,由于流体速度的骤然减低,颗粒会像喷泉一样因 重力回落到环隙区表面而形成喷泉区.这些回落的颗 粒沿环隙区缓慢向下移动至床层下部,然后又渗入喷 射区被重新夹带上来而形成颗粒的极有规律的内循 环. 5.1.3 喷动循环流化床的研究 顾名思义,喷动循环流化床具有 喷动 和 流化 的双重特性.其中 循环 是指快速热解过程中 所产生的不可冷凝气体用作循环流化介质,这实现了 三者的有机结合.该设备基本消除了环隙区底部 死区 的出现及易黏结颗粒的团聚, 解决了传统流化床 内分层和节涌的问题,也无喷动床内环形区气固接触 不良和高床层时喷动不稳定的缺点,且操作弹性大, 易于调节,与生物质在流化床内的热解相比,喷动循 环流化床作为生物质快速热解反应器的液体产率有明 显提高. 5.1.4 一些技术设想 (1) 如果在物料与砂子充分混合之后, 在开始快 速传热的同时就使物料发生热解反应,相信会对热解 的效率更好一些,至于未完全热解的物料,可在随后 进入喷动流化床内再不断循环, 直至完全热解. 这样, 既节约了加热的经济成本,使热解设备的结构更加紧 凑,同时,也使物料充分热解,提高产率;