生物质气化技术课件.ppt
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1、結束放映生物质气化技术课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望結束放映7.1 氣化的基本原理7.1.1 氣化原理n為了方便描述生物質氣化過程,將結合生物質下吸式爐的氣化過程(圖7.1)說明生物質氣化的基本原理。結束放映圖7.1 生物質氣化原理結束放映n1.乾燥層n2.熱解層(乾餾層)n3.氧化層 熱解的剩餘物木炭與被引入的空氣發生劇烈反應,同時釋放出大量的熱,以支持其他區域反應進行。氧化層的反應速率較快,高度較低。在氧化層,温度可以達到10001200
2、,揮發分參與燃燒後進一步降解。主要化學反應為CO2CO22CO22CO2COO22CO22H2O22H2O結束放映n4.還原層 還原層中沒有氧氣存在,氧化層中的燃燒產物及水蒸氣與還原層中木炭發生還原反應,生成了氫氣和一氧化碳等。這些氣體和揮發分等形成了可燃氣體,完成了固體生物質向氣體燃料轉化的過程。因為還原反應為吸熱反應,温度相應的降低到700900,所需的熱量由氧化層所提供,反應速率較慢,因此還原層的高度超過氧化層。主要化學反應為CH2OCOH2CCO22COC2H2CH4 結束放映7.1 氣化的基本原理7.1.2 氣化過程的指標n1.氣體產率n2.氣化强度n3.氣化效率 又稱冷氣體熱效率,
3、指單位質量生物質氣化所得到的燃氣在完全燃燒時放出的熱量與氣化使用的生物質發熱量之比,是衡量氣化過程的主要指標氣化效率(%)結束放映7.1 氣化的基本原理n4.熱效率n5.燃氣熱值 燃氣的熱值可用氣體燃料量熱計測定。由於氣體燃料是由若干可燃和不可燃氣體混合而成,這些可燃氣體的 已由試驗精確測定(參見表7.1),因此如果已知氣體燃料的體積成分ri,可用以下公式進行計算結束放映7.1 氣化的基本原理7.1.3 氣化的分類n對於生物質氣化過程的分類有多種形式。如果按照製取燃氣熱值的不同可分為:製取低熱值燃氣方法(燃氣熱值低於8374kJ/m3),製取中熱值燃氣方法(燃氣熱值為1674733494kJ/
4、m3),製取高熱值燃氣方法(燃氣熱值高於33494kJ/m3);如果按照設備的運行方式的不同,可以將其分為固定床、流化床和旋轉床。如果按照氣化劑的不同,可以將其分為乾餾氣化、空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、水蒸氣空氣氣化和氫氣氣化等,如圖7.2所示。結束放映7.1 氣化的基本原理圖7.2 生物質氣化技術的分類結束放映7.1 氣化的基本原理氣體名稱低位發熱量氣體名稱低位發熱量kJ/kgkJ/m3kJ/kgkJ/m3氫氣一氧化碳甲烷乙烷12003610111500494752010743126363570963581丙烷乙烯丙烯乙炔648864719445812910295946986407564
5、51表 7.1各種氣體的低位發熱量(25)結束放映7.2 生物質氣化設備n生物質氣化反應發生在氣化爐中,是氣化反應的主要設備。在氣化爐中,生物質完成了氣化反應過程並轉化為生物質燃氣。針對其運行方式的不同,可將氣化爐分為固定床氣化爐和流化床氣化爐,而固定床氣化爐和流化床氣化爐又分別具有多種不同的形式,如圖7.3所示。結束放映7.2 生物質氣化設備圖7.3 生物質氣化爐的分類結束放映7.2 生物質氣化設備7.2.1 固定床氣化爐 固定床氣化爐的氣化反應一般發生在相對静止的床層中進行,生物質依次完成乾燥、熱解、氧化和還原反應。根據氣流運動方向的不同,固定床氣化爐可分為下吸式、上吸式和横吸式。n1.上
6、吸式固定床氣化爐見圖7.4(a)n2.下吸式固定床氣化爐見圖7.4(b)n3.横吸式固定床氣化爐結束放映圖7.4 固定床氣化爐原理示意圖結束放映圖7.5 下吸式固定床氣化爐結構示意圖結束放映圖7.6 橫吸式固定床氣化爐工作原理示意圖結束放映7.2 生物質氣化設備7.2.2 流化床氣化爐n流化床氣化爐可分鼓泡床氣化爐、循環流化床氣化爐、雙床氣化爐和携帶床氣化爐。結束放映n1.鼓泡床氣化爐圖7.7結束放映n2.循環流化床氣化爐 圖7.8結束放映n3.雙床氣化爐 圖7.9結束放映7.2 生物質氣化設備n4.携帶床氣化爐特性上吸式固定床下吸式固定床鼓泡流化床循環流化床原料適應性適用不同形狀尺寸原料,含
7、水率15%45%大塊原料不經預處理可直接使用原料尺寸要求較為嚴格10mm適應不同種類原料,要求細顆粒燃氣特性焦油含量高,需要複雜浄化處理焦油經高温區裂解,含量少焦油含量較少,燃氣成分穩定焦油含量少,產氣量大,氣體熱值高設備特點結構簡單結構簡單氣流速度受到限制單位容積的生產能力最大表7.2結束放映7.3 生物質燃氣7.3.1 生物質燃氣特性n生物質燃氣是由若干可燃氣體、不可燃成分以及水蒸氣組成的混合氣體。與固體生物質相比,易於運輸和儲存,提高了燃料的品質。n不同氣化技術可燃氣熱值的區別見表7.3,空氣氣化下吸式氣化爐的燃氣成分見表7.4。結束放映7.3 生物質燃氣類型下吸式上吸式横吸式鼓泡床循環
8、床雙流床携帶床空氣氧氣蒸汽注:為低熱值氣體;為中熱值氣體。表7.3 不同氣化技術可燃氣熱值的區別結束放映7.3 生物質燃氣原料種類CO2/%O2/%CO/%H2/%CH4/%CmHn/%N2/%低位熱值/(kJ/m3)玉米芯玉米桿棉柴稻草麥桿12.513.011.613.514.01.41.61.51.71.722.521.422.715.017.612.312.211.512.08.52.321.871.922.11.360.20.20.20.10.148.7849.6850.5855.6056.745120.04808.84915.54001.83663.6表7.4 空氣氣化下吸式氣化爐的
9、燃氣成分(按體積計)結束放映7.3 生物質燃氣n1.燃氣的分子量 單質或化合物的分子量等於這個分子的所有原子量的總和。生物質燃氣是由多種氣體組成的混合物,其分子量可由下式進行計算式中xi-燃氣中各組成氣體的體積百分數,%;mi-燃氣中各組成氣體的分子量(見表7.5)。結束放映7.3 生物質燃氣名稱分子量名稱分子量氫氣氧氣二氧化碳乙烯2.01631.99944.0128.054氮氣一氧化碳甲烷水蒸氣28.01328.01916.04318.015表7.5 燃氣中組成氣體的分子量結束放映7.3 生物質燃氣n2.燃氣密度和相對密度 燃氣的密度是指單位體積燃氣的質量,一般是指在標準狀態下(温度為0,壓
10、力為1標準大氣壓的狀態)的密度,可按下式計算式中 -生物質燃氣在標準下的密度,kg/m3;xi-燃氣中各組成氣體的體積百分數,%;-燃氣中各組成氣體在標準狀態下的密度(見表7.6),kg/m3。結束放映7.3 生物質燃氣名稱密度/(kg/m3)名稱密度/(kg/m3)氫氣氧氣二氧化碳乙烯0.0901.4291.9771.261氮氣一氧化碳甲烷水蒸氣1.2501.2510.7171.293表7.6 燃氣中各組成氣體在標準狀態下的密度結束放映7.3 生物質燃氣n3.理論空氣量 與固體燃料不同,燃氣的理論空氣量一般用單位標準體積來表示,單位為m3/m3。對已知組分的混合可燃氣體,可按下式計算式中,H
11、2、CO、CnHm、H2S和O2分別為燃氣中各成分的體積含量,%。以玉米結桿為例,其燃氣在標準狀態下所需的理論空氣量為0.955 m3/m3。結束放映7.3 生物質燃氣n4.華白指數 華白指數是代表燃氣特性的一個參數。在燃氣工程中,對於不同類型的燃氣互換時,需要考慮衡量熱流量大小的特性指數。可按下式計算式中 WS-華白指數;QGW-在標準狀態下乾基的高位發熱量,kJ/m3;S-燃氣的相對密度。結束放映7.3 生物質燃氣n5.爆炸極限範圍 氣體燃料中某些氣體成分,當它與空氣達到一定的混合比例時,就可能達到爆炸極限範圍,表7.7給出了一些氣體與空氣混合後的爆炸濃度範圍。結束放映7.3 生物質燃氣氣
12、體爆炸濃度範圍/%氣體爆炸濃度範圍/%甲烷2.515一氧化碳12.580乙烷2.515乙烯2.7535氫氣480硫化氫4.245.5表7.7 一些氣體與空氣混合後的爆炸濃度範圍結束放映7.3 生物質燃氣n6.對人的毒性 在氣體燃料中有可能含有H2S、HCN、CO、SO2、NH3和C6H6等有毒成分,當其超過毒性極限時可能會使人致死,在使用含有這些成分的燃氣時必須注意這一問題,表7.8給出了一些氣體的毒性極限。結束放映7.3 生物質燃氣氣體短時間內致死的極限濃度/%3060min有危險的濃度/%60min內無嚴重危險的濃度/%長時間可允許的最高濃度/%硫化氫0.10.20.050.070.020
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