生物质流化床气化炉的发展与应用

焦海旺

摘要：连续气化的生物质流化床气化炉，以空气和水蒸气为气化剂，用生物质和煤为原料（煤的质量比0-20%），煤气热值为6-7MJ/m3。该炉在生产燃气的同时，还可副产水蒸气和生物质木炭，燃气可民用、工业用及发电用。间歇气化的生物质流化床水煤气炉，采用吹风和制气的二步工作法生产水煤气。水煤气的热值可達12-16 MJ/m3，燃气可用于提氢和制备甲醇、二甲醚等。

关键词：生物质；生物质流化床气化炉；固定床气化炉；流化床气化炉

1 生物质气化技术发展概况

为加快生物质技术开发利用，改变落后的直接燃用秸秆的方式，补充洁净、优质燃料的供应，原国家计委、原国家科委和农业部队“七五”开始，重点安排了秸秆气化集中供气技术的科技攻关和试点示范项目，20世纪80年代中后期，山东省科学院能源所、山东大学等单位先后研制开发了各种型式的固定床气化炉，将秸秆转换为低热值燃气，然后通过以自然村为单元旦集中供气系统输送到农户用作炊事等燃料，经过10多年的研究工作，目前基本形成包括秸秆气化设备，集中供气的关键设备、供气管网的设施和户用燃气灶具等较为完整的配套技术，目前这种气化装置在全国已有百套在运行中，天津已经在全市建设了10处秸秆气化站，规模从100-200户不等。

2生物质流化床气化炉的应用

国内生物质气化炉基本上都是较落后的常压固定床气化炉，这种气化炉煤气热值低，一般为4-5 MJ/m3，气化能力低且运行不稳定，在气化过程中产生的焦油对管道、灶具，燃气透平等造成堵塞、污染和腐蚀；而现有的净化设备投资达，净化效果不理想，运行寿命短，这已成为制约生物质气化技术商业化推广的一个主要因素。因此，急需开发先进的流化床生物质气化炉，使其尽快进入工程应用。

3生物质流化床气化炉与固定气化炉性能比较

固定床气化炉与流化床气化炉有着各自的优缺点和一定适用范围。下面从以下五个方面对流化床和固定床气化炉的性能进行比较。

3.1技术性能

从目前情况来看，固定床和流化床气化炉的设计运行时间，一般都小于5000h。前者结构简单，坚固耐用；后者结构较复杂，安装后不易移动，但占地较小，容量一般较固定床的容量大。启动时，固定床加热比较缓慢，需较长时间达到反应温度；流化床加热迅速，可频繁起停。

3.2使用的原料

流化床对原料的要求较固定床低。固定床必须使用特定种类，形状、尺寸尽可能一致的原料；流化床使用原料的种类、进料形状、颗粒尺寸可不一致，前者颗粒尺寸较大，后者颗粒尺寸较小。

3.3 环境效益

固定床燃气飞灰含量低，而流化床燃气飞灰含量高，其原因是固定床中温度可高于灰熔点，从而使灰熔化成液态，从炉底排出；而流化床中温度低于灰熔点，飞灰被出气带出一部分。所以流化床对环境影响比固定床大，必须对燃气进行除尘净化处理。

3.4 经济性

在设计制造方面，由于流化床的结构较固定床复杂，故投资高。在运用方面，固定床对原料要求较高，流化床对原料要求不高，故固定床运行投资高于流化床，固定床气化炉内温度分布较宽，这可能产生床内局部高温而使灰熔聚，比容量低、启动时间长以及大型化较困难；流化床具有气化强度大、综合经济性好的特点。综合考虑设计和运行过程，流化床对固定床具有更大的经济性，流化床的生产强度为2500kg/（m2.h），是固定床的3—4倍。应成为我国今后生物质气化研究的主要方向。

4生物质流化床气化炉供气系统

生物质气化集中供气系统是将气化炉产生的生物质燃气，通过相应的配套设备，为居民和公共设施提供用气，用于炊事，替代薪柴、煤或液化气，使小城镇居民用上管道煤气，以达到提高生活质量、改善生态环境和节约能源之目的。

5 生物质流化床水煤气炉工艺流程

以空气—水蒸汽为气化剂的生物质流化床气化炉，由于以空气为主提供气化过程中所需的反应热，以空气—水蒸汽气化的生物质燃气中氮气含量可达50%，煤气热值一般为6—7 MJ/m3，属于低热值燃气，不适宜长距离管道输送和作为合成的原料气。

为了提高生物质燃气的热值和扩展燃气的使用范围。我们研制成功了生物质流化床水煤气炉。该技术的核心是采用以水蒸气为气化剂的气化过程，燃气热值可达到12—16 MJ/m3属于中热值燃气。水蒸气气化的主要反应是吸热反应，如何提供反应过程的热量，是该方法的关键。

参考文献：

[1]李芳芹，等.煤电燃烧与气化手册[M].北京：北京化学工业出版社，1997.

[2]王同章.煤炭气化原理与设备[M].北京：北京机械工业出版社，2001.

[3]刘荣厚，等.生物质热化学转换技术[M].北京：北京化学工业出版社，2005.

[4]肖波，等.生物质能循环经济技术[M].北京：北京化学工业出版社，2005.