生物质气化技术原理和生物质锅炉应用技术问题分析

     生物质能是一种理想的可再生能源。由于分布广泛、有利于环保等特点，因而越来越受到世界各国的关注。生物质气化技术是利用生物质能的一种方式。本文介绍了生物质气化技术的原理，生物质气化工艺及气化设备。目前应用较多的气化技术是生物质气化供气和生物质气化发电技术。文中提出了应用过程中存在的问题，提高效率、降低焦油含量等是今后利用生物质气化技术的发展方向。

前 言              
      生物质能是指由光合作用而产生的各种有机体，光合作用利用空气中的二氧化碳和土壤中的水，将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气。生物质通常包括农业废弃物、木材及森林工业废弃物、禽畜粪便、城镇生活垃圾以及能源作物等几种类型。生物质能具有以下特点［1］：（1）属于可再生能源，可保证能源的永续利用；（2）种类多而分布广，便于就地利用，利用形式多样；（3）相关技术已经成熟，可贮存性好；（4）节能、环保效果好。

1 生物质气化技术
      1.1 生物质气化技术的原理
      生物质气化是利用空气中的氧气或含氧物作气化剂，在高温条件下将生物质燃料中的可燃部分转化为可燃气（主要是氢气、一氧化碳和甲烷）的热化学反应。20世纪70年代，Ghaly
      ［2］首次提出了将气化技术应用于生物质这种含能密度低的燃料。生物质的挥发分含量一般在76%~86%［3］，生物质受热后在相对较低的温度下就能使大量的挥发分物质析出。几种常见生物质燃料的工业分析成分如表1所示：
      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，www.china-heating.com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%左右的挥发组分，而煤要到800℃才能释放出大约30%的挥发分。热解反应析出挥发分主要包括水蒸气、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气与还原层中木炭发生反应，生成氢气和一氧化碳等。这些气体和挥发分组成了可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。
      1.2 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［3］。如表2所示为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。

      1.3 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［4］。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