Povzetek: Kot obnovljiva čista energija se tehnologija uplinjanja biomase močno razvija.Ta članek na kratko predstavlja osnovne principe uplinjanja biomase in vrste postopkov uplinjanja ter razlaga principe delovanja ter prednosti in slabosti glavnih tipov uplinjevalnikov.Učinkovitost uplinjanja je visoka, vendar je struktura kompleksna;analiza karakteristik uplinjevalnika ima vodilni pomen za načrtovanje in delovanje projekta uplinjanja biomase.
uvod
Ob vse hujši svetovni energetski krizi in uničevanju ekološkega okolja je biomasa kot obnovljiva čista energija četrti največji vir za nafto, premogom in zemeljskim plinom in je pritegnila veliko pozornosti.Tehnologija uplinjanja biomase ne more samo zagotavljati plina in proizvodnje električne energije, ampak se lahko uporablja tudi za sintezo metanola in amoniaka.Ima zadostno tehnično prilagodljivost, dobro čistočo, visoko gospodarnost in visoko učinkovitost.Države po vsem svetu dejavno spodbujajo raziskave o tehnologiji uplinjanja biomase.
1 Princip uplinjanja biomase
Uplinjanje biomase je skupek kompleksnejših reakcij.Z makro perspektive ga lahko razdelimo na štiri reakcijske stopnje: sušenje, piroliza, oksidacija (zgorevanje) in redukcija.
Sušenje je preprost fizikalni proces, ki večinoma poteka med 100 in 150 °C, celoten proces pa mora absorbirati veliko toplote.Ko temperatura doseže nad 15 °C, se biomasa začne pirolizirati, hlapne snovi se oborijo, oglje pa pusti, da tvori plast za nadaljnje reakcije.Plinasti produkti pirolize biomase vključujejo CO, CO2, CH4, H2 itd., ki bodo podvrženi oksidacijski reakciji (zgorevanju) s kisikom in oddajajo veliko toplote, kar zagotavlja dovolj toplote za reakcije sušenja, pirolize in redukcije ter ohranja celoten proces uplinjanja.Vztrajen.Vodna para in CO2, ki nastaneta pri oksidacijski reakciji (zgorevanju), bosta reagirala z ogljikom in ustvarila H2 in CO, s čimer bo dokončana pretvorba trdnega goriva v plinasto gorivo.Ta proces je reakcija redukcije (endotermna reakcija).Višja kot je temperatura, intenzivnejša je reakcija.Ko je temperatura nižja od 800 °C, je reakcija v bistvu v stanju mirovanja.
2 plinilnik s fiksno posteljo
V uplinjalniku s fiksno plastjo se gorivo iz biomase suši, pirolizira, oksidira (zgoreva) in reducira ter se pretvori v gorljiv plin.Glede na položaj dovoda sredstva za uplinjanje in zaporedje pretakanja skozi plast goriva obstajajo sesalni tip navzgor, sesalni tip navzdol, navzkrižni sesalni tip in odprti tip, pri čemer se uporabljata predvsem prvi dve vrsti uplinjevalcev.
2.1 Uplinjevalnik navzgor
Reakcijska plast uplinjalnika z uplinjanjem navzgor je od zgoraj navzdol plast za sušenje, plast za pirolizo, redukcijska plast in oksidna plast.Biomasa se dovaja v uplinjevalnik z vrha, najprej se segreje in posuši s plinom, nato pa se zaradi toplote pirolizira, obori se velika količina hlapljivih snovi, trdni ogljik pa vstopi v redukcijsko plast in oksidno plast spodaj. .Sredstvo za uplinjanje se dovaja iz spodnjega dela in je najprej podvrženo oksidacijski reakciji s trdnim ogljikom, pri čemer se sprošča toplota za hitro povečanje temperature toka plina in plasti, tok plina pa je poln produktov zgorevanja.Po vstopu v reducirno plast se produkt zgorevanja in ogljik podvržeta redukcijski reakciji, endotermna pa zniža temperaturo.Ko temperatura pade pod 800 °C, se reakcija upočasni in celo ustavi.Zračni tok se nadaljuje navzgor in zagotavlja toploto za pirolizo in sušenje goriva.
2.2 Uplinjevalnik navzdol
Reakcijska plast uplinjalnika navzdol je od zgoraj navzdol sušilna plast, pirolizna plast, oksidna plast in redukcijska plast.Glede na lokacijo, kamor se dovaja uplinjevalno sredstvo, obstajata dve vrsti uplinjevalcev navzdol: eden je uplinjevalnik navzdol s srednjim grlom, sredstvo za uplinjanje pa se dovaja iz zgornjega dela srednjega grla.;Drugi je uplinjevalnik z navzdolnjim tokom brez vmesnega grla, sredstvo za uplinjanje pa se dovaja iz zgornjega dela.Načelo delovanja uplinjevalnika z navzdolnjim tokom je v bistvu enako kot pri uplinjalniku navzgor, le da toplota, potrebna za sušenje goriva in pirolizo, prihaja iz spodnje plasti oksida.
3 Uplinjevalnik z zvrtinčeno plastjo
Glavni reakcijski mehanizem uplinjanja vrtinčene in fiksne postelje je v bistvu enak, vendar ni očitne fiksne postelje.Trenutno obstajajo tri glavne vrste zvrtinčene plasti: zvrtinčena plast z mehurčki, zvrtinčena plast s kroženjem in dvojna zvrtinčena plast.
3.1 Uplinjevalnik z zvrtinčeno plastjo (BFB)
V mehurčkasti fluidizirani plasti, ko hitrost plina preseže kritično hitrost fluidizacijskega plina, začnejo trdne snovi fluidizirati, v plasti se pojavijo mehurčki in pojavi se območje goste faze, kjer se delci združujejo, in območje razredčene faze, v katerem prevladujejo mehurčki.
Telo peči je razmeroma debelo in debelo, spodnji del pa je območje goste faze z očitno posteljno plastjo.Reakcija uplinjanja poteka predvsem v območju goste faze.Da bi preprečili, da bi gorivo s finimi delci odneslo iz območja goste faze z zračnim tokom, je zgornji del peči zasnovan z ekspanzijskim delom za zmanjšanje hitrosti plina., kar tudi podaljša reakcijski čas goriva v območju razredčene faze.
3.2 Uplinjevalnik z vrtinčeno plastjo (CFB)
Telo peči uplinjevalnika CFB je vitko in vitko, na zgornjem izhodu iz peči pa je nameščen ciklonski separator za ločevanje in zbiranje visokotemperaturnih trdnih delcev ter njihovo pošiljanje nazaj v peč.
Postelja CFB zapolni celoten prostor posode in ni cone goste faze in cone razredčene faze.Nujen pogoj za vzdrževanje koncentracije delcev v plasti je visoka količina krožečih trdnih delcev.Ko kroženje ni dobro, se lahko vsi delci v postelji odpihnejo.Zaradi slabih fluidizacijskih lastnosti biomasnih goriv, CFB uplinjevalniki v bistvu uporabljajo pesek kot pomožni fluidizacijski medij.
Uplinjevalnik CFB ima dve značilnosti: hitrost pretoka plina je visoka, na splošno med 4 ~ 7 m/s, postelja deluje v območju hitre fluidizacije;visoka stopnja kroženja fiksnih delcev je med 10~20.
3.3 Uplinjevalnik z dvojno zvrtinčeno plastjo (DFB)
Uplinjevalnik z dvojno zvrtinčeno plastjo uporablja dve peči z zvrtinčeno plastjo, ena je uplinjevalnik, druga pa zgorevalna peč.Gorivo iz biomase se doda v uplinjevalnik z vročim peskom kot osnovnim materialom, količina peska se absorbira in izvede se reakcija pirolize.Plinski produkt nosi preostali ogljik in pesek in se loči v separatorju.Ločeni ogljikovi ostanki in pesek sežgejo z zrakom v zgorevalni peči, da se pesek segreje, vroč pesek pa prenaša dimni plin in ga loči separator, vroč pesek pa se vrne v uplinjevalnik.Izjemna značilnost uplinjevalnika DFB je, da se delci goriva prenašajo v dveh pečeh z zvrtinčeno plastjo z uporabo velike transportne zmogljivosti zvrtinčene plasti.
4 Značilnosti različnih vrst uplinjevalnikov
Uplinjevalnik s fiksno plastjo ima preprosto strukturo, široko prilagodljivost surovin, velikost delcev do 100 mm, nizko občutljivost na žlindranje in nizko vsebnost letečega pepela, vendar je primeren le za manjše uplinjanje in ga je težko meriti. .
Uplinjevalnik z zvrtinčeno plastjo ima visoko učinkovitost uplinjanja in visoko kalorično vrednost, vendar je njegova struktura razmeroma zapletena.Ima določene zahteve glede velikosti delcev, enakomernosti, vsebnosti vode in naravnega akumulacijskega kota goriva.Občutljiv je na žlindranje in vsebnost plinskega letečega pepela. Če jih je veliko, mora biti opremljen s sistemom za odstranjevanje in čiščenje prahu.Trenutno obsežni projekti uplinjanja biomase postopoma sprejemajo tehnologijo uplinjevalnika z zvrtinčeno plastjo pod pritiskom.
5 Zaključek
Trenutno postajajo globalne zahteve glede emisij ogljika vse strožje in pomen biomase z lastnostmi »ničelne emisije ogljika« postaja vse bolj očiten.Ta članek na kratko predstavlja princip uplinjanja biomase ter primerja in analizira različne vrste uplinjevalnikov.Vidimo lahko, da imata fiksna in fluidizirana postelja svoje prednosti, vendar je fluidizirana postelja bolj primerna za velike količine in je prihodnja razvojna smer, tako da ima nekoliko vodilnega pomena pri načrtovanju in delovanju projekti uplinjanja biomase.
Čas objave: 29. marec 2022