Sažetak: Kao obnovljivi izvor čiste energije, tehnologija gasifikacije biomase je snažno razvijena.Ovaj rad ukratko predstavlja osnovne principe gasifikacije biomase i vrste procesa gasifikacije, te izlaže principe rada i prednosti i nedostatke glavnih tipova gasifikatora.Efikasnost gasifikacije je visoka, ali je struktura složena;analiza karakteristika gasifikatora ima vodeći značaj za projektovanje i rad projekta gasifikacije biomase.
uvod
Uz sve ozbiljniju globalnu energetsku krizu i uništavanje ekološke sredine, biomasa je kao obnovljivi izvor čiste energije četvrti najveći resurs nakon nafte, uglja i prirodnog plina i privlači veliku pažnju.Tehnologija gasifikacije biomase ne samo da može osigurati proizvodnju plina i električne energije, već se može koristiti i za sintetizaciju metanola i amonijaka.Ima dovoljnu tehničku fleksibilnost, dobru čistoću, visoku ekonomičnost i visoku efikasnost.Zemlje širom svijeta aktivno promovišu istraživanja o tehnologiji gasifikacije biomase.
1 Princip gasifikacije biomase
Gasifikacija biomase je skup složenijih reakcija.Iz makro perspektive, može se podijeliti u četiri faze reakcije: sušenje, piroliza, oksidacija (sagorijevanje) i redukcija.
Sušenje je jednostavan fizički proces, koji se uglavnom odvija između 100 i 150 °C, a cijeli proces treba apsorbirati mnogo topline.Kada temperatura dosegne iznad 15 °C, biomasa počinje da se podvrgava pirolizi, isparljive tvari se talože, a drveni ugljen se ostavlja da formira sloj za daljnje reakcije.Plinoviti produkti pirolize biomase uključuju CO, CO2, CH4, H2, itd., koji će biti podvrgnuti oksidacijskoj reakciji (sagorijevanju) s kisikom, i emitovati mnogo topline, dajući dovoljno topline za sušenje, pirolizu i redukcijsku reakciju i održavanje kompletan proces gasifikacije.Persistent.Vodena para i CO2 proizvedeni reakcijom oksidacije (sagorevanja) će reagovati sa ugljenikom da bi generisali H2 i CO, čime će se dovršiti konverzija čvrstog goriva u gasno gorivo.Ovaj proces je reakcija redukcije (endotermna reakcija).Što je temperatura viša, reakcija je intenzivnija.Kada je temperatura niža od 800°C, reakcija je u osnovi u stanju stagnacije.
2 fiksna plinifikatora
U gasifikatoru sa fiksnim slojem, gorivo iz biomase prolazi kroz sušenje, pirolizaciju, oksidaciju (sagorevanje) i redukciju i pretvara se u zapaljivi gas.Prema poziciji dovoda agensa za gasifikaciju i redosledu strujanja kroz sloj goriva, razlikuju se usisni tip gore, dole usisni, poprečni usisni i otvoreni tip, a uglavnom se koriste prva dva tipa gasifikatora.
2.1 Gasifikator uzlaznog toka
Reakcioni sloj up-usisnog gasifikatora je, od vrha do dna, sloj za sušenje, sloj pirolize, redukcioni sloj i oksidni sloj.Biomasa se u gasifikator dovodi odozgo, prvo se zagreva i suši gasom, a zatim se pirolizira toplotom, taloži se velika količina isparljivih materija, a čvrsti ugljenik ulazi u redukcioni sloj i oksidni sloj ispod. .Sredstvo za rasplinjavanje se dovodi iz donjeg dijela i prvo prolazi kroz reakciju oksidacije sa čvrstim ugljikom, oslobađajući toplinu kako bi se brzo povećala temperatura struje plina i sloja, a struja plina je puna produkata izgaranja.Nakon ulaska u redukcijski sloj, produkt sagorijevanja i ugljik prolaze kroz redukcijsku reakciju, a endotermni smanjuje temperaturu.Kada temperatura padne ispod 800 °C, brzina reakcije postaje spora, pa čak i prestaje.Protok zraka se nastavlja prema gore, osiguravajući toplinu za pirolizaciju goriva i sušenje.
2.2 Silazni gasifikator
Reakcioni sloj gasifikatora sa silaznim tokom je, od vrha do dna, sloj za sušenje, sloj pirolize, oksidni sloj i redukcioni sloj.Postoje dva tipa gasifikatora sa silaznim protokom u zavisnosti od lokacije na kojoj se isporučuje agens za gasifikaciju: jedan je gasifikator sa silaznim protokom sa srednjim grlom, a agens za gasifikaciju se napaja iz gornjeg dela srednjeg grla.;Drugi je silazni gasifikator bez srednjeg dijela vrata, a agens za gasifikaciju se dovodi iz gornjeg dijela.Princip rada gasifikatora sa silaznim strujanjem je u osnovi isti kao i kod uzlaznog tipa, osim što toplina potrebna za sušenje goriva i pirolizu dolazi iz donjeg oksidnog sloja.
3 Gasifikator sa fluidiziranim slojem
Glavni mehanizam reakcije gasifikacije fluidiziranog sloja i fiksnog sloja je u osnovi isti, ali ne postoji očiti fiksni sloj.Trenutno postoje tri glavna tipa fluidiziranog sloja: fluidizirani sloj s mjehurićima, cirkulirajući fluidizirani sloj i dvostruki fluidizirani sloj.
3.1 Gasifikator s mjehurićima s fluidiziranim slojem (BFB)
U fluidiziranom sloju s mjehurićima, kada brzina plina premašuje kritičnu brzinu fluidizacijskog plina, čvrste tvari počinju da se fluidiziraju, pojavljuju se mjehurići u sloju i pojavljuje se zona guste faze u kojoj se čestice agregiraju i zona razrijeđene faze u kojoj dominiraju mjehurići.
Tijelo peći je relativno debelo i debelo, a donji dio je gusto fazno područje sa očiglednim slojem sloja.Reakcija gasifikacije se uglavnom odvija u području guste faze.Kako bi se spriječilo da se gorivo finih čestica iznese iz područja guste faze strujanjem zraka, gornji dio peći je dizajniran sa ekspanzijskim dijelom za smanjenje brzine plina., što također produžava vrijeme reakcije goriva u području razrijeđene faze.
3.2 Gasifikator s cirkulirajućim fluidiziranim slojem (CFB)
Telo peći CFB gasifikatora je vitko i vitko, a ciklonski separator je instaliran na gornjem izlazu iz peći za odvajanje i prikupljanje čvrstih čestica visoke temperature i njihovo vraćanje u peć.
CFB ležište ispunjava cijeli prostor kontejnera i nema zone guste faze i zone razrijeđene faze.Neophodan uslov za održavanje koncentracije čestica u sloju je velika količina čvrstih čestica koje cirkulišu.Kada cirkulacija nije dobra, sve čestice u krevetu mogu biti izduvane.Zbog loših karakteristika fluidizacije goriva biomase, CFB gasifikatori u osnovi koriste pijesak kao pomoćni medij za fluidizaciju.
CFB gasifikator ima dve karakteristike: brzina protoka gasa je visoka, uglavnom između 4~7m/s, sloj radi u zoni brze fluidizacije;visoka brzina cirkulacije fiksnih čestica je između 10~20.
3.3 Gasifikator sa dvostrukim fluidiziranim slojem (DFB)
Gasifikator sa dvostrukim fluidizovanim slojem ima dve peći sa fluidizovanim slojem, jedna je gasifikator, a druga peć za sagorevanje.Gorivo iz biomase se dodaje u gasifikator sa vrućim peskom kao materijalom sloja, a količina peska se apsorbuje i vrši se reakcija pirolize.Gasni produkt nosi preostali ugljenik i pijesak i odvaja se u separatoru.Odvojeni ugljenični ostatak i pijesak se sagorevaju sa zrakom u peći za sagorijevanje kako bi se zagrijao pijesak, a vrući pijesak se prenosi dimnim plinom i odvaja ga separatorom, a vrući pijesak se vraća u rasplinjač.Izvanredna karakteristika DFB gasifikatora je da se čestice goriva transportuju u dve peći sa fluidizovanim slojem koristeći snažan transportni kapacitet fluidizovanog sloja.
4 Karakteristike različitih tipova gasifikatora
Gasifikator s fiksnim slojem ima jednostavnu strukturu, široku prilagodljivost sirovina, veličinu čestica do 100 mm, nisku osjetljivost na zguru i nizak sadržaj plina letećeg pepela, ali je pogodan samo za manje operacije gasifikacije i teško ga je skalirati .
Gasifikator sa fluidizovanim slojem ima visoku efikasnost gasifikacije i visoku kalorijsku vrednost, ali je njegova struktura relativno složena.Ima određene zahtjeve u pogledu veličine čestica, uniformnosti, sadržaja vode i prirodnog kuta akumulacije goriva.Osetljiv je na trosku i sadržaj gasnog letećeg pepela. Ako ih ima mnogo, potrebno ga je opremiti sistemom za uklanjanje prašine i prečišćavanje.Trenutno, veliki projekti gasifikacije biomase postepeno usvajaju tehnologiju gasifikatora sa fluidizovanim slojem pod pritiskom.
5 Zaključak
Trenutno, globalni zahtjevi za emisijom ugljika postaju sve stroži, a značaj biomase sa karakteristikama „nulte emisije ugljika“ postaje sve očigledniji.Ovaj rad ukratko predstavlja princip gasifikacije biomase i poredi i analizira različite tipove gasifikatora.Može se vidjeti da fiksni sloj i fluidizirani sloj imaju svoje prednosti, ali je fluidizirani sloj pogodniji za velike razmjere i budući je pravac razvoja, tako da unese malo vodećeg značaja u dizajn i rad projekti gasifikacije biomase.
Vrijeme objave: Mar-29-2022