床气化炉的工作原理
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1 生物质气化的概念与特点
1.1 生物质气化的概念
生物质气化： 是在一定的热力学条件下，只提供有限氧的情况下使生物质发生
不完全燃烧，生成CO、H2、低分子烃等可燃气体。 生物质气化原料：
废木材、柴薪、秸秆、果壳、稻壳、木屑等。一般都是挥发分高、 灰分少、易裂解的生物质废弃物。 可燃气体成分组成
通过生物质气化过程产生的气化气主要可燃成份为一氧化碳、氢 气、乙烯、甲烷等，是一种干净、清洁的绿色能源。
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1 生物质气化的概念与特点
1.1 生物质气化的概念
*下吸式空气气化炉的气化气成分
原料
气化气成分（%）
CO2 O2
CO
H2
CH4
玉米芯 22 1.4 22.5 12.3 2.32
玉米秸 13 1.6 21.4 12.2 1.87
原料种类和加热条件是生物质热分解过程中的主要影响因素。 ①原料种类的影响：
生物质中挥发组分高，在较低的温度下（300～400℃）就可释放出70% 左右的挥发组分，而煤到800℃才释放出约30%的挥发组分。 ②温度的影响：
热分解速率随着温度的升高而加快，完成热分解反应所需时间随着温度 升高呈线性下降。
棉柴 11.6 1.5 22.7 11.5 1.92
稻草 13.5 1.7 15 12.0 2.10
麦秸
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1.7 17.6 8.5 1.36
可燃成份以CO和H2为主，约占25~35%。N2约50%
• 生物质气化气的主要用途
CmHn 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1
N2 48.78 49.68 50.58 55.60 56.74
不便于储存运输，须有专门的用户或配套的利用设施。
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1 生物质气化的概念与特点
1.2 气化与燃烧的差异
➢ 在原理上，气化与燃烧都是有机物与氧发生反应； ➢ 生物质燃烧:
燃烧过程中提供充足的氧气，燃烧后的产物是CO2和水等不 可再燃烧的烟气，放出大量的反应热。即燃烧主要是将原 料的化学能转变为热能； ➢ 生物质气化： 生物质气化时发生不完全反应，总体上是吸热反应，气化 产物可进一步燃烧。
第一节 生物质气化基本原理 第二节 生物质气化工艺技术 第三节 生物质燃气的利用
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主要教学内容及要求
了解：生物质气化技术类型，生物质气化设备类型及各自 的特点，生物质气化技术研究进展
理解：生物质气化原理，生物质气化过程中的影响因素 掌握：生物质气化的概念，生物质气化过程的基本参数及
其作用，生物质燃气中的主要杂质成分及净化方法 熟练掌握：上吸式和下吸式固定气化炉的工作原理，流化
裂解区主要产物：C、H2、H2O、CO、CO2、CH4、焦油和烃 类等。 此后热气体上升到干燥区，而炭则下降到还原区。
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2 生物质气化的反应过程
2.2.1 热分解反应的特点
当温度达到160℃以上，高分子有机物开始发生吸热的不可逆热分解反应，随着 温度进一步升高，分解进行愈加激烈。
生物质中含有较多氧。当温度升高到一定程度后，氧将参加反应而使温度迅速提 高，从而加速完成热分解。 生物质中的化学变化：
试验显示，当温度为600℃时，完成时间约27s；而温度达900℃时只需9s 左右。
足够的气相滞留期和较高的温度则会使二次反应在很大程度上发生，从 而使最终的不可凝气体产量随着温度的升高而增加。
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2 生物质气化的反应过程
2.3 还原反应
➢ 在还原区已没有O2存在，氧化反应中生成的CO2在该区同碳及水蒸汽发生 还原反应，生成CO和H2 。 由于还原反应是吸热反应，还原区的温度也相应降低，约为700～900℃。
——大分子的碳水化合物的链被打破 ——析出生物质中的挥发分 ——留下木炭构成进一步反应的床层。 热分解反应产物： ——复杂的混合气体和固态炭。混合气体中至少包括数百种碳氢化合物，有些可 在常温下冷凝成焦油，不可凝气体可作为气体燃料使用，热值可达15MJ/m3。
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2 生物质气化的反应过程
2.2.1 热分解反应主要影响因素
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2 生物质气化的反应过程
以上吸式固定床气化炉为例。
生物质从上部加入，依次进入干燥层、 热解层、还原层、氧化层，最终以灰 分形式排出。而气化剂从底部吹入， 与生物质物料走向相反。
反应炉工艺结构设计的重要原则：合 理的温度分布
湿料 气体
干燥层 100~250℃
热解层 300℃ 500℃ 800℃
还原层 900℃
条件下释出，此阶段过程进行比较缓慢。需要供给大量的热。 原料表面水分完全脱除之前，被加热的生物是温度是不
上升的。
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2 生物质气化的反应过程
生物质的干燥
气化炉的最上层为干燥区。
干燥区温度约为100~250℃。
湿料同来自下面三个反应区的 热气体换热，蒸发水蒸气随着 热气流上升排出气化炉，干物 料落入裂解区。
氧化层 1200℃
灰
空气
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2 生物质气化的反应过程
➢ 基本反应包括：
固化燃料的干燥
热分解反应
还原反应 氧化反应
燃料
四个过程， 准备区
➢ 相应的炉内分为： 干燥区、
气化区
热分解区、还原区、 Nhomakorabea氧化区 四个区（层）
生物质气化机理示意
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2 生物质气化的反应过程
2.1 固体燃料的干燥
2.1.1 干燥过程特点： 生物质原料被加热，析出吸附在生物质表面的水分。 在100～150℃主要为干燥阶段，大部分水分在低于105℃
干燥层
湿料
气
体
干水 物分
100~250℃ 高温气流
氧化层燃烧
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2 生物质气化的反应过程
2.2 热分解反应
秸秆受热后发生裂解反应，大部分的挥发分从固体中分离出去。 裂解需要大量热量，温度降到400~600℃。裂解反应方程式为：
CH1.4O0.6=0.64C+0.44H2+0.15H2O+0.17CO+0.13CO2+0.005CH4
低热值 kJ/m3 5.120 4.809 4.916 4.002 3.664
1）民用炊事与取暖 3）发电
2）烘干谷物、木材、果品、炒茶等 4）区域供热等
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1 生物质气化的概念与特点
1.1 生物质气化的概念 生物质气化的特点：
➢ 气化是将化学能的载体由固态转换为气态 ➢ 气化反应中放出的热量则小得多 ➢ 气化后的可燃气体再燃烧则可进一步释放出其具有的化学能 ➢ 生物质转化为可燃气后，利用效率明显提高，用途更为广泛 ➢ 系统复杂，生成的燃气相对其他主要气体燃料而言热值较低，