生物質氣化爐;生物質氣化機組;工業(yè)生物質燃氣氣化爐方案教材

1、工業(yè)生物質燃氣氣化爐生物質氣化機組輸入：生物質成型產品（如木片、切段樹枝、秸桿壓塊、污泥顆粒等）。原料：農林廢棄物為原料（秸稈、林木廢棄物、蔗渣、食用菌渣、具有一定熱值的有機垃圾等）。過程：在熱力、欠氧條件下，發(fā)生熱解、氧化、還原化學反應。輸出：生物質燃氣可燃的混合氣體生物質燃氣：代替燃煤、直燃木材清潔、環(huán)保 代替天然氣、燃油省錢、清潔、環(huán)保應用：直接應用于鍋爐、窯爐、熔鋁爐、退火爐等。經過凈化，可用于居民生活集中供氣、內燃機發(fā)電等。目錄概述.031、生物質能源.031.1生物質能源.031.2 生物質.031.3 中國生物質能源的特點分析.031.3.1可再生性.031.3.2 清潔、低碳，

2、含硫量低.031.3.3 替代優(yōu)勢.041.3.4 原料豐富.041.3.5 生物質能源的發(fā)展方向.052、生物質燃氣.052.1 生物質燃氣.052.2 生物質燃氣特性.052.3典型生物質燃氣分析.052.4各燃料燃燒廢氣排放比較.062.5 原料可獲得性.062.6 經濟效益.072.7社會效益.083、生物質氣化制氣原理.094、生物質燃氣制氣系統(tǒng).105、 生物質氣化副產品及處理.116、應用案例.126.1 生物質燃氣用于熔鋁爐熔化鋁材.126.2 生物質燃氣用于服飾廠氣化爐蒸汽鍋爐.126.3 生物質燃氣用于包裝紙品廠蒸汽鍋爐.136.4 生物質燃氣用于燃油、燃氣鍋爐.137、.

3、137.1 .137.2 生物質固定床氣化爐的優(yōu)勢.148、商務合作.149.1河南省節(jié)能及燃器具產品質量監(jiān)督檢驗中心燃氣測試報告.159.2 深圳市華?？萍加邢薰荆ǖ谌剑U氣排放檢測報告.17概 述生物質氣化是在一定的熱力學條件下，借助于空氣（或者氧氣）、水蒸氣的作用，使生物質的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應，最終轉化為一氧化碳、氫氣、甲烷和低分子烴類等可燃氣體的過程。生物質燃氣氣化爐是將生物質原料進行氣化的一種能源轉化設備。1、生物質能源1.1 生物質能源即生物質能（biomass energy ），就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間

4、接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。1.2 生物質：生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即一切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。它包括植物、動物和微生物。廣義概念：生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。狹義概念：生物質主要是指農林業(yè)生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素（簡稱木質素）、農產品加工業(yè)下腳料、農林廢棄物及畜牧業(yè)生產過程中的禽畜糞便和廢棄物

5、等物質。特點：可再生、低污染、分布廣泛。1.3 中國生物質能源的特點分析：1.3.1可再生性。生物質能源是從太陽能轉化而來，通過植物的光合作用將太陽能轉化為化學能，儲存在生物質內部的能量，與風能、太陽能等同屬可再生能源，可實現(xiàn)能源的永續(xù)利用。1.3.2 清潔、低碳，含硫量低。生物質能源中的有害物質含量很低，屬于清潔能源。同時，生物質能源的轉化過程是通過綠色植物的光合作用將二氧化碳和水合成生物質，生物質能源的使用過程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循環(huán)排放過程，能夠有效減少人類二氧化碳的凈排放量，降低溫室效應。生物質燃料中含硫量一般低于0.05%，因此氣化制生物質氣化能源燃燒不必設置脫硫裝置，

6、降低了設備及運行成本，又有利于環(huán)境的保護。表1：生物質燃料各主要組成比例可實現(xiàn)溫室氣體CO2零排放。大氣中的CO2通過光合作用進入生物體，生物體的碳通過燃燒、降解和呼吸作用重新變成CO2又回到自然界，從而構成碳元素的循環(huán)鏈。從理論上講，生物質能源的利用基本可以達到CO2的零排放。根據京都議定書機制，生物質燃料CO2為生態(tài)“0”排放。1.3.3 替代優(yōu)勢。利用現(xiàn)代技術可以將生物質能源轉化成可替代化石燃料的生物質成型燃料、生物質可燃氣、生物質液體燃料等。在熱轉化方面，生物質能源可以直接燃燒或經過轉換，形成便于儲存和運輸的固體、氣體和液體燃料，可運用于大部分使用石油、煤炭及天然氣的工業(yè)鍋爐和窯爐中。

7、國際自然基金會2011年2 月發(fā)布的能源報告認為，到2050 年，將有60%的工業(yè)燃料和工業(yè)供熱都采用生物質能源。1.3.4 原料豐富。生物質能源資源豐富，分布廣泛。據統(tǒng)計，植物每年貯存的能量約相當于世界主要燃料消耗的10倍，而作為能源的利用量還不到其總量的l%。根據世界自然基金會的預計，全球生物質能源潛在可利用量達350EJ/年（約合82.12 億噸標準油，相當于2009年全球能源消耗量的73%）。根據我國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃統(tǒng)計，目前我國生物質資源可轉換為能源的潛力約5 億噸標準煤，今后隨著造林面積的擴大和經濟社會的發(fā)展，我國生物質資源轉換為能源的潛力可達10 億噸標準煤。在傳統(tǒng)能源日

8、漸枯竭的背景下，生物質能源是理想的替代能源，被譽為繼煤炭、石油、天然氣之外的“第四大”能源。1.3.5 生物質能源的發(fā)展方向 目前我國能源戰(zhàn)略迫切需要研究用非糧食類生物質作原料生產氣體類、液體類燃料，方便使用、方便運輸、方便儲存以及清潔排放。開發(fā)出擁有自主知織產權和具有推廣價值的實用技術，保障我國植物生物質能源的安全開發(fā)利用和經濟昌盛繁榮。2、 生物質燃氣2.1 生物質燃氣（biogas）是利用農作物秸稈、林木廢棄物、食用菌渣、禽畜糞便、具有一定熱值的有機垃圾及一切可燃性物質做為原料轉換的可燃性氣體能源。氣體燃料易于管道輸送、燃燒效率高，燃燒過程易于控制、燃燒器具簡單、顆粒物排放很少或趨近于無

9、，因此是品位較高的燃料。2.2 生物質燃氣特性：2.2.1生物質燃氣燃燒環(huán)保排放指標可媲美天然氣，清潔；2.2.2生物質燃氣原料屬于可再生、可循環(huán)利用能源；2.2.3 生物質燃氣燃料加工簡單，耗用能源、設備及人少，代價較低；2.2.4 使用時不需加裝脫硫除硝裝置，不耗用堿性中和劑，從而節(jié)省運行成本。2.3典型生物質燃氣分析表2：典型生物質燃氣分析原料產生的燃氣種類低位熱值（kJ/kg）組分（%）低位熱值H2COCH4CO2N2O2kJ/kgkCal/kg木片400013.4820.23.959.1552.021.258941409 果樹剪枝400012.519.892.969.5653.331

10、.7656761357 木秸混料390012.7620.312.2710.0853.131.4553711284 玉米芯423812.322.52.3212.548.981.450331203 棉秸432311.522.71.9211.650.781.555851335 玉米秸424112.521.41.8412.7349.881.6553281273 麥秸44298.517.61.361456.841.73664876 2.4各燃料燃燒廢氣排放比較表3：燃料燃燒廢氣排放比較(參照2014年7月1日執(zhí)行鍋爐大氣污染物排放標準)指標生物質燃氣天然氣重油輕油煤碳生物質顆粒實測值標準值標準值標準值標

11、準值標準值顆粒物 mg/Nm32020303050SO2 mg/Nm31650200200300NOX mg/Nm3176200250250300煙氣黑度（林格曼）111112.5 原料可獲得性生物質燃氣氣化系統(tǒng)以農、林業(yè)廢棄物（廢木材、樹枝、果殼、秸桿等）為原料，使用其成型產品如濕度不超過30%的木片、樹枝切段及壓塊、秸桿壓塊為適。 2.6 經濟效益在木片熱值為4000Kcal/Kg、天然氣熱值為8500Kcal/Nm3的情況下，約3.13. 4Kg木片就能取代1立方天然氣。在秸稈壓塊熱值為3600Kcal/Kg、天然氣熱值為8500Kcal/Nm3的情況下，約3.43.9Kg秸稈壓塊就能取

12、代1立方天然氣。表4：用各燃料費用對比(近似算法)各燃料產生1萬大卡熱量成本對比備注燃料種類熱值 Kcal/KG燃料耗用量-KG燃料元/KG元/1萬大卡熱量未計各種熱損失輕柴油96001.04 8.89 9.3 燃料成本較高(0號柴油，7.2元/升，密度0.81KG/NM3)； 天然氣85001.18 4.35.1 1、燃料成本較高； 2、氣站或管道初裝及開戶費；Kcal/Nm3Nm3元/Nm33、冬季氣壓低，可能存在氣荒及漲價可能。生物質燃氣13003.85 0.60 2.2 1、原料為木片、生物質壓塊等； 2、不需加裝脫硫除硝裝置及原料； Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加裝布

13、袋除塵設備。生物質成型顆粒直燃40002.50 0.98 2.5 1、顆粒物排放超標； 2、存在燒煤、直燃木材嫌疑； 3、環(huán)保部要求配套袋式除塵設備后使用。表5：工業(yè)鍋爐用各燃料費用對比(近似算法)各燃料產生1噸蒸汽(60萬大卡熱量)成本對比備注燃料種類熱值 Kcal/KG鍋爐效率燃料燃盡率燃料耗用量-KG燃料價格-元/KG1噸蒸汽-元/噸多地因環(huán)保減排已禁止燃煤、重油和直燃木材。輕柴油96000.90.9970.18.89623.5燃料成本較高(0號柴油，7.2元/升，密度0.81KG/Nm3)天然氣85000.90.9979.24.3340.71、燃料單價較高； 2、氣站/管道初裝投資及開

14、戶費。Kcal/Nm3Nm3元/Nm33、冬季氣壓低，可能存在氣荒及漲價可能。生物質燃氣13000.750.99310.80.60186.51、原料為木片、生物質壓塊等； 2、不需加裝脫硫除硝裝置及原料；燃煤鍋爐Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加裝布袋除塵設備。生物質燃氣13000.90.99259.00.60155.41、原料為木片、生物質壓塊等； 2、不需加裝脫硫除硝裝置及原料；油氣鍋爐Kcal/Nm3KG木片元/KG木片3、不需加裝布袋除塵設備。生物質成型燃料直燃40000.750.98204.11.00204.11、顆粒物排放超標； 2、存在燒煤、直燃木材嫌疑； 3、環(huán)保部

15、要求配套袋式除塵設備后使用。按產生1噸蒸汽所需熱量60 0000Kcal計算2.7社會效益有助于解決我國三大戰(zhàn)略難題： 2.7.1 “能源問題” 新的、可再生的替代能源；優(yōu)化能源結構、增加能源供給；提高能源使用效率。2.7.2 “環(huán)境問題” CO2零排放、SO2、氮氧化物低排放；減少農林廢棄物焚燒污染空氣。2.7.3 “農林業(yè)問題” 農林廢棄物資源化利用，變廢為寶； 發(fā)展能源農林業(yè)，拓展農林業(yè)發(fā)展渠道；提高農林業(yè)收入、增加農林就業(yè)崗位。3、生物質氣化制氣原理生物質燃氣以農林廢棄物為原料，在缺氧條件下釋放出其所含揮發(fā)份，并將其中的C通過氧化、還原、熱解轉化的可燃氣體。氣化過程分為生物質原料的氧化

16、反應、還原反應、熱解和干燥等四個過程，生成的混合可燃氣體即為生物質燃氣。生物質燃氣產生技術原理及過程如下圖：濕料燃氣廢渣（炭、灰）空氣干燥層（100250）產物：水蒸氣裂解層（300800）產物：氣體（CO、H2、CH4、CO2、水蒸氣）、焦油、炭還原層（900）產物：CO、H2氧化層（1200）產物：CO2灰室產物：灰分（殘?zhí)浚t排 3.1 氧化反應。氣化劑（空氣等）由底部進入氣化爐，與生物質原料發(fā)生氧化反應，生成CO2、CO、H2O等，同時放出熱量，為還原區(qū)的還原反應、物料的裂解和干燥提供了熱源。由于是限氧燃燒，不完全燃燒反應同時發(fā)生。氧化區(qū)溫度達1200。C + O2 = CO2H= -

17、408.8 (394)kJ 2C+ O2 = 2CO H= -246.44(221) kJ3.2 還原反應。還原區(qū)內，來自空氣中的氧氣被耗盡。由于供氧不足，生物質原料的燃燒不充分，產生CO，并放出熱量。同時，來自氧化層的CO2、H2O與生物質原料中的C、H反應，生成CO、CH4、CmHn、H2、H2O等。在此過程中，被加熱的生物質原料也發(fā)生裂解，其中的可燃氣體即揮發(fā)份從原料中析出，成為燃氣的一部分。還原區(qū)中的原料因重力作用下落入氧化區(qū)。主要有如下反應：C+CO2 2CO H= +172.47 kJ C+H2O(g) CO+H2 H = +131.30 kJ C+2H2O(g) CO2+2H2

18、H= +90.17 kJ CO+H2O(g) CO2+H2 H= +41.17 kJ 3.3 生物質原料裂解。在裂解區(qū)中的生物質原料被還原區(qū)上來的熱氣體加熱，發(fā)生裂解反應。在此反應中，生物質中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去。裂解需要大量熱量，溫度降到400600。裂解區(qū)主要產物：C、H2、H2O、CO、CO2、CH4、焦油和烴類等。此后熱氣體上升到干燥區(qū)，而炭則下降到還原區(qū)。3.4 生物質的干燥。氣化爐的最上層為干燥區(qū)，干燥區(qū)溫度約為100250。濕料同來自下面三個反應區(qū)的熱氣體換熱，蒸發(fā)水蒸氣隨著熱氣流上升排出氣化爐，干物料落入裂解區(qū)，而熱氣體成為燃氣被引出氣化爐使用。4、生物質燃氣制氣系統(tǒng)

19、生物質燃氣氣化爐主要由給料系統(tǒng)、燃氣發(fā)生系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)、燃氣輸送系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和安全防爆系統(tǒng)等組成（如上圖）。5、 生物質氣化副產品及處理生物質氣化制氣過程中，產生如下副產品：5.1草木灰。由氣化爐除渣系統(tǒng)排出與殘?zhí)恳黄鹋懦龌蚪洺龎m裝置收集，可作為農家肥使用，對土地改良及農作物生長有促進作用，環(huán)境友好。5.2生物質炭。由氣化爐除渣系統(tǒng)排出，其產量及質量視原料、氣化工藝不同而不同。其主要處理去向如下：5.2.1 燒烤用型炭：以樹枝薪柴炭化獲得的木炭粉加工成燒烤用型炭，質量比較優(yōu)良，是原木炭的理想替代品。5.2.2 肥料用炭：此市場潛力巨大，炭與它肥料混合可制成長效肥料，能增長肥效、減少氮、膦、鉀

20、使用量和改良土壤。將炭、醋酸按比例混合，再加一定數量的其它元素，可制成炭基復合肥用于農業(yè)生產。5.2.3 蚊香用炭粉：全國年需蚊香用炭粉40萬噸以上。5.2.4 用作活性炭和其他工業(yè)用炭原料。5.2.5 用作氣化爐本身焦油裂解催化劑。5.3 木焦油。木焦油可提煉60%左右生物質燃料油，30%左右的生物瀝青。這兩種產品均不存在市場問題。焦油本身可作為燃料油使用，也可在氣化爐內進行二次裂解。5.4 木醋酸。木醋酸含有200多種物質，具有廣泛的開發(fā)用途。5.4.1可提取生物殺蟲劑、殺菌劑，因其富含有眾多種有機成分，具有獨特的防止病蟲害效果，蟲菌不易產生抗藥性；5.4.2 用作土壤改良劑（木醋酸對堿性土壤具有良好的改良作用）、作物生長促進劑，同時還可做為底肥、葉面肥使用，具有促進作物生長的作用；5.4.3 利用其殺菌特性提取制作護膚、洗浴等保健產品；5.4.4 提取薰香劑、食物保鮮劑等食品添加劑；5.4.5 木醋酸與炭粉混合作飼料添加劑、木醋酸添加其它元素加工為葉面肥等。說明：不同原料，不同干濕度產出的木醋酸指標不同。6、應用案例6.1 生物質燃氣用于熔鋁爐熔化鋁材（第1、2圖為惠州富士康）6.2 生物質燃氣用于服飾廠氣化爐蒸汽鍋爐6.3 生物質燃氣用于包裝紙品廠蒸