生物质气化总结 PPT
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能源环境-与-生物质能的应用-生物质气化ppt课件
作用可以再生，取之不尽、用之不竭，也是唯一一种可再 生的碳源；
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然
气。
生物质热解气化
生物质利用方式分类
所
生物质热解气化
国内进展
1. 中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进 展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]； 2. 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循 环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]； 3. 中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术 的研究[27]； 4. 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气 与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]； 5. 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固 定床生物质气化发电技术方面取得了进展。
6. 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套 中试装置，取得了较好的效果
生物质热解气化
国外进展
欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单
位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。
西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]
、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学
0.35
3.0
城市生活垃圾量（填埋处理）
1.58
0.96
60
0.09
0.28
餐饮废油 工业/生活污水量 棉籽油
2) 低污染性 生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、
NOX较少； 3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4) 生物质燃料总量十分丰富 生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然
气。
生物质热解气化
生物质利用方式分类
所
生物质热解气化
国内进展
1. 中科学院广州能源研究所在循环流化床气化发电方面取得了一系列进 展，已经建设并运行了多套气化发电系统[21~24]； 2. 中国林业科学院林产化学工业研究所在生物质流态化气化技术、内循 环锥形流化床富氧气化技术方面取得了成果[25]； 3. 中国科技大学进行了生物质等离子体气化[26]、生物质气化合成等技术 的研究[27]； 4. 浙江大学对双流化床气化技术进行了研究，并开发了中热值气化供气 与发电装置[30,31]；华中科技大学进行了流化床的气化研究[32-34]； 5. 南京工业大学近年来开始开展生物质气化技术的研究，在大规模的固 定床生物质气化发电技术方面取得了进展。
6. 华中科技大学开展了高含水率生物质的热解气化研究，并建成了一套 中试装置，取得了较好的效果
生物质热解气化
国外进展
欧美等发达国家对生物质气化技术的研究十分重视，有许多单
位在进行此项技术的研究，并达到了较高的水平。
西方发达国家的一些科研单位，如美国国家再生能源实验室[64]
、Ariozna大学、Hamburg大学、日本日立制作所、英国Aston大学
0.35
3.0
城市生活垃圾量（填埋处理）
1.58
0.96
60
0.09
0.28
餐饮废油 工业/生活污水量 棉籽油
生物质气化总结
气化指标的影响因素
复杂的热化学过程，受很多因素的影响。 影响气化指标的因素取决于3个方面，即原料特性、气化过 程的操作条件和气化反应器的构造。
第13页
生物质气化指标及影响因素
(1)生物质特性 原料特性不但影响气化指标．而日也决定气化方法的选择。 生物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出的优点。 1)挥发分高、固定族低。生物质特别是秸秆类生物质，固定 碳在20％左右，而挥发分则高达70％左右。在较低温度下， 约400度就可全部挥发出来。 2)生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快的速 度与CO2及水蒸气进行气化反应。 如：在815℃、2MPa下，木炭在He(45％)、H2(5％)及水蒸气 (5％)的气体中，只要7分钟，80％能被气化，泥煤炭只能有 约20％被气化，而褐煤显几乎没有反应。 3)生物质灰分少。生物质灰分一般少于3％(稻壳等除外)。 4)含硫量低。生物质台硫量一般少于0．2％，不需要气体脱 硫装置，降低了成本，又有利于环境保护。
分解过程机理及动力学表达式 低温时（低于250℃）的主要产物是CO2、CO、H2O及焦炭；温度升 高至400℃以上时，生成CO2、CO、H2O、H2、CH4焦炭及焦油等；温度
继续升高至700℃并有足够停留时间时，出现二次反应，即焦油裂解为
氢、轻烃及炭等产物。
第5页
生物质气化反应动力学
还原过程中主要化学反应及过程速率 下面反应是可逆的，增加温度、降低压力促进反应进行。温度低于
第8页
生物质气化设备和工作原理
② 下吸式气化炉
优点是： 1. 气化强度较上吸式高； 2. 工作稳定性好； 3. 由于氧化区在热解区与还原区之间，因而干 馏和热解的产物都要经过氧化区，在高温下 裂解成H2和CO等永久性小分子气体，使气 化气中焦油含量大大减少。 缺点是： 1. 出炉的可燃气中含有的灰分较多； 2. 出炉的可燃气的温度较高，须用水进行冷却。
生物质气化总结 PPT
生物质气化设备和工作原理
1）固定床
① 上吸式气化炉
优点是：
1. 燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量 传递给物料，用于物料的热分解和干燥， 同时降低其自身的温度，使炉子热效率大 大提高；
2. 热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作 用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分； 结构简单，加工制造容易，炉内阻力小。
气化指标的影响因素
复杂的热化学过程，受很多因素的影响。 影响气化指标的因素取决于3个方面，即原料特性、气化过 程的操作条件和气化反应器的构造。
生物质气化指标及影响因素
(1)生物质特性 原料特性不但影响气化指标．而日也决定气化方法的选择。 生物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出的优点。
1)挥发分高、固定族低。生物质特别是秸秆类生物质，固定 碳在20％左右，而挥发分则高达70％左右。在较低温度下， 约400度就可全部挥发出来。
生物质气化
1
主要内容
生物质气化基本原理 生物质气化反应动力学 生物质气化设备和工作原理 生物质气化指标及影响因素
生物质气化基本原理
图 上吸式气化炉气化原理
1.干燥区 温度大约为100~250℃ 产物为干物料和水蒸气 水蒸气随着下面三个反应
区的产热排除气化炉 干物料进入裂解区
2.热分解区（裂解区） 温度大约为300~600℃ 产物为炭、H2、水蒸气、
原料。 （3）流化床气化的产气能力可在较ห้องสมุดไป่ตู้范围内波动，且气
化效率不会明显降低。 （4）流化床使用的燃料颗粒很细，传热面积大，传热效
率高，气化反应温度不是很高且均衡，结渣的可能性减弱。
缺点
（1）产出气体的显热损失大。 （2）由于燃料颗粒细，流化速度较高，故产出气体中的 带出物较多。
生物质气化技术ppt课件
• 天然气的燃烧效率为92% • 1300Kcal的燃气的燃烧效率为
70%——90%
• 1300Kcal的燃气不适用于对热量要求高，并且对温度波动要求严格的锅炉。 以奥斯登为例，烧壳炉的工作温度为1200℃-1300℃，温度的波动范围为正负
30℃。该燃气无法满足要求。
环保投入
•
目前生物质气化的焦油问题仍未解决，为避免二次污染，必须投入定的
对1000KW的谷壳发电来说大约为0.27元/千瓦时。这一成本与燃煤发电厂的成 本接近，但远远低于柴油机的发电成本。在较小的发电规模下，由于人工和 维修费用比例大大增加，所以发电成本已随着功率的变小而增大，当功率小 于100KW时，发电成本已接近大型柴油发电的水平，失去竞争的优势。
• 由于能量密度低并且分散，生物质的收集与运输是生物质成本的主要部分， 而生物质的预处理必须增加相应的设备和投资，这两部分都会增加生物质气 化发电的运行成本。
特别适用于对温度要求不严格的使用单位（例如温室大棚的温控范围可以控 制在15℃——25℃或类似的单位）。
二 生物质气化技术的缺点
• 生物质气化锅炉的产能不能过低。产能越低，相对的人工、场地、运输、 设备保养和运行费用越高。
• 生物质气化锅炉的产能不宜过高。受技术限制，以及原材料的收集等客观 因素的限制，目前生物质气化锅炉在提供可燃气的领域，一般适宜为350户— —500户的用气民户，提供燃气。（秸秆气化技术）
11.6
1.84
12.73
1.36
14
53.33 53.13 48.98 50.78 49.88 56.84
1.76 1.45 1.4 1.5 1.65 1.7
5676 5371 5033 5585 5328 3664
70%——90%
• 1300Kcal的燃气不适用于对热量要求高，并且对温度波动要求严格的锅炉。 以奥斯登为例，烧壳炉的工作温度为1200℃-1300℃，温度的波动范围为正负
30℃。该燃气无法满足要求。
环保投入
•
目前生物质气化的焦油问题仍未解决，为避免二次污染，必须投入定的
对1000KW的谷壳发电来说大约为0.27元/千瓦时。这一成本与燃煤发电厂的成 本接近，但远远低于柴油机的发电成本。在较小的发电规模下，由于人工和 维修费用比例大大增加，所以发电成本已随着功率的变小而增大，当功率小 于100KW时，发电成本已接近大型柴油发电的水平，失去竞争的优势。
• 由于能量密度低并且分散，生物质的收集与运输是生物质成本的主要部分， 而生物质的预处理必须增加相应的设备和投资，这两部分都会增加生物质气 化发电的运行成本。
特别适用于对温度要求不严格的使用单位（例如温室大棚的温控范围可以控 制在15℃——25℃或类似的单位）。
二 生物质气化技术的缺点
• 生物质气化锅炉的产能不能过低。产能越低，相对的人工、场地、运输、 设备保养和运行费用越高。
• 生物质气化锅炉的产能不宜过高。受技术限制，以及原材料的收集等客观 因素的限制，目前生物质气化锅炉在提供可燃气的领域，一般适宜为350户— —500户的用气民户，提供燃气。（秸秆气化技术）
11.6
1.84
12.73
1.36
14
53.33 53.13 48.98 50.78 49.88 56.84
1.76 1.45 1.4 1.5 1.65 1.7
5676 5371 5033 5585 5328 3664
生物质气化PPT课件
按温度可将热解分为低温热解(600℃以下)，中温热解(600～ 900℃)和高温热解(900℃以上)。根据热解过程的原料停留时 间和升温速率，热解可分为：常规热解(Conventional pyrolysis)、快速热解(Fast pyrolysis)和闪解(Flash pyrolysis)。
常规热解 快速热解 闪解
55.4
.
18
5. 热解气化
热解气化，又称干馏气化，是指生物质在隔绝空气或提供极 有限的空气的条件下加热后进行裂解反应的气化过程。也可 描述成生物质的部分气化。
热解气化的突出优点是产生的燃气热值较高，约15MJ/Nm3左 右，其缺点是气体产出率较低，产生的燃气中焦油含量很高。
.
19
5. 热解气化
.
31Biblioteka 4.循环流化床气化炉循环流化床气化系统结构. 与工作原理示意图
32
4.循环流化床气化炉
循环流化床气化炉与鼓泡床气化炉相比，循环流化床气化 炉的流化速度高，气化剂的上升流速为5～10m/s，从而使 得从气化炉出来的燃气中携带有大量的固体颗粒，这些颗 粒包含大量未完全反应的炭粒，通过设置在气化炉出气口 处的旋风分离器将这些颗粒从燃气中分离出来，并重新送 入气化炉内，继续参与气化反应。循环流化床气化炉的反 应温度一般也控制在700～900℃。
净化装置类型 沙床过滤器 喷淋塔洗涤器 文丘里管洗涤器 湿式静电除尘器 纤维过滤器
几种气体净化装置的除焦油和除尘效果
颗粒去除率（％）
焦油去除率（％）
70-99
50-97
60-98 － ＞99
10-25 50-90 0-60
70-95
0-50
物理除焦只是将焦油从燃气中分离出来，而且多把分离出来的焦油作为
生物质气化-课件
生物质气化技术周劲松浙江大学能源工程学院主要内容•生物质气化原理•生物质气化技术与工艺•生物质燃气净化•生物质气化应用及研究生物质气化(Biomass gasification)是以生物质为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过热化学反应将生物质中可燃的部分转化为可燃气的过程。
生物质气化时产生的气体，主要有效成分为C0、H 2和CH 4等，称为生物质燃气。
•Why gasification?–Gasification provides a competitive way to convert diverse, highly distributed and low-valuelignocellulosic biomass to syngas for combinedheat and power generation, synthesis of liquidfuels and production of hydrogen (H2).–A number of gasifier configurations have beendeveloped. Biomass integrated gasificationcombined cycles (BIGCC) using black-liquor arealready in use.–Gasification can also co-produce liquid fuels andsuch advanced technologies are currently beinginvestigated in research and pilot plants.生物质气化原理•氧化Oxidation:C+O2→CO2+392.5kJ2C+O2→2CO+221.34kJ2CO+O2→2CO2+565.94kJ2H2+O2→2H2O+483.68kJCH4+2O2→CO2+2H2O+890.36kJ •碳气化Boudouard:C+CO2→2CO-172.43kJ•水煤气Water gas reaction: C+H2O(g)→CO+H2-131.72kJC+2H2O(g) →CO2+2H2-90.17kJ•水煤气变换Water-gas shift reaction: CO+H2O(g) →CO2+H2+41.13kJ•水蒸气重整Steam reforming:CH4+H2O(g) →CO+3H2-205.9kJCH4+2H2O(g) →CO2+4H2-164.7kJ •CO2重整CO2reforming:CH4+CO2→2CO+2H2-247.0kJ•加氢重整H2 reforming:CO+3H2→CH4+H2O+205.9kJ•甲烷化Methanation:C+2H2→CH4+74.6kJ气化过程•Process of gasification热解过程反应动力学温度对热解产物分布的影响气体产量与气相滞留时间的关系氧化（燃烧）过程受燃烧温度和燃烧时间、颗粒大小控制还原过程气固反应增加温度与减少压力有利于反应向右进行以C+H2O(g)→CO+H2-131.72kJ；C+2H2O(g) →CO2+2H2-90.17kJ为例400℃几乎不反应，反应速率低于700℃缓慢，800℃以上明显增加温度低于700℃有利于CO2的生成温度越高有利于CO和H2的生成三个过程对比平衡分析•化学反应平衡常数–与反应温度和反应压力有关反应平衡状态随温度变化趋势C+CO2→2CO-172.43kJ当反应温度小于850°C时，其逆反应速度很快，因此二氧化碳很难还原为一氧化碳；当反应温度高于850°C时，则还原反应生成的一氧化碳迅速增加；当温度升高到1200°C以上时，相比之下逆反应速度极为缓慢，二氧化碳则可基本上全部还原为一氧化碳。
生物质气化技术课件
QDW
riQDW ,i
結束放映
编辑ppt
7.1 氣化的基本原理
7.1.3 氣化的分類
對於生物質氣化過程的分類有多種形式。如果按照 製取燃氣熱值的不同可分為：製取低熱值燃氣方法 （燃氣熱值低於8374kJ/m3），製取中熱值燃氣方 法（燃氣熱值為16747～33494kJ/m3），製取高熱 值燃氣方法（燃氣熱值高於33494kJ/m3）；如果按 照設備的運行方式的不同，可以將其分為固定床、 流化床和旋轉床。如果按照氣化劑的不同，可以將 其分為乾餾氣化、空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣 化、水蒸氣－空氣氣化和氫氣氣化等，如圖7.2所 示。
發生爐煤氣一般指以空氣和水蒸氣為氣化劑，煤發生氣化反應產生的煤 氣。製氣工藝比較簡單，投資少，得到了廣泛的應用。
高爐煤氣是煉鐵時的副產品，在高爐中通常每消耗1t焦炭約可產生 3800～4000m3高爐煤氣。
Chapter7
生物質氣化技術
7.1 氣化的基本原理 7.2 生物質氣化設備 7.3 生物質燃氣 7.4 秸桿氣化集中供氣系統 7.5 生物質氣化發電技術
結束 放映
目錄
编辑ppt
7.1 氣化的基本原理
7.1.1 氣化原理 為了方便描述生物質氣化過程，將結合生物質
下吸式爐的氣化過程（圖7.1）說明生物質氣化 的基本原理。
0.02～0.03
0.0005～0.006
0.005～0.02
0.05～0.10
長時間可允許的 最高濃度/%
0.01～0.015 0.0002～0.0034
0.001 0.04
結束放映
编辑ppt
7.3 生物質燃氣
生物質燃氣與幾種氣體燃料的特性對比可參 見表7.9和表7.10。從表中可以看出生物質燃氣 在理化及燃燒特性上與其他氣體燃料相比有較 大的不同，如生物質燃氣的氮含量較高、熱值 較低以及需要的理論空氣量較少等。
【PPT】生物质气化发电技术(精)
形成NO2 水洗SCR等 堵塞、难以燃 裂解、除焦 烧 、水洗 水洗化学反 腐蚀污染 应法
•燃气高温过滤 •燃气除焦技术：
焦油裂解
水洗除焦：同时有除焦、除尘和降温三方面的效果 静电除焦 ：除尘、除焦效率高，一般达98%以上
结论 (1) 生物质气化技术是一项较新的技术，其技术目 前还不很成熟，还有许多方面需要完善 ； (2) 流化床生物质气化炉比固定床生物质气化具有 更大的经济性，应该成为我国今后生物质气化研究的 主要方向； (3) 与欧美国家相比，目前我国生物质气化还是以 中小规模、固定床、低热值气化为主，利用现有技术， 研究开发经济上可行、效率较高的系统，是目前发展 我国生物质气化发电技术的一个主要课题，也是我国 能否有效利用生物质的关键。
生物质气化发电技术
意义
工作原理
流程与主要设备 关键技术
意义
•处理农业废料
•减少CO2及SO2、 NOx等污染气体的排放
工作原理
生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为 可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。
气化发电过程包括三个方面
•生物质气化 •气体净化 •燃气发电
流下吸式 鼓泡流化床 适应不同形状尺 大块原料不 原料尺寸控制较 原料适应 寸原料、含水量 经预处理可 严，需预处理过 在15-45%间可 直接使用。 程。 性 稳定运行。 燃气特点 H 2和CnHm含量 少，CO 2含量 高，焦油含量 高，需要复杂净 后处理过 化处理。 程的简单 性 设备实用 生产强度小。 性、单炉 生产能力 结构简单、加工 、结构复 制造容易 杂程度、 制造维修 费用 H 2含量增加 。焦油经高 温区裂解， 含量减 少。 与直径相同的固 定床比，产气量 大4倍，焦油较 少，燃气成分稳 定，后处理过程 简单。
第三章生物质的热解气化ppt课件
3
3.1气化的基本原理
气化的基本原理
为了清楚的描述气化过程，我们将以上吸式固定床气化炉（如图所示） 为例 ，具体分析生物质的气化过程。
1.生物质的干燥
在气化炉的最上层为干燥区，从上面
加入的生物质燃料直接进入到燥区湿物
料在这里同下面三个反应区生成的热气
体产物进行换热，使原料中的水分蒸发
出去，生物质物料由含有一定水分的原
气体热值是指单位体积气体燃料所包含的化学能。 气体燃料的低值简化计算公式为：
8
3.1气化的基本原理
4.气化效率 气化效率是指生物质气化后生成气体的总热量与气化原料的总热量
之比。它是衡量气化过程的重要指标。
5.热效率 热效率为生成物的总热量与总耗热量之比。
6.碳转换率 碳转换率是指生物质燃料中的碳转换为气体燃料中的碳的份额。即
当然，在裂解反应中还有少量烃类物质的产生。裂解区的主要产物 为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油及其他烃类物 质等，这些热气体继续上升，进入到干燥区，而炭则进入下面的还原区 3.还原反应
在还原区已没有氧气存在，在氧化反应中生成的二氧化碳着这里同 炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳和氢气。由于还原反应是吸热 反应，还原区的温度也相应降低，约700-900度，其还原反应方程式为：5
6
3.1气化的基本原理
在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热 为还原区的还原反应、燃烧的裂解和干燥提供了热源。在氧化区中生成 的热气体（一氧化碳和二氧化碳）进入气化炉的还原区，灰则落入下部 的灰室中。
通常把氧化区及还原区合起来称作气化区，气化反应主要在这里进 行；而裂解反应及干燥区则统称为燃料准备区或叫做燃料预处理区。这 里的反应是按照干馏的原理进行的，其载热体来自气化区的热气体。
3.1气化的基本原理
气化的基本原理
为了清楚的描述气化过程，我们将以上吸式固定床气化炉（如图所示） 为例 ，具体分析生物质的气化过程。
1.生物质的干燥
在气化炉的最上层为干燥区，从上面
加入的生物质燃料直接进入到燥区湿物
料在这里同下面三个反应区生成的热气
体产物进行换热，使原料中的水分蒸发
出去，生物质物料由含有一定水分的原
气体热值是指单位体积气体燃料所包含的化学能。 气体燃料的低值简化计算公式为：
8
3.1气化的基本原理
4.气化效率 气化效率是指生物质气化后生成气体的总热量与气化原料的总热量
之比。它是衡量气化过程的重要指标。
5.热效率 热效率为生成物的总热量与总耗热量之比。
6.碳转换率 碳转换率是指生物质燃料中的碳转换为气体燃料中的碳的份额。即
当然，在裂解反应中还有少量烃类物质的产生。裂解区的主要产物 为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油及其他烃类物 质等，这些热气体继续上升，进入到干燥区，而炭则进入下面的还原区 3.还原反应
在还原区已没有氧气存在，在氧化反应中生成的二氧化碳着这里同 炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳和氢气。由于还原反应是吸热 反应，还原区的温度也相应降低，约700-900度，其还原反应方程式为：5
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3.1气化的基本原理
在氧化区进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应热 为还原区的还原反应、燃烧的裂解和干燥提供了热源。在氧化区中生成 的热气体（一氧化碳和二氧化碳）进入气化炉的还原区，灰则落入下部 的灰室中。
通常把氧化区及还原区合起来称作气化区，气化反应主要在这里进 行；而裂解反应及干燥区则统称为燃料准备区或叫做燃料预处理区。这 里的反应是按照干馏的原理进行的，其载热体来自气化区的热气体。
生物质气化英文PPT
Biomass gasification and biogas
Reporter :
CONTENTS
Biomass energy
Biomass is a term for all organic material that stems from plants (including algae, trees and crops). it is produced by green plants converting sunlight into plant material through photosynthesis and includes all land- and water-based vegetation, as well as all organic wastes. It is a kind of abundant and renewable green clean energy.
biomass+O2(H2O)
H2＋CO＋CO2＋H2O＋CH4＋CnHm tar＋charcoal + ash
Oxidation reaction
The complete and incomplete combustion reaction of carbon
Reaction of carbon and water vapor
the gas qualities being determined by the types of gasifier , feedstocks, the gasifying agent, the method of operation and the process operating conditions.
• So far ，biomass energy conversion technology and equipment has been developed.
Reporter :
CONTENTS
Biomass energy
Biomass is a term for all organic material that stems from plants (including algae, trees and crops). it is produced by green plants converting sunlight into plant material through photosynthesis and includes all land- and water-based vegetation, as well as all organic wastes. It is a kind of abundant and renewable green clean energy.
biomass+O2(H2O)
H2＋CO＋CO2＋H2O＋CH4＋CnHm tar＋charcoal + ash
Oxidation reaction
The complete and incomplete combustion reaction of carbon
Reaction of carbon and water vapor
the gas qualities being determined by the types of gasifier , feedstocks, the gasifying agent, the method of operation and the process operating conditions.
• So far ，biomass energy conversion technology and equipment has been developed.
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（2）流化床气化炉
流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材料沙子，在吹入气 化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈 “沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高。
生物质气化设备和工作原理
以外循环流化床气化炉为例： 主要优点
气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭 不断循环回反应炉内。使炭有足够的时间在床内停留，以适应还 原反应速度慢的需要。适合水分含量大、热值低、着火困难的生 物质物料。
2)生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快的速 度与CO2及水蒸气进行气化反应。 如：在815℃、2MPa下，木炭在He(45％)、H2(5％)及水蒸气 (5％)的气体中，只要7分钟，80％能被气化，泥煤炭只能有 约20％被气化，而褐煤显几乎没有反应。
3)生物质灰分少。生物质灰分一般少于3％(稻壳等除外)。 4)含硫量低。生物质台硫量一般少于0．2％，不需要气体脱 硫装置，降低了成本，又有利于环境保护。
气化指标的影响因素
复杂的热化学过程，受很多因素的影响。 影响气化指标的因素取决于3个方面，即原料特性、气化过 程的操作条件和气化反应器的构造。
生物质气化指标及影响因素
(1)生物质特性 原料特性不但影响气化指标．而日也决定气化方法的选择。 生物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出的优点。
1)挥发分高、固定族低。生物质特别是秸秆类生物质，固定 碳在20％左右，而挥发分则高达70％左右。在较低温度下， 约400度就可全部挥发出来。
主要缺点 产气中灰分需要很好地净化处理和部
件磨损严重。
生物质气化指标及影响因素
1.比消耗量。定义：气化1kg生物质所消耗气化剂(如空气、 水蒸气、氧气)的量。 2.产品气产率。气化1kg原料所得到的气体燃料在标准状态 下的体积称为产品气产率。 3.碳转化率。碳转化率是指生物质燃料中的碳转化为气体燃 料中碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之燥区 炭进入还原区
生物质气化基本原理
3.还原区（吸热） 温度大约为700~900℃ 产物为CO、CO2、 H2 热气体上升进入裂解区 未反应炭进入氧化区
4.氧化区（放热） 温度大约为1000~1200℃ 产物为CO、CO2 热气体上升进入还原区 灰进入灰室
生物质气化反应动力学
还原过程中主要化学反应及过程速率 下面反应是可逆的，增加温度、降低压力促进反应进行。温度低于
700℃时，反应有利于CO2的生成，并且水蒸气与碳的反应速率极为缓慢 。温度从800℃开始升高时，水蒸气与碳的反应明显增加。
其中水蒸气与碳的反应速率与温度的关系式：
生物质气化反应动力学
燃气中的体积百分比
气体产率，m3/kg
原料中碳的含量，%
生物质气化指标及影响因素
4. 气化效率。生物质气化后生成的产品气总热量与气化原料 总热量之比，称为气化效率，它是衡量气化过程的主要指标。 5. 气化强度。单位时间内，气化反应器单位横截面上所能
气化的原料量称为气化强度，单位通常为kg／(m2h)。
生物质气化设备和工作原理
③ 横吸式气化炉
生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部的灰室。气化剂由侧面进 入，产出的气体也由侧面流出，气流横向通过气化区，在氧化区、还原 区进行的热化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧 区温度甚至会超过灰熔点，容易造成结渣。因此，该炉适用于含灰分少 的原料，一般用作焦炭和木炭气化。
图 上吸式气化炉气化原理
生物质气化反应动力学
生物质气化动力学包括热分解过程机理及动力学表达式，还原过程中的 主要化学反应及过程速率，焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率。
分解过程机理及动力学表达式
低温时（低于250℃）的主要产物是CO2、CO、H2O及焦炭；温度升 高至400℃以上时，生成CO2、CO、H2O、H2、CH4焦炭及焦油等；温度 继续升高至700℃并有足够停留时间时，出现二次反应，即焦油裂解为 氢、轻烃及炭等产物。
生物质气化
1
主要内容
生物质气化基本原理 生物质气化反应动力学 生物质气化设备和工作原理 生物质气化指标及影响因素
生物质气化基本原理
图 上吸式气化炉气化原理
1.干燥区 温度大约为100~250℃ 产物为干物料和水蒸气 水蒸气随着下面三个反应
区的产热排除气化炉 干物料进入裂解区
2.热分解区（裂解区） 温度大约为300~600℃ 产物为炭、H2、水蒸气、
生物质气化设备和工作原理
② 下吸式气化炉
优点是： 1. 气化强度较上吸式高； 2. 工作稳定性好； 3. 由于氧化区在热解区与还原区之间，因而干
馏和热解的产物都要经过氧化区，在高温下 裂解成H2和CO等永久性小分子气体，使气 化气中焦油含量大大减少。 缺点是： 1. 出炉的可燃气中含有的灰分较多； 2. 出炉的可燃气的温度较高，须用水进行冷却。
焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率 生物质炭的燃烧速率受燃烧温度控制，基本呈现对数曲线增长。又受
氧通过灰层的扩散速率控制，细颗粒的燃烧速率比大颗粒快得多。随着 颗粒粒径减小，燃烧速率按对数曲线递增。
焦油的燃烧速率随温度增加而增加，且接近直线关系。
二次反应包括裂解、重整、水蒸气与一氧化碳的变换反应、二氧化碳 与碳及碳与水蒸气的还原反应等。温度与停留时间是决定二次反应程度 的主要因素。
缺点是：
1. 原料中水分不能参加反应，减少了燃气中H和碳氢化合物的含量， 气体与固体逆向流动时，物料中的水分随产品气体带出炉外，降低 了气体的实际热值，增加了排烟热损失；
2. 热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低 温度的气流相遇，原料在低温(250～400oC)下进行热分解，导致焦 油含量高。
生物质气化设备和工作原理
1）固定床
① 上吸式气化炉
优点是：
1. 燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量 传递给物料，用于物料的热分解和干燥， 同时降低其自身的温度，使炉子热效率大 大提高；
2. 热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作 用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分； 结构简单，加工制造容易，炉内阻力小。
流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材料沙子，在吹入气 化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈 “沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力大，气化效率高。
生物质气化设备和工作原理
以外循环流化床气化炉为例： 主要优点
气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭 不断循环回反应炉内。使炭有足够的时间在床内停留，以适应还 原反应速度慢的需要。适合水分含量大、热值低、着火困难的生 物质物料。
2)生物质碳反应性高。生物质碳在较低温度下，以较快的速 度与CO2及水蒸气进行气化反应。 如：在815℃、2MPa下，木炭在He(45％)、H2(5％)及水蒸气 (5％)的气体中，只要7分钟，80％能被气化，泥煤炭只能有 约20％被气化，而褐煤显几乎没有反应。
3)生物质灰分少。生物质灰分一般少于3％(稻壳等除外)。 4)含硫量低。生物质台硫量一般少于0．2％，不需要气体脱 硫装置，降低了成本，又有利于环境保护。
气化指标的影响因素
复杂的热化学过程，受很多因素的影响。 影响气化指标的因素取决于3个方面，即原料特性、气化过 程的操作条件和气化反应器的构造。
生物质气化指标及影响因素
(1)生物质特性 原料特性不但影响气化指标．而日也决定气化方法的选择。 生物质作为气化原料比煤作为气化原料有突出的优点。
1)挥发分高、固定族低。生物质特别是秸秆类生物质，固定 碳在20％左右，而挥发分则高达70％左右。在较低温度下， 约400度就可全部挥发出来。
主要缺点 产气中灰分需要很好地净化处理和部
件磨损严重。
生物质气化指标及影响因素
1.比消耗量。定义：气化1kg生物质所消耗气化剂(如空气、 水蒸气、氧气)的量。 2.产品气产率。气化1kg原料所得到的气体燃料在标准状态 下的体积称为产品气产率。 3.碳转化率。碳转化率是指生物质燃料中的碳转化为气体燃 料中碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之燥区 炭进入还原区
生物质气化基本原理
3.还原区（吸热） 温度大约为700~900℃ 产物为CO、CO2、 H2 热气体上升进入裂解区 未反应炭进入氧化区
4.氧化区（放热） 温度大约为1000~1200℃ 产物为CO、CO2 热气体上升进入还原区 灰进入灰室
生物质气化反应动力学
还原过程中主要化学反应及过程速率 下面反应是可逆的，增加温度、降低压力促进反应进行。温度低于
700℃时，反应有利于CO2的生成，并且水蒸气与碳的反应速率极为缓慢 。温度从800℃开始升高时，水蒸气与碳的反应明显增加。
其中水蒸气与碳的反应速率与温度的关系式：
生物质气化反应动力学
燃气中的体积百分比
气体产率，m3/kg
原料中碳的含量，%
生物质气化指标及影响因素
4. 气化效率。生物质气化后生成的产品气总热量与气化原料 总热量之比，称为气化效率，它是衡量气化过程的主要指标。 5. 气化强度。单位时间内，气化反应器单位横截面上所能
气化的原料量称为气化强度，单位通常为kg／(m2h)。
生物质气化设备和工作原理
③ 横吸式气化炉
生物质原料由炉顶加入，灰分落入炉栅下部的灰室。气化剂由侧面进 入，产出的气体也由侧面流出，气流横向通过气化区，在氧化区、还原 区进行的热化学反应与下吸式气化炉相同，只不过反应温度较高，燃烧 区温度甚至会超过灰熔点，容易造成结渣。因此，该炉适用于含灰分少 的原料，一般用作焦炭和木炭气化。
图 上吸式气化炉气化原理
生物质气化反应动力学
生物质气化动力学包括热分解过程机理及动力学表达式，还原过程中的 主要化学反应及过程速率，焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率。
分解过程机理及动力学表达式
低温时（低于250℃）的主要产物是CO2、CO、H2O及焦炭；温度升 高至400℃以上时，生成CO2、CO、H2O、H2、CH4焦炭及焦油等；温度 继续升高至700℃并有足够停留时间时，出现二次反应，即焦油裂解为 氢、轻烃及炭等产物。
生物质气化
1
主要内容
生物质气化基本原理 生物质气化反应动力学 生物质气化设备和工作原理 生物质气化指标及影响因素
生物质气化基本原理
图 上吸式气化炉气化原理
1.干燥区 温度大约为100~250℃ 产物为干物料和水蒸气 水蒸气随着下面三个反应
区的产热排除气化炉 干物料进入裂解区
2.热分解区（裂解区） 温度大约为300~600℃ 产物为炭、H2、水蒸气、
生物质气化设备和工作原理
② 下吸式气化炉
优点是： 1. 气化强度较上吸式高； 2. 工作稳定性好； 3. 由于氧化区在热解区与还原区之间，因而干
馏和热解的产物都要经过氧化区，在高温下 裂解成H2和CO等永久性小分子气体，使气 化气中焦油含量大大减少。 缺点是： 1. 出炉的可燃气中含有的灰分较多； 2. 出炉的可燃气的温度较高，须用水进行冷却。
焦炭的燃烧过程及其二次反应过程速率 生物质炭的燃烧速率受燃烧温度控制，基本呈现对数曲线增长。又受
氧通过灰层的扩散速率控制，细颗粒的燃烧速率比大颗粒快得多。随着 颗粒粒径减小，燃烧速率按对数曲线递增。
焦油的燃烧速率随温度增加而增加，且接近直线关系。
二次反应包括裂解、重整、水蒸气与一氧化碳的变换反应、二氧化碳 与碳及碳与水蒸气的还原反应等。温度与停留时间是决定二次反应程度 的主要因素。
缺点是：
1. 原料中水分不能参加反应，减少了燃气中H和碳氢化合物的含量， 气体与固体逆向流动时，物料中的水分随产品气体带出炉外，降低 了气体的实际热值，增加了排烟热损失；
2. 热气体从底部上升时，温度沿着反应层高度下降，物料被干燥与低 温度的气流相遇，原料在低温(250～400oC)下进行热分解，导致焦 油含量高。
生物质气化设备和工作原理
1）固定床
① 上吸式气化炉
优点是：
1. 燃气在经过热分解层和干燥层时，将热量 传递给物料，用于物料的热分解和干燥， 同时降低其自身的温度，使炉子热效率大 大提高；
2. 热分解层和干燥层对燃气有一定的过滤作 用，所以出炉的燃气中只含有少量灰分； 结构简单，加工制造容易，炉内阻力小。