第三章生物质的热解气化ppt课件
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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
wenku.baidu.com
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
生物质能工程，32学时
3 生物质的热解气化
王孝强
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3.1气化的基本原理
20世纪70年代，Gahly等首次提出了将气化技术用于生物质这种含能 密度低的燃料。生物质气化是生物质转化过程最新的技术之一。生物质 原料通常含有70℃～90℃挥发分，这就意味着生物质受热后，在相对较 低的温度下就有相当量的固态燃料转化为挥发分物质析出。由于生物质 这种独特的性质，气化技术非常适用于生物质原料的转化。不同于完全 氧化的燃烧反应，气化通过两个连续反应过程将生物质中的碳的内在能 量转化为可燃烧气体，生成的高品位的燃料气既可以供生产、生活直接 燃用，也可以通过内燃机或燃气轮机发电，进行热电联产联供，从而实 现生物质的高效清洁利用。生物质气化的一个重要特征是反应温度低至 600～650℃，因此可以消除在生物质燃料燃烧过程中发生灰的结渣、团 聚等运行难题。
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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。
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要控制参数。当量比大，说明气化过程消耗的氧量多，反应温度升高，
3.1气化的基本原理
有利于气化反应的进行，但燃烧的生物质份额增加，产生的二氧化碳量 增加，使气体质量下降，理论最佳当量比为0.28，由于原料与气化方式 的不同，实际运行中，控制的最佳当量比在0.2-0.28之间。 2.气体产率
气体产率是指单位质量的原料气化后所产生气体燃料在标准状态下 的体积。 3.气体热值
料转变为干物料。干燥区的温度大约为
100-250度。干燥区的产物为干物料和水
蒸气， 水蒸气随着下述的三个反应区的
产物排出气化炉，而干物料则落入裂解区。
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3.1气化的基本原理
2.裂解反应 在氧化区和还原区生成的热气体，在上行过程中经过裂解层，将生物
质加热。由前面叙述的气化原理可知，生物质受热后发生裂解反应。在 反应中，生物质中大部分的挥发分从固体中分离出去。由于生物质的裂 解需要大量的热量，在裂解区温度已降到400-600度。裂解反应方程式为
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：
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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
3.1气化的基本原理
还原区的主要产物为一氧化碳、二氧化碳和氢气，这些热气体同氧化区 生成的部分热气体进入上部裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。 4.氧化反应
气化剂由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时与热灰渣进行换热， 被加热的热气体进入气化炉底部的氧化区，在这里同炽热的炭发生燃烧 反应，生成二氧化碳，同时放出热量。由于是限氧燃烧，氧气的供给是 不充分的，因而不完全燃烧反应同时发生，生成一氧化碳，同时也放出 热量。在氧化区，温度可达到1000-1200度，反应方程式为：
如上所叙，在气化炉内截然分为几个区的情况实际上并不如此。事 实上，一个区可以局部地渗入另一个区，由于这个缘故，所述过程多多 少少有一部分是可以相互交错进行的。
气化过程的几个基本参数
1.当量比
当量比指自供热气化系统中，单位生物质在气化过程所消耗的空气（氧 气）量与完全燃烧所需要的理论空气（氧气）量之比。是气化过程的重
生物质气化采用的技术路线种类繁多，可从不同的角度对其进行分 类。根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化，其中后者又可根 据反应气氛的不同细分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气及其 这些气体的混合物的气化。根据采用的气化反应器的不同又可分为
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3.1气化的基本原理
固定床气化、流化床气化和气流床气化。另外，还可以根据气化规模的 大小、气化反应压力的不同对气化技术进行分类。在气化过程中使用不 同的气化剂、采取不同的运行方法以及过程运行条件，可以得到三种不 同质量的气化产品气。三种类型的气化产品气有着不同的热值(CV)：低 热值(LowCV)4～6MJ／Nm3(使用空气和蒸汽／空气)；中热值 (MediumCV)l2～18MJ／Nm3(使用氧气和蒸汽)；高热值(HighCV)40MJ／ Nm3(使用氢气或者是氢化)。
气体中含碳量与原料中含碳量之比。它是衡量气化效果的指标之一。
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3.1气化的基本原理
7.生产强度 生产强度是指单位时间内每单位反应炉截面积处理原料的能力。
气化过程中的综合影响因素 气化反应是一个非常复杂的热化学过程，这个过程受很多影响因素
的影响。例如反应温度、反应压力、物料特性、气化设备结构等。不同 的气化条件，气化产物变化很大，图2-7显示了反应温度对气体成分及热 值的影响。图2-8显示了反应温度对气体产量的影响。表2-10则表示不同 生物质气化后燃气的成分。
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3.1气化的基本原理
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
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
wenku.baidu.com
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
生物质能工程，32学时
3 生物质的热解气化
王孝强
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3.1气化的基本原理
20世纪70年代，Gahly等首次提出了将气化技术用于生物质这种含能 密度低的燃料。生物质气化是生物质转化过程最新的技术之一。生物质 原料通常含有70℃～90℃挥发分，这就意味着生物质受热后，在相对较 低的温度下就有相当量的固态燃料转化为挥发分物质析出。由于生物质 这种独特的性质，气化技术非常适用于生物质原料的转化。不同于完全 氧化的燃烧反应，气化通过两个连续反应过程将生物质中的碳的内在能 量转化为可燃烧气体，生成的高品位的燃料气既可以供生产、生活直接 燃用，也可以通过内燃机或燃气轮机发电，进行热电联产联供，从而实 现生物质的高效清洁利用。生物质气化的一个重要特征是反应温度低至 600～650℃，因此可以消除在生物质燃料燃烧过程中发生灰的结渣、团 聚等运行难题。
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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。
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要控制参数。当量比大，说明气化过程消耗的氧量多，反应温度升高，
3.1气化的基本原理
有利于气化反应的进行，但燃烧的生物质份额增加，产生的二氧化碳量 增加，使气体质量下降，理论最佳当量比为0.28，由于原料与气化方式 的不同，实际运行中，控制的最佳当量比在0.2-0.28之间。 2.气体产率
气体产率是指单位质量的原料气化后所产生气体燃料在标准状态下 的体积。 3.气体热值
料转变为干物料。干燥区的温度大约为
100-250度。干燥区的产物为干物料和水
蒸气， 水蒸气随着下述的三个反应区的
产物排出气化炉，而干物料则落入裂解区。
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3.1气化的基本原理
2.裂解反应 在氧化区和还原区生成的热气体，在上行过程中经过裂解层，将生物
质加热。由前面叙述的气化原理可知，生物质受热后发生裂解反应。在 反应中，生物质中大部分的挥发分从固体中分离出去。由于生物质的裂 解需要大量的热量，在裂解区温度已降到400-600度。裂解反应方程式为
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：
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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
3.1气化的基本原理
还原区的主要产物为一氧化碳、二氧化碳和氢气，这些热气体同氧化区 生成的部分热气体进入上部裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。 4.氧化反应
气化剂由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时与热灰渣进行换热， 被加热的热气体进入气化炉底部的氧化区，在这里同炽热的炭发生燃烧 反应，生成二氧化碳，同时放出热量。由于是限氧燃烧，氧气的供给是 不充分的，因而不完全燃烧反应同时发生，生成一氧化碳，同时也放出 热量。在氧化区，温度可达到1000-1200度，反应方程式为：
如上所叙，在气化炉内截然分为几个区的情况实际上并不如此。事 实上，一个区可以局部地渗入另一个区，由于这个缘故，所述过程多多 少少有一部分是可以相互交错进行的。
气化过程的几个基本参数
1.当量比
当量比指自供热气化系统中，单位生物质在气化过程所消耗的空气（氧 气）量与完全燃烧所需要的理论空气（氧气）量之比。是气化过程的重
生物质气化采用的技术路线种类繁多，可从不同的角度对其进行分 类。根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化，其中后者又可根 据反应气氛的不同细分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化、氢气及其 这些气体的混合物的气化。根据采用的气化反应器的不同又可分为
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3.1气化的基本原理
固定床气化、流化床气化和气流床气化。另外，还可以根据气化规模的 大小、气化反应压力的不同对气化技术进行分类。在气化过程中使用不 同的气化剂、采取不同的运行方法以及过程运行条件，可以得到三种不 同质量的气化产品气。三种类型的气化产品气有着不同的热值(CV)：低 热值(LowCV)4～6MJ／Nm3(使用空气和蒸汽／空气)；中热值 (MediumCV)l2～18MJ／Nm3(使用氧气和蒸汽)；高热值(HighCV)40MJ／ Nm3(使用氢气或者是氢化)。
气体中含碳量与原料中含碳量之比。它是衡量气化效果的指标之一。
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3.1气化的基本原理
7.生产强度 生产强度是指单位时间内每单位反应炉截面积处理原料的能力。
气化过程中的综合影响因素 气化反应是一个非常复杂的热化学过程，这个过程受很多影响因素
的影响。例如反应温度、反应压力、物料特性、气化设备结构等。不同 的气化条件，气化产物变化很大，图2-7显示了反应温度对气体成分及热 值的影响。图2-8显示了反应温度对气体产量的影响。表2-10则表示不同 生物质气化后燃气的成分。
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3.1气化的基本原理
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