论文部分内容阅读
农作物秸秆禁烧和综合利用已成为近期需要迫切解决的一个社会和环境问题，是我国实现农业可持续发展的一个重要内容。为了进一步提升农村能源技术水平，充分利用秸秆资源，推进节能减排工作的实施，在省能源办的技术指导下，我市开始作物秸秆气化新技术、新工艺的探索。秸秆气化供气技术的可行性秸秆气化技术的开发，主要是解决农村能源问题。目前，农村能源比较缺乏，特别是高质量、上档次的产品很少。另外，秸秆作为能源直接燃烧的缺点：一是资源浪费大；二是对环境污染比较严重；三是广大农民特别是广大农村妇女终年生活在烟熏火燎的环境。秸秆气化的利用既消纳了农村大量废弃物，又解决农村污染环境的问题，提高了农村清洁能源的利用率。
秸秆气化技术和农村集中供气系统是近几年发展起来的新的技术工艺。该技术工艺是秸秆类生物质在缺氧条件下，经过外部加热，使生物质中的C、H、O等元素转变成CO、H2、CH4等可燃气体，通过管道网络供给农民。这种技术既改变了农民直接燃烧生物质以获取能源的传统方式，又适应了部分农民由于生活水平提高而对高品位燃料的需求。
一、秸秆气化的基本原理
气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。当秸秆类物料燃烧时，需要一定量的O2，如果提供的O2等于或多于这个值，秸秆便可以充分地燃烧，最后的残余物为灰分。如果提供的O2量很少，秸秆在燃烧过程中便不能全部烧掉，提供的O2越少，没能烧掉的可燃成分就越多，这些可燃成分包括炭、CO、H2和CH4等。4个反应区的气化过程如下。
1 秸秆的氧化反应
气化剂(空气)由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时被加热。加热后的气体进入气化炉底部的氧化区，同炽热的炭发生燃烧反应，生成CO2并同时放出热量。由于是限氧燃烧，O2，的供给不充分，因而不完全燃烧反应同时发生，生成CO，同时也放出热量。在氧化区，温度可达1000～1200℃。反应为：
C O2=CO2 AH △H=408.8kJ
2C O2=2CO △H △H=246.44kJ
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、物料的裂解和干燥提供了热源。在氧化区中生成的热气体CO和CO2进入气化炉的还原区，灰则进入下部的灰室中。
2 还原反应
在还原区已没有O2存在，在氧化反应中生成的CO2在这里同炭及水蒸气发生还原反应，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，为700～900％。
还原区的主要产物为CO、CO2和h2，这些热气体同氧化层生成的部分热气体进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。
3 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，同时将秸秆加热，秸秆受热后发生裂解反应。在反应中，秸秆中大部分的挥发分从固体中分离出去。由于秸秆的裂解需要大量的热量，在裂解区温度降到400～600％。
裂解区的主要产物为炭、h2、水蒸气、CO、CO2、Ch2、焦油及其它烃类物质(CmHn)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。
4 秸秆的干燥
气化炉最上层为干燥区，从上面加入的物料直接进入到干燥区，湿物料在这里同下面3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，该层温度为100～300℃。干燥层的产物为干物料和水蒸气，水蒸气随着下面的3个反应区的产热排出气化炉，而干物料则进入裂解区。
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。裂解区及干燥区则统称为燃料准备区或燃料预处理区，在这里反应是按照干馏的原理进行的，其载热体是来自气化区的热气体。
在气化炉出口，产出气体成分主要为CO、CO2、h2、Ch2、焦油及少量其它烃类，还有水蒸气及少量灰分。气体经过净化后，便可送入储气柜储存，供居民使用。
二、秸秆气化的主体组成
气化炉是秸秆气化集中供气系统的核心设备。在秸秆气化集中供气系统中大部分采用下吸式固定床气化炉，主要由内胆、外腔及灰室组成。
进入到气化炉内的秸秆最初在物料的最上层，即处在干燥区内。由于受外腔里的热气体及内胆里热气体的热辐射，水分蒸发了，秸杆变成干物料。随着物料的消耗，秸杆向下移动进入裂解区。由于裂解区的温度高，达到了挥发分溢出温度，因而秸秆开始裂解，挥发分气体开始产生，干秸秆逐渐分解为炭、挥发分及焦油等。而生成的炭随着物料的消耗而继续下移进入氧化区。在氧化区，由裂解区生成的炭与气化剂中的O2进行燃烧反应生成CO2、CO。没有在反应中消耗掉的炭继续下移进入还原区，与裂解区及氧化区生成的CO2，发生还原反应生成CO，炭还与水蒸气反应生成h2和CO。
气化过程中空气的供给是靠系统后端的容积式风机的抽力实现的。大多数的秸秆气化炉都是在微负压的条件下运行，进风量可以调节。
从秸秆气化炉中生成的可燃气体含有杂质，且温度太高，并不适合直接送给用户使用，必须进行净化。净化秸秆气的主要目的是除去灰分、炭颗粒、水分、焦油及冷却。净化系统中常用设备为旋风分离除尘器、喷淋塔、液滴分离器和生物质过滤器。
1 旋风分离器
旋风分离除尘器是应用最广。也是最有效的除尘设备。在秸秆气化集中供气系统中采用的是切流式旋风分离除尘器。需净化的秸秆气通过连接管沿切线方向进入旋风分离的圆筒部分，悬浮在秸秆气中的灰分、炭颗粒等粒子靠离心力的作用被抛向器壁。粒子由于与器壁的摩擦而失去其活动力，受重力的作用而落至旋风分离器底部的圆锥部分，从旋风分离器底部的排放孔定期排出。已除尘的秸秆气通过位于旋风分离器中心线上的排气管道排出。
气体的除尘效果与气体进入旋风分离器内的速度大小有关。秸秆气的进气速度太小，除尘效果不明显：进气速度太大，会将已沉降的尘粒重新吹起来。适宜的进气速度是15～20m／s。旋风分离器的直径越小，气体的除尘就越完善。在保持气体最适宜的速度条件下，直径减小可使气体的旋转次数增加。
为了提高除尘效果，实际上常常使用多个旋风分离
秸秆气化技术和农村集中供气系统是近几年发展起来的新的技术工艺。该技术工艺是秸秆类生物质在缺氧条件下，经过外部加热，使生物质中的C、H、O等元素转变成CO、H2、CH4等可燃气体，通过管道网络供给农民。这种技术既改变了农民直接燃烧生物质以获取能源的传统方式，又适应了部分农民由于生活水平提高而对高品位燃料的需求。
一、秸秆气化的基本原理
气化是指将固体或液体燃料转化为气体燃料的热化学过程。当秸秆类物料燃烧时，需要一定量的O2，如果提供的O2等于或多于这个值，秸秆便可以充分地燃烧，最后的残余物为灰分。如果提供的O2量很少，秸秆在燃烧过程中便不能全部烧掉，提供的O2越少，没能烧掉的可燃成分就越多，这些可燃成分包括炭、CO、H2和CH4等。4个反应区的气化过程如下。
1 秸秆的氧化反应
气化剂(空气)由气化炉的底部进入，在经过灰渣层时被加热。加热后的气体进入气化炉底部的氧化区，同炽热的炭发生燃烧反应，生成CO2并同时放出热量。由于是限氧燃烧，O2，的供给不充分，因而不完全燃烧反应同时发生，生成CO，同时也放出热量。在氧化区，温度可达1000～1200℃。反应为：
C O2=CO2 AH △H=408.8kJ
2C O2=2CO △H △H=246.44kJ
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、物料的裂解和干燥提供了热源。在氧化区中生成的热气体CO和CO2进入气化炉的还原区，灰则进入下部的灰室中。
2 还原反应
在还原区已没有O2存在，在氧化反应中生成的CO2在这里同炭及水蒸气发生还原反应，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，为700～900％。
还原区的主要产物为CO、CO2和h2，这些热气体同氧化层生成的部分热气体进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则落入氧化区。
3 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，同时将秸秆加热，秸秆受热后发生裂解反应。在反应中，秸秆中大部分的挥发分从固体中分离出去。由于秸秆的裂解需要大量的热量，在裂解区温度降到400～600％。
裂解区的主要产物为炭、h2、水蒸气、CO、CO2、Ch2、焦油及其它烃类物质(CmHn)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。
4 秸秆的干燥
气化炉最上层为干燥区，从上面加入的物料直接进入到干燥区，湿物料在这里同下面3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，该层温度为100～300℃。干燥层的产物为干物料和水蒸气，水蒸气随着下面的3个反应区的产热排出气化炉，而干物料则进入裂解区。
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。裂解区及干燥区则统称为燃料准备区或燃料预处理区，在这里反应是按照干馏的原理进行的，其载热体是来自气化区的热气体。
在气化炉出口，产出气体成分主要为CO、CO2、h2、Ch2、焦油及少量其它烃类，还有水蒸气及少量灰分。气体经过净化后，便可送入储气柜储存，供居民使用。
二、秸秆气化的主体组成
气化炉是秸秆气化集中供气系统的核心设备。在秸秆气化集中供气系统中大部分采用下吸式固定床气化炉，主要由内胆、外腔及灰室组成。
进入到气化炉内的秸秆最初在物料的最上层，即处在干燥区内。由于受外腔里的热气体及内胆里热气体的热辐射，水分蒸发了，秸杆变成干物料。随着物料的消耗，秸杆向下移动进入裂解区。由于裂解区的温度高，达到了挥发分溢出温度，因而秸秆开始裂解，挥发分气体开始产生，干秸秆逐渐分解为炭、挥发分及焦油等。而生成的炭随着物料的消耗而继续下移进入氧化区。在氧化区，由裂解区生成的炭与气化剂中的O2进行燃烧反应生成CO2、CO。没有在反应中消耗掉的炭继续下移进入还原区，与裂解区及氧化区生成的CO2，发生还原反应生成CO，炭还与水蒸气反应生成h2和CO。
气化过程中空气的供给是靠系统后端的容积式风机的抽力实现的。大多数的秸秆气化炉都是在微负压的条件下运行，进风量可以调节。
从秸秆气化炉中生成的可燃气体含有杂质，且温度太高，并不适合直接送给用户使用，必须进行净化。净化秸秆气的主要目的是除去灰分、炭颗粒、水分、焦油及冷却。净化系统中常用设备为旋风分离除尘器、喷淋塔、液滴分离器和生物质过滤器。
1 旋风分离器
旋风分离除尘器是应用最广。也是最有效的除尘设备。在秸秆气化集中供气系统中采用的是切流式旋风分离除尘器。需净化的秸秆气通过连接管沿切线方向进入旋风分离的圆筒部分，悬浮在秸秆气中的灰分、炭颗粒等粒子靠离心力的作用被抛向器壁。粒子由于与器壁的摩擦而失去其活动力，受重力的作用而落至旋风分离器底部的圆锥部分，从旋风分离器底部的排放孔定期排出。已除尘的秸秆气通过位于旋风分离器中心线上的排气管道排出。
气体的除尘效果与气体进入旋风分离器内的速度大小有关。秸秆气的进气速度太小，除尘效果不明显：进气速度太大，会将已沉降的尘粒重新吹起来。适宜的进气速度是15～20m／s。旋风分离器的直径越小，气体的除尘就越完善。在保持气体最适宜的速度条件下，直径减小可使气体的旋转次数增加。
为了提高除尘效果，实际上常常使用多个旋风分离