Resumen: Como energía limpia renovable, la tecnología de gasificación de biomasa se ha desarrollado vigorosamente.Este artículo presenta brevemente los principios básicos de la gasificación de biomasa y los tipos de procesos de gasificación, y expone los principios de funcionamiento y las ventajas y desventajas de los principales tipos de gasificadores.La eficiencia de la gasificación es alta pero la estructura es compleja;El análisis de las características del gasificador tiene importancia orientadora para el diseño y operación del proyecto de gasificación de biomasa.
introducción
Con la crisis energética mundial cada vez más grave y la destrucción del medio ambiente ecológico, la biomasa, como energía limpia y renovable, es el cuarto recurso más importante después del petróleo, el carbón y el gas natural, y ha atraído una gran atención.La tecnología de gasificación de biomasa no sólo puede suministrar gas y generación de energía, sino que también puede utilizarse para sintetizar metanol y amoníaco.Tiene suficiente flexibilidad técnica, buena limpieza, alta economía y alta eficiencia.Países de todo el mundo están promoviendo activamente la investigación sobre la tecnología de gasificación de biomasa.
1 El principio de gasificación de biomasa.
La gasificación de biomasa es un conjunto de reacciones más complejas.Desde una perspectiva macro, se puede dividir en cuatro etapas de reacción: secado, pirólisis, oxidación (combustión) y reducción.
El secado es un proceso físico simple, que ocurre principalmente entre 100 y 150 °C, y todo el proceso necesita absorber mucho calor.Cuando la temperatura supera los 15 °C, la biomasa comienza a sufrir pirólisis, los volátiles se precipitan y el carbón se deja para formar un lecho para reacciones adicionales.Los productos gaseosos de la pirólisis de la biomasa incluyen CO, CO2, CH4, H2, etc., que sufrirán una reacción de oxidación (combustión) con oxígeno y emitirán mucho calor, proporcionando suficiente calor para las reacciones de secado, pirólisis y reducción, y manteniendo la todo el proceso de gasificación.Persistente.El vapor de agua y el CO2 producidos por la reacción de oxidación (combustión) reaccionarán con el carbono para generar H2 y CO, completando así la conversión de combustible sólido en combustible gaseoso.Este proceso es una reacción de reducción (reacción endotérmica).Cuanto mayor es la temperatura, más intensa es la reacción.Cuando la temperatura es inferior a 800°C, la reacción se encuentra básicamente en un estado estancado.
2 gasificadores de lecho fijo
En un gasificador de lecho fijo, el combustible de biomasa sufre secado, pirólisis, oxidación (combustión) y reducción y se convierte en gas combustible.Según la posición de suministro del agente gasificador y la secuencia del flujo a través de la capa de combustible, existen tipos de succión ascendente, de succión descendente, de succión cruzada y de tipo abierto, y se utilizan principalmente los dos primeros tipos de gasificadores.
2.1 Gasificador de corriente ascendente
La capa de reacción del gasificador de succión ascendente es, de arriba a abajo, una capa de secado, una capa de pirólisis, una capa de reducción y una capa de óxido.La biomasa se alimenta al gasificador desde la parte superior, primero se calienta y se seca con el gas, y luego se piroliza con el calor, se precipita una gran cantidad de materia volátil y el carbono sólido ingresa a la capa de reducción y a la capa de óxido que se encuentra debajo, a su vez. .El agente de gasificación se suministra desde la parte inferior y primero sufre una reacción de oxidación con el carbón sólido, liberando calor para aumentar rápidamente la temperatura de la corriente de gas y del lecho, y la corriente de gas se llena de productos de combustión.Después de entrar en la capa reductora, el producto de la combustión y el carbono sufren una reacción de reducción y el endotérmico reduce la temperatura.Cuando la temperatura cae por debajo de 800 °C, la velocidad de reacción se vuelve lenta e incluso se detiene.El flujo de aire continúa hacia arriba, proporcionando calor para la pirólisis y el secado del combustible.
2.2 Gasificador de corriente descendente
La capa de reacción del gasificador de corriente descendente es, de arriba a abajo, una capa de secado, una capa de pirólisis, una capa de óxido y una capa de reducción.Hay dos tipos de gasificadores de tiro descendente dependiendo de la ubicación donde se suministra el agente de gasificación: uno es un gasificador de tiro descendente con una sección de cuello medio y el agente de gasificación se suministra desde la parte superior de la sección de cuello medio.;El segundo es un gasificador de corriente descendente sin sección de cuello intermedia y el agente gasificante se suministra desde la parte superior.El principio de funcionamiento del gasificador de corriente descendente es básicamente el mismo que el del tipo de corriente ascendente, excepto que el calor necesario para el secado del combustible y la pirólisis proviene de la capa inferior de óxido.
3 Gasificador de lecho fluidizado
El principal mecanismo de reacción de gasificación del lecho fluidizado y del lecho fijo es básicamente el mismo, pero no existe un lecho fijo obvio.En la actualidad, existen tres tipos principales de lecho fluidizado: lecho fluidizado burbujeante, lecho fluidizado circulante y lecho fluidizado doble.
3.1 Gasificador de lecho fluidizado burbujeante (BFB)
En un lecho fluidizado burbujeante, cuando la velocidad del gas excede la velocidad crítica del gas de fluidización, los sólidos comienzan a fluidizarse, aparecen burbujas en el lecho y aparece una zona de fase densa donde se agregan partículas y una zona de fase diluida dominada por burbujas.
El cuerpo del horno es relativamente grueso y graso, y la parte inferior es el área de fase densa con una capa de lecho obvia.La reacción de gasificación se produce principalmente en la zona de la fase densa.Para evitar que el flujo de aire saque el combustible de partículas finas del área de la fase densa, la parte superior del horno está diseñada con una sección de expansión para reducir la velocidad del gas., lo que también prolonga el tiempo de reacción del combustible en la región de la fase diluida.
3.2 Gasificador de lecho fluidizado circulante (CFB)
El cuerpo del horno del gasificador CFB es delgado y delgado, y se instala un separador ciclónico en la salida superior del horno para separar y recolectar partículas sólidas de alta temperatura y enviarlas de regreso al horno.
El lecho de CFB llena todo el espacio del contenedor y no hay zona de fase densa ni zona de fase diluida.La condición necesaria para mantener la concentración de partículas en el lecho es que circule una gran cantidad de partículas sólidas.Una vez que la circulación no es buena, es posible que todas las partículas del lecho salgan expulsadas.Debido a las malas características de fluidización de los combustibles de biomasa, los gasificadores CFB utilizan básicamente arena como medio auxiliar de fluidización.
El gasificador CFB tiene dos características: el caudal de gas es alto, generalmente entre 4~7 m/s, el lecho funciona en la zona de fluidización rápida;la alta tasa de circulación de partículas fijas está entre 10 y 20.
3.3 Gasificador de doble lecho fluidizado (DFB)
El gasificador de lecho fluidizado doble adopta dos hornos de lecho fluidizado, uno es un gasificador y el otro es un horno de combustión.El combustible de biomasa se agrega al gasificador con arena caliente como material del lecho, se absorbe la cantidad de arena y se lleva a cabo la reacción de pirólisis.El producto gaseoso transporta el carbón residual y la arena y se separa en el separador.El residuo de carbón separado y la arena se queman con el aire en el horno de combustión para calentar la arena, y la arena caliente es transportada por los gases de combustión y separada por el separador, y la arena caliente se devuelve al gasificador.La característica sobresaliente del gasificador DFB es que las partículas de combustible se transportan en los dos hornos de lecho fluidizado aprovechando la gran capacidad de transporte del lecho fluidizado.
4 Características de varios tipos de gasificadores
El gasificador de lecho fijo tiene una estructura simple, amplia adaptabilidad de las materias primas, tamaño de partículas de hasta 100 mm, baja sensibilidad a la escoria y bajo contenido de cenizas volantes, pero solo es adecuado para operaciones de gasificación a pequeña escala y es difícil de escalar. .
El gasificador de lecho fluidizado tiene una alta eficiencia de gasificación y un alto poder calorífico, pero su estructura es relativamente compleja.Tiene ciertos requisitos sobre el tamaño de las partículas, la uniformidad, el contenido de agua y el ángulo de acumulación natural del combustible.Es sensible a la escoria y al contenido de cenizas volantes del gas, si hay muchas, es necesario equiparlo con un sistema de purificación y eliminación de polvo.En la actualidad, los proyectos de gasificación de biomasa a gran escala adoptan gradualmente la tecnología de gasificación de lecho fluidizado presurizado.
5. Conclusión
En la actualidad, los requisitos globales de emisiones de carbono son cada vez más estrictos y la importancia de la biomasa con las características de "cero emisiones de carbono" es cada vez más evidente.Este artículo presenta brevemente el principio de gasificación de biomasa y compara y analiza diferentes tipos de gasificadores.Se puede ver que el lecho fijo y el lecho fluidizado tienen sus propias ventajas, pero el lecho fluidizado es más adecuado para aplicaciones a gran escala y es la dirección de desarrollo futuro, para aportar un poco de importancia rectora al diseño y operación de Proyectos de gasificación de biomasa.
Hora de publicación: 29-mar-2022