当前生物质气化技术大部分源于煤气化技术,煤气化技术现已发展较为成熟,主要包括固定床、流化床和气流床气化技术。生物质气化领域也有非煤气化技术,如压缩进料高温气化技术等。不同的气化技术各具特点,但生物质与煤的物理及化学特性有很大区别,针对生物质的气化技术需要根据生物质具体特性在原料预处理、进料端、炉型、气化剂选择、排渣形式、除焦等环节进行适应性匹配和技术调整。
一、各炉型技术特点梳理
目前国内生物质气化技术种类繁多,各炉型技术特点各有优势和短板。以下对常见的固定床、流化床、气流床(源自煤化工技术)以及压缩进料高温气化炉(源自非煤化工技术)等生物质气化炉型特点进行归纳分析:
(一)生物质固定床气化技术
固定床是最传统、结构最简单的气化技术,核心特点是生物质原料在反应器内保持“静止”或缓慢移动状态,与气化剂逆向接触反应,如同煤气发生炉气化过程。
技术难点如下:
1.焦油问题:气化气需预热床层,气化炉出口排气温度较低(300-500℃),形成大量焦油,结焦问题难以解决。
2.床层稳定性问题:固定床需要形成稳定的床层,而生物质热稳定性差,容易粉化,床层出现垮塌,产生偏炉,造成局部超温,严重者会导致炉体损坏。如何加强生物质热稳定性强度,控制原料成本,保证装置连续稳定运行,目前是解决床层稳定性的难题。
(二)生物质流化床气化技术
流化床的核心特点是生物质原料在高速气化剂(氧气、水蒸气等)的吹动下,像“沸腾的液体”一样悬浮、翻滚并充分反应,因此也被称为“沸腾床”。这种“剧烈混合”状态让原料与气化剂接触更均匀,反应效率显著高于固定床。
技术难点如下:
1.碳转化率低:高温会使用生物质熔聚,粘连在一起,从小颗粒变为大颗粒,无法维持稳定的“沸腾”状态,造成死床。故反应热点温度须控制在生物质灰熔点以下,通常为800-900℃,炉顶温度就更低,碳转化率较低,生物质利用率下降。另外严格的控温,对操作要求较高。
2.堵塞问题:生物质碱金属含量大,在操作条件下与灰分会形成熔融态共晶体,形成结渣;另外流化床操作温度较低,会有一定量焦油产生,形成结焦。结焦和结渣双重作用下,易形成堵塞,影响连续运行。如何妥善解决结焦和结渣问题是应用流化床技术的关键。
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