Sažetak: Kao obnovljivi izvor čiste energije, tehnologija rasplinjavanja biomase snažno se razvija.Ovaj rad ukratko predstavlja osnovne principe rasplinjavanja biomase i vrste procesa rasplinjavanja, te objašnjava principe rada te prednosti i nedostatke glavnih tipova rasplinjača.Učinkovitost rasplinjavanja je visoka, ali je struktura složena;analiza karakteristika rasplinjača ima vodeće značenje za projektiranje i rad projekta rasplinjavanja biomase.
Uvod
Uz sve veću globalnu energetsku krizu i uništavanje ekološkog okoliša, biomasa, kao obnovljiva čista energija, četvrti je najveći resurs nakon nafte, ugljena i prirodnog plina, te je privukla veliku pozornost.Tehnologija rasplinjavanja biomase ne samo da može opskrbljivati plinom i proizvodnjom električne energije, već se također može koristiti za sintetiziranje metanola i amonijaka.Ima dovoljnu tehničku fleksibilnost, dobru čistoću, visoku ekonomičnost i visoku učinkovitost.Zemlje diljem svijeta aktivno promiču istraživanja o tehnologiji rasplinjavanja biomase.
1 Princip rasplinjavanja biomase
Rasplinjavanje biomase skup je složenijih reakcija.Iz makro perspektive, može se podijeliti u četiri reakcijska stupnja: sušenje, piroliza, oksidacija (izgaranje) i redukcija.
Sušenje je jednostavan fizički proces, koji se uglavnom odvija između 100 i 150 °C, a cijeli proces treba apsorbirati puno topline.Kada temperatura dosegne iznad 15 °C, biomasa počinje prolaziti kroz pirolizu, hlapljive tvari se talože, a drveni ugljen se ostavlja da formira sloj za daljnje reakcije.Plinoviti produkti pirolize biomase uključuju CO, CO2, CH4, H2, itd., koji će proći reakciju oksidacije (izgaranje) s kisikom, i emitirati puno topline, osiguravajući dovoljno topline za sušenje, pirolizu i redukcijske reakcije, te održavanje cijeli proces rasplinjavanja.Uporan.Vodena para i CO2 proizvedeni reakcijom oksidacije (izgaranjem) reagirat će s ugljikom stvarajući H2 i CO, čime se dovršava pretvorba krutog goriva u plinovito gorivo.Ovaj proces je reakcija redukcije (endotermna reakcija).Što je viša temperatura, reakcija je intenzivnija.Kada je temperatura niža od 800°C, reakcija je u osnovi u stanju stagnacije.
2 rasplinjača s fiksnim krevetom
U rasplinjaču s fiksnim slojem gorivo iz biomase prolazi kroz sušenje, pirolizu, oksidaciju (izgaranje) i redukciju te se pretvara u zapaljivi plin.Prema položaju opskrbe sredstva za rasplinjavanje i redoslijedu strujanja kroz sloj goriva, postoje tipovi usisa prema gore, tip usisavanja prema dolje, tip poprečnog usisavanja i otvoreni tip, a uglavnom se koriste prve dvije vrste rasplinjača.
2.1 Uzlazni rasplinjač
Reakcijski sloj plinifikatora s usisavanjem je, od vrha prema dolje, sloj za sušenje, sloj za pirolizu, redukcijski sloj i oksidni sloj.Biomasa se dovodi u rasplinjač s vrha, prvo se zagrijava i suši plinom, a zatim se pirolizira toplinom, taloži se velika količina hlapljive tvari, a čvrsti ugljik ulazi u redukcijski sloj i oksidni sloj ispod. .Sredstvo za rasplinjavanje dovodi se iz donjeg dijela i prvo prolazi kroz reakciju oksidacije s krutim ugljikom, oslobađajući toplinu za brzo povećanje temperature struje plina i sloja, a struja plina je puna proizvoda izgaranja.Nakon ulaska u redukcijski sloj, produkt izgaranja i ugljik podliježu redukcijskoj reakciji, a endotermno smanjuje temperaturu.Kada temperatura padne ispod 800 °C, brzina reakcije postaje spora i čak prestaje.Protok zraka nastavlja se prema gore, osiguravajući toplinu za pirolizu i sušenje goriva.
2.2 Rasplinjač prema dolje
Reakcijski sloj rasplinjača prema dolje je, od vrha prema dolje, sloj za sušenje, sloj za pirolizu, oksidni sloj i redukcijski sloj.Postoje dvije vrste rasplinjača s silaznim strujanjem ovisno o mjestu na koje se dovodi sredstvo za rasplinjavanje: jedan je rasplinjač s silaznim strujanjem sa srednjim grlom, a sredstvo za rasplinjavanje se dovodi iz gornjeg dijela srednjeg grla.;Drugi je rasplinjač sa silaznim strujanjem bez srednje vratne sekcije, a sredstvo za rasplinjavanje se dovodi iz gornjeg dijela.Načelo rada rasplinjača s donjim strujanjem u osnovi je isto kao i kod uzlaznog tipa, osim što toplina potrebna za sušenje goriva i pirolizu dolazi iz donjeg oksidnog sloja.
3 rasplinjač s fluidiziranim slojem
Glavni mehanizam reakcije rasplinjavanja fluidiziranog sloja i fiksnog sloja u osnovi je isti, ali ne postoji očigledan fiksni sloj.Trenutačno postoje tri glavne vrste fluidiziranog sloja: fluidizirani sloj s mjehurićima, fluidizirani sloj s cirkulacijom i dvostruki fluidizirani sloj.
3.1 Rasplinjač s fluidiziranim slojem (BFB)
U fluidiziranom sloju s mjehurićima, kada brzina plina premaši kritičnu brzinu plina za fluidizaciju, krutine se počinju fluidizirati, u sloju se pojavljuju mjehurići i pojavljuje se zona guste faze u kojoj se čestice agregiraju i zona razrijeđene faze kojom dominiraju mjehurići.
Tijelo peći je relativno debelo i masno, a donji dio je područje guste faze s očiglednim slojem sloja.Reakcija rasplinjavanja uglavnom se odvija u području guste faze.Kako bi se spriječilo iznošenje finih čestica goriva iz područja guste faze strujanjem zraka, gornji dio peći je dizajniran s ekspanzijskim dijelom za smanjenje brzine plina., što također produljuje vrijeme reakcije goriva u području razrijeđene faze.
3.2 Rasplinjač s fluidiziranim slojem (CFB)
Tijelo peći CFB rasplinjača je vitko i vitko, a ciklonski separator je instaliran na gornjem izlazu iz peći za odvajanje i prikupljanje krutih čestica visoke temperature i njihovo slanje natrag u peć.
CFB sloj ispunjava cijeli prostor spremnika, a nema zone guste faze i zone razrijeđene faze.Nužan uvjet za održavanje koncentracije čestica u sloju je velika količina krutih čestica koje kruže.Kad cirkulacija nije dobra, sve čestice u sloju mogu biti ispuhane.Zbog loših fluidizacijskih karakteristika goriva biomase, CFB rasplinjači u osnovi koriste pijesak kao pomoćni fluidizacijski medij.
CFB rasplinjač ima dvije karakteristike: brzina protoka plina je visoka, općenito između 4~7m/s, sloj radi u zoni brze fluidizacije;visoka stopa cirkulacije fiksnih čestica je između 10~20.
3.3 Rasplinjač s dvostrukim fluidiziranim slojem (DFB)
Rasplinjač s dvostrukim fluidiziranim slojem ima dvije peći s fluidiziranim slojem, jedna je rasplinjač, a druga je peć za izgaranje.Gorivo iz biomase dodaje se u rasplinjač s vrućim pijeskom kao slojnim materijalom, količina pijeska se apsorbira i provodi se reakcija pirolize.Plinski produkt nosi zaostali ugljik i pijesak i odvaja se u separatoru.Odvojeni ostatak ugljika i pijesak izgaraju sa zrakom u peći za izgaranje kako bi se zagrijao pijesak, a vrući pijesak se prenosi dimnim plinom i odvaja separatorom, a vrući pijesak se vraća u rasplinjač.Izvanredna značajka DFB rasplinjača je da se čestice goriva transportiraju u dvije peći s fluidiziranim slojem korištenjem velikog transportnog kapaciteta fluidiziranog sloja.
4 Karakteristike raznih vrsta rasplinjača
Rasplinjač s fiksnim slojem ima jednostavnu strukturu, široku prilagodljivost sirovina, veličinu čestica do 100 mm, nisku osjetljivost na trosku i nizak sadržaj plinskog letećeg pepela, ali je prikladan samo za male operacije rasplinjavanja i teško ga je skalirati .
Rasplinjač s fluidiziranim slojem ima visoku učinkovitost rasplinjavanja i visoku kaloričnu vrijednost, ali je njegova struktura relativno složena.Ima određene zahtjeve u pogledu veličine čestica, ujednačenosti, sadržaja vode i prirodnog kuta nakupljanja goriva.Osjetljiv je na šljakanje i sadržaj plinskog letećeg pepela. Ako ih ima mnogo, mora biti opremljen sustavom za uklanjanje i pročišćavanje prašine.Trenutno veliki projekti rasplinjavanja biomase postupno usvajaju tehnologiju rasplinjača s fluidiziranim slojem pod tlakom.
5. Zaključak
Trenutačno globalni zahtjevi za emisiju ugljika postaju sve stroži, a važnost biomase sa karakteristikama “nulte emisije ugljika” postaje sve očiglednija.Ovaj rad ukratko predstavlja princip rasplinjavanja biomase te uspoređuje i analizira različite vrste rasplinjavača.Može se vidjeti da fiksni sloj i fluidizirani sloj imaju svoje prednosti, ali fluidizirani sloj je prikladniji za velike razmjere i budući je smjer razvoja, kako bi dao malo vodećeg značaja dizajnu i radu projekti plinofikacije biomase.
Vrijeme objave: 29. ožujka 2022